第5章 金属氧化物避雷器的在线监测

1、第5章 金属氧化物避雷器的在线监测传统的避雷器由带有火花间隙并以碳化硅作为阀片原料的阀片电阻构成。20世纪7080年代，新型的无间隙以氧化锌为阀片原料的氧化锌避雷器。优越的保护性能、无续流，动作负载轻，耐重复动作能力强、通流容量大、性能稳定，抗老化能力强，能适应防污、高海拔地区和GIS等多种特殊需要。成本低，适于大批量生产。避雷器发展的主要方向。第5章 金属氧化物避雷器的在线监测氧化锌电阻片有极为优越的非线性特性：在正常工作电压下电阻很高，相当于一绝缘体，可以不用串联火花间隙来隔离工作电压。在正常工作电压下流过氧化锌电阻片的电流仅达微安级。在过电压作用下电阻很小，残压很低。 ZnO阀片的伏安特

2、性 第5章 金属氧化物避雷器的在线监测由于阀片(电阻片)长期承受工频电压作用而产生劣化，引起电阻特性的变化导致流过阀片的泄漏电流增加；由于避雷器结构不良、密封不严使内部构件和阀片受潮，也会导致运行中避雷器泄漏电流增加。阻性分量电流的急剧增加，可使阀片温度上升而发生热崩溃，还会引起爆炸事故。监测氧化锌避雷器的阻性电流可诊断其绝缘状况。第5章 金属氧化物避雷器的在线监测氧化锌阀片的介电常数很大,r10002000，在正常工作电压下流过阀片的主要是容性泄漏电流。在正常情况下阻性分量仅占全电流的5%20%。（比容性设备比例大）监测阻性电流的关键是要从以容性为主的总电流中分离出微弱的阻性电流。ZnO电阻

3、片的等值电路 第5章 金属氧化物避雷器的在线监测诊断方法说 明实例全电流法方法简便可行，发现受潮灵敏；但对早期老化不灵敏，往往要等阻性电流分量增大几倍后才能发现交流或整流型电流表阻性电流分量法方法较复杂，但易于发现比较早期的老化阻性电流仪功率损耗测定因阻性电流所引起的功耗增加功耗仪元件温度测定因功率损耗而引起的MOA的温度升高红外摄象仪MOA在线监测的主要方法 1.全电流法2.高次谐波法MOA的非线性特性，即使外施电压是正弦的，全电流也非正弦，即包含有高次谐波。如将全电流中的容性及阻性分量也分别分解出其基波及谐波，在正弦型的外施电压下，通过测量三次谐波电流后可根据经验式来推出阻性电流。 3.零

4、序电流法三台避雷器均为同一类且均正常时。测得的三相基波之相量和应接近于零。 4.阻性电流检测金属氧化物避雷器的在线监测方法1.全电流法金属氧化物避雷器的在线监测方法放电计数器微安表一体化监测仪即全电流法，MOA老化或受潮时，阻性电流增加，从而全电流随之增加，可以根据这一特征来判断MOA的运行状况。监测总泄漏电流的变化在一定程度上可以判断阻性电流的变化。这种方法简单方便，但在正常情况下，MOA总泄漏电流的阻性分量只占容性分量10左右，且两者基波相差900，这使得监测到的总泄漏电流的有效值或平均值主要取决于容性电流分量，即便是阻性电流增加一倍，总泄漏电流的变化也不是太明显，。 第一节补偿法测量阻性

5、电流第一节补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法一、全硬件补偿法1、基本原理用钳形电流互感器(传感器)从MOA的引下线处取得电流信号I0，从分压器或电压互感器二次侧取得电压信号Us。电压信号Us经移相器前移90相位后得Us0(以便与I0中的电容电流分量同相)，再经放大后与I0一起送入差分放大器。在放大器中，将GUs0与I0相减；并由乘法器等组成的自动反馈跟踪，以控制放大器的增益G使同相的（IcGUs0）的差值降为零，即I0中的容性分量全部被补偿去掉；剩下的仅为阻性分量IR，而且直接以数字显示。再根据Us及IR即可获得MOA的功率损耗P。 第一节补偿法测量阻性电流第一节补偿法测量阻性电流一、全硬件补

6、偿法一、全硬件补偿法1、基本原理UsIrUs0Ic=GUs0I0第一节补偿法测量阻性电流第一节补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法一、全硬件补偿法2、实例：LCD4型泄漏电流测量仪PAMOACTPTPVDM2M1IGCADFDFAXIRISEG0SESERISEXICISE第一节补偿法测量阻性电流第一节补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法一、全硬件补偿法3、相间干扰第一节补偿法测量阻性电流第一节补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法一、全硬件补偿法3、相间干扰一组成直线排列的三相一组成直线排列的三相MOAMOA第一节补偿法测量阻性电流第一节补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法一、全硬件补偿法3、相间干扰

7、在测量边相A相底部的电流时，主要是A相外施电压Ua经A相MOA所引起的容性分量Ia,c及阻性分量Ia,r；另外还有邻相B相与A相间的杂散电容Ca,b所引起的容性干扰电流Ib(C相因距离A相更远，其影响可忽略)。干扰电流Ib固然不大，但它在原阻性电流方向上的分量就将在A相下部在线测得的“视在”阻性分量Ia，r明显增大了。B上对C相间的电容耦合使C相MOA下部测得的“视在”阻性分量变小。B相因位置居中，A、C两边相对其的电容耦合基本对称，影响可忽略。 AUBUCUCIXICISEG0BACI,RIRIXI第一节补偿法测量阻性电流第一节补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法一、全硬件补偿法4、相间干扰的

8、抑制 在停电条件下，用外施电压分别测量各相避雷器的I0，Ic，Ir，而后在运行条件下再测，但在PT输出信号经光电隔离后，再加一移相器改变移相的角度使测量值与停电条件下测量值相同，记下移相值和I0，Ic，Ir值，并以此为基准，以后均在相同的移相条件下进行监测，移相器一般由可变电阻器和电容器串联组成。 当测量处于边相位置的MOA时，不仅用一钳形电流互感器测取该相MOA下端的电流，且用另一钳形电流互感器测取与其对称位置的另一边相下端的电流。由于相间杂散电容的耦合，使两边相下端测得这两电流之间的相位差已不是120，而是1202，因而可用软件求出后将基准电压相位自动移相角，然后仍可用常规的测阻性电流方法

9、测出比较准确的及P。 第一节补偿法测量阻性电流第一节补偿法测量阻性电流二、数字化软件补偿法二、数字化软件补偿法基本原理PTCTMOA隔离放大放大滤波滤波移相ADC单片计算机UIxUUIx，U经放大、滤波和U移相900后，U与Ic同相，对Ix和U进行A/D转换后，由软件计算。令 ，K为计算系数，不断改变k值，使达到最小，则2kUIxkUIIxr第一节补偿法测量阻性电流第一节补偿法测量阻性电流二、数字化软件补偿法二、数字化软件补偿法基本原理光电隔离放大器1放大器2AMOACT1PT1光电隔离放大器1放大器2BMOACT2PT2光电隔离放大器1放大器2CMOACT3PT3A/D转换微型计算机第二节谐

10、波分析法监测阻性电流第二节谐波分析法监测阻性电流1、基本原理满足狄里赫利条件(即给定的周期性函数在有限的区间内，只有有限个第一类间断点和有限个极大值和极小值)的电力系统电压ux、电流ix，可按傅里叶级数分解为直流分量和各次谐波分量之和： 1010)sin()sin(kkkmxkkkmxtkIIitkUUu（1）（2）式中：U0电压的直流分量， I0电流的直流分量，Ukm电压的各次谐波幅值， Ikm电流的各次谐波幅值，k电压的各次谐波相角， k电流的各次谐波相角，k= 1，2，3，4由于 ，而一般认为，在小电流区电容变化很小，因此有由式（1）得泄漏电流的容性分量： 其中 。令IRk为第k次谐波阻

11、性电流幅值，可以认为阻性泄漏电流和容性泄漏电流同次谐波的相角相差 ，而第k次谐波电压与第k次谐波阻性电流同相，所以，阻性电流：第二节谐波分析法监测阻性电流第二节谐波分析法监测阻性电流1、基本原理（4）iC dudtudC dtCxxdC dt 01)cos(kkCktxCtkIdduCiIk CUCkkm210)sin(kkRkRtkIIi（3）将式（5）两边同乘以sin(nt+n)，并对两边在一周期内取定积分，有：第二节谐波分析法监测阻性电流第二节谐波分析法监测阻性电流1、基本原理（6）（5）CRxiiiIIk tIIk tIk tkmkkRkkkCkkk01011sin()sin()cos

12、()dttntkIdttntkITknkRknTkkkm 0101)sin()sin()sin()sin( TknkCkdttntkI01)sin()cos(因为：将式（3）、式（4）、式（2）带入其中并化简有：第二节谐波分析法监测阻性电流第二节谐波分析法监测阻性电流1、基本原理三角函数在一个周期内定积分的正交特性：sinmxdxT00cosmxdxT00(sin)mxdxTT202(cos)mxdxTT202sincosmxnxdxT00sinsin()mxnxdxmnT00coscos()mxnxdxmnT00第二节谐波分析法监测阻性电流第二节谐波分析法监测阻性电流1、基本原理（7）对式（

13、6），仅当k=n时，对应项的定积分不为零，可化简得为：由三角函数的积化和差公式可化简式（7）得有：Ik tk tdtIk tdtkmkTkRkkTsin() sin()sin ()020Ik tdtIk tdtkmkkkkTRkkT122121200cos()cos()cos ()再由三角函数正交特性可得：IdtIdtkmkkTRkT2200cos()TITIkmkkRk22cos()即：第二节谐波分析法监测阻性电流第二节谐波分析法监测阻性电流1、基本原理（9）（8）也即：所以有：TITIkmkkkkRk22coscossinsinIIIRkkmkkkmkkkkcos()coscossinsin同理，将式（5）两边同乘以cos(nt+n)，并在同一周期内取定积分，依据三角函数正交特性，仅当k=n时，定积分有不为零项。化简后可得：IIICkkmkkkmkkkksin()cossinsincos将ux、ix展开成傅里叶级数，运用FFT分解得各次谐波后，按式（4）、式（8）计算，就可求得MOA的基波阻性泄漏电流、各次谐波阻性泄漏电流和总阻性泄