金属氧化锌避雷器的状态监测研究

金属氧化锌避雷器的状态监测研究

摘要：近年来，金属氧化物避雷器（下文简称MOA） 以其优异的技术性能逐渐取代了其它类型的避雷器，成为电力系统的新一代过电压保护设备。本文通过对氧化锌避雷器在线监测研究与应用进行分析，提出了目前氧化锌避雷器监视存在的问题，并提出了相应的解决措施。

关键词：氧化锌避雷器；状态监测 前言

氧化性避雷器在运行中，有泄漏电流流过氧化锌阀片，电流中的有功分量会使阀片发热，从而引起它伏安特性发生变化，若长期作用将导致阀片老化，直至出现热击穿。为此必须对其进行及时的预试，而相邻的电气主设备往往不能及时停运，因而必须采用带电测量的方法对其进行测量。这样，采用合理的试验方法，消除因相邻设备带电而带来的电磁干扰尤为重要。

1. 避雷器的发展

避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入变电站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值在被保护设备的雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。

避雷器按其发展的先后可分为：保护间隙：最简单形式的避雷器；管型避雷器：也是一个保护间隙，但它能在放电后自行灭弧；阀型避雷器：是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，提高了保护性能；磁吹避雷器：利用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同时还具有内部过电压能力；氧化锌避雷器：利用了氧化锌阀片理想的伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、无续流残压低等优点，也能内部过电压，目前被广泛使用。

2.氧化锌避雷器测试的必要性

2.1氧化锌避雷器由于取消了串联间隙，长期承受系统电压，过电流的影响。电流中的有功分量导致阀片发热，引起伏安特性的变化，长期作用的结果会导致阀片老化，甚至热击穿。

2.2氧化锌避雷器受到冲击电压的作用，阀片也会在冲击电压能量的作用下发生老化。

2.3氧化锌避雷器内部受潮或绝缘性能不良，会使工频电流增加，功耗加剧，严重时会导致内部放电。

2.4氧化锌避雷器受到雨、雪、凝露或灰尘的污染，由于内外电压分布不同而使内部阀片与外部瓷套之间产生较大电位差，导致径向放电现象发生。

为了了解氧化锌避雷器的运行状况，根据DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》中的相关规定，在发电厂、变电站避雷器每年雷雨季来临前，我们必须对氧化锌避雷器进行相关测试，如测试绝缘电阻、直流1mA下的电压U1mA及0.75U1mA下的泄漏电流、运行电压下的交流泄漏电流、底座绝缘电阻、放电计数器动作检查。必要时，还要进行工频参考电流下的工频参考电压的测试。

以上试验除了运行电压下的交流泄漏电流，其余均为停电测试。

3.氧化锌避雷器带电测试3种方法

3.1二次法

这是目前精确度最高的测试方法，其方法是利用PT二次电压作为参考对阻性电流进行测量。把试验设备的电流回路并联于MOA计数器的两端，就可以得到MOA的泄漏电流。再把试验设备的电压回路并接于母线PT二次电压端子，能得到母线电压相位。最后再经过傅里叶变换，便可获得基波以及各种谐波的阻性电流值、总泄漏电流值、总阻性电流值等各种数据。

3.2感应板法

其测量精度稍低于二次法，但操作较为安全、方便、快速。其方法是以电场强度做参考，在B相MOA底座安装一个感应板来提供母线电压的相位信息，从而分解阻性电流。

3.3谐波分析法

这种方法主要是对氧化锌避雷器的电流信号进行谐波分析，从而对MOA的性能判断提供依据。

4.氧化锌避雷器的现场带电测试

4.1带电测试的基本方法

MOA运行参数可简化等效为1个非线性电阻和1个电容的并联电路。MOA在运行电压作用下，其氧化锌电阻片会逐渐老化，导致阻性电流增大。因此，通过测量MOA阻性电流的变化，就可以了解MOA的健康状况。MOA带电测试是通过专用的阻性电流测量仪来进行测试的，可获得MOA运行时的全电流IX， 阻性分量IR与容性分量IC，根据阻性分量IR的变化来判断MOA的运行状况。现场测量接线图如图1所示，将试验仪器的电流回路元件串入MOA的接地回路并将其直接并联于MOA泄漏电流监测仪（因监测仪内阻较大， 故可不计分流值）。取母线PT二次电压作为阻性电流测量的参考电压（有些阻性电流测试仪

通过自身产生参考电压，但其测量精度会低一些。）

4.2影响因素

影响MOA测试准确性的因素很多，如相间干扰、系统电压、湿度、MOA表面污秽程度、安装位置及电磁干扰等，其中相间干扰是十分重要的一个因素。一般三相MOA排列成一字型，由于杂散电容相互作用的不平衡性，使两边相避雷器泄漏电流的相位和幅值发生变化。相间干扰给阻性电流测量带来误差。一般情况下可以认为中相基本不受影响，即两边相的作用是对称的，而边相受到的影响较大，并且使A相阻性电流增大，C相阻性电流减小。因此在测量MOA阻性电流时，通过补偿电流探头进行阻性电流补偿，即可获得更加准确的阻性电流数值。

4.3 测试数据的分析

氧化锌避雷器（MOA）是电力公司保证电力系统安全运行的重要保护设备之一，其主要元件是氧化锌阀片。在交流电压下，避雷器的总泄漏电流包含阻性电流和容性电流。在正常运行下，流过避雷器的主要为容性电流，阻性电流只占很小一部分，约为10%～20%。测试表明，在运行电压下测量全电流、阻性电流可以在一定程度上反映MOA的运行状态。全电流的变化可以反映MOA的严重受潮，内部元件接触不良，阀片严重老化，而阻性电流的变化对阀片的初期老化反映较灵敏。

基于上述原因，在运行电压下测量全电流和阻性电流的变化对发现避雷器受潮有重要意义。目前，我们的监督手段以带电测试为主，当带电试验有问题时测量直流1mA电压及75%该电压下的泄漏电流进一步验证。

氧化锌避雷器带电测试由于受空间电磁干扰的影响，容易产生误判断。对带电测试数据的分析主要依靠横向纵向比较，并创造条件停电测试验证，结合设备运行情况及环境状况的变化作出正确科学的判断。

根据中国南方电网有限责任公司企业标准Q/CSG114002-2011《电力设备预防性试验规程》规定，新投运35kV及以上者，运行电压下的全电流、阻性电流与初始值比较，不应有明显变化，当阻性电流增加50%（与初始值比较）时，应该分析原因，加强监测、适当缩短检测周期；当阻性电流增加1倍时应停电检查，进行直流试验。经确认设备存在问题的，必须及时退出运行并予以更换。

5.带电测试的干扰及其抑制

5.1 周围强电场的静电耦合对MOA带电测试的影响及其补偿

一般三相MOA都呈一字排列，中间的B相通过杂散电容对A、C相泄漏电流产生影响。A相泄漏全电流对A相电压的相位角受B相电压感应而变小，使A相阻性电流变大。C相泄漏全电流对C相电压的相位角受B相电压感应而变

大，使C相阻性电流变小。中间的B相受到A、C两个边相的电场的影响甚微，因为A、C相对B相的感应互相“抵消”，所以测试结果基本正确。但A、C相的测试受到的相间干扰却不可忽视，这是因为氧化锌避雷器自身电容量较小，杂散电容影响所产生的偏差不能忽视。因此有人建议对这一测试结果进行有效的相间干扰补偿。因为B相受到的干扰几乎可以相互抵消，所以补偿角度φOB=0。对A、C相设置补偿角度分别为φOA=(φCA-120°)/2，φOC=-(φCA-120°)/2，然后将该补偿角度计算到电流电压夹角φ中。其中φCA的测量方法为：选择B相参考电压不改变，首先输入C相电流，然后输入A相电流，再将两个电流电压夹角相减便可得到结果（如果结果为负应加360°）。

5.2 MOA表面泄漏的影响

在湿度较大、盐分密度较高的区域，MOA表面泄漏对带电测试的影响较大，所以最好可以在相对湿度比较小的情况下进行测量，同时也可以利用停电等安全试验允许的机会在MOA靠近底座的瓷瓶上加屏蔽，这样便可以排除表面泄漏的影响。

6.结语

氧化锌避雷器的带电试验介于停电试验和在线监测之间，同时兼具两者优点，因此在保障电网系统的安全运行中发挥着不可替代的作用。

参考文献：

[1]河南中分仪器股份有限公司.智能变电站综合在线监测系统产品说明书.

[2]国家电网公司.电力安全工作规程（变电部分）[M].北京：中国电力出版社.