MOA在線監(jiān)測技術的現(xiàn)狀及發(fā)展

趙迷鎖

神華準格爾能源有限責任公司矸石發(fā)電公司，內(nèi)蒙古 準格爾旗 010300

MOA在線監(jiān)測技術的現(xiàn)狀及發(fā)展

趙迷鎖

神華準格爾能源有限責任公司矸石發(fā)電公司，內(nèi)蒙古 準格爾旗 010300

氧化鋅避雷器(MOA)因非線性特性好、通流能力大、無串聯(lián)間隙、體積小、重量輕等優(yōu)點被廣泛應用于3～500kV電網(wǎng)中，是目前電力系統(tǒng)重要的過電壓保護設備。但MOA由于長期受到電網(wǎng)正常工作電壓、內(nèi)部過電壓和雷電過電壓以及外界環(huán)境的影響，其性能會慢慢變壞，所以，對MOA進行在線監(jiān)測是十分必要的。介紹目前常用的幾種MOA在線監(jiān)測方法，總結(jié)各自的優(yōu)缺點，并概括MOA在線監(jiān)測技術的發(fā)展方向。

氧化鋅避雷器；在線監(jiān)測；阻性電流

引言

氧化鋅避雷器(MOA)因非線性特性好、通流能力大、無串聯(lián)間隙、體積小、重量輕等優(yōu)點而逐步取代傳統(tǒng)的SiC避雷器，廣泛應用于3～500k V電網(wǎng)中，成為重要的過電壓保護設備，目前已經(jīng)投運或準備投運的變電站幾乎都采用MOA來保護電氣設備。但是，MOA由于沒有串聯(lián)間隙，長期受到正常工作電壓、各種內(nèi)部過電壓和雷電過電壓以及外界環(huán)境因素的影響，會逐漸老化或劣化，如果不被加以重視將會損壞甚至爆炸，使其他電氣設備失去過電壓保護裝置，危及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

為解決上述問題，近年來在傳統(tǒng)MOA預防性試驗的基礎上發(fā)展起來了MOA在線監(jiān)測技術，它通過監(jiān)測MOA的阻性電流分量來判斷MOA是否存在內(nèi)部受潮故障或嚴重的老化問題。

1 金屬氧化物避雷器結(jié)構(gòu)

1.1 電站避雷器

電站避雷器有瓷外套型和復合外套型。復合外套型具有體積小、重量輕、耐污穢、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中被廣泛應用。

1.2 線路MOA

(1)無間隙帶脫離器結(jié)構(gòu)

避雷器通過高壓接線夾接在高壓線上、下接脫離器；脫離器與地之間用軟電纜連接，避免脫離器受力，中間用接地絕緣子過渡固定，并接監(jiān)測器。當避雷器發(fā)生故障時，脫離器用來將避雷器與系統(tǒng)脫離，以防系統(tǒng)發(fā)生永久性故障，并給出故障避雷器的明顯指示。正常運行狀態(tài)下和電站型MOA沒有太大差別，受污穢影響較小，在正常運行中長期荷電，維護和監(jiān)測工作量較大。

(2)帶串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)

分為純空氣間隙和復合絕緣子固定間隙兩種。復合絕緣子固定間隙結(jié)構(gòu)，即把兩個環(huán)狀間隙用一段復合絕緣子固定，并與避雷器本體串聯(lián)。優(yōu)點是間隙與避雷器本體形成一個整體，可方便地以任何角度安裝在不同桿塔上，維護和更換較為方便。避雷器本體與高壓導線用間隙隔離，正常運行中基本不荷電，阻性電流和功率損耗極小，避雷器電阻片不存在老化問題，有利于延長避雷器的壽命，安裝、維護方便。

純空氣間隙結(jié)構(gòu)彌補了無間隙避雷器正常運行中長期荷電和復合絕緣子固定間隙結(jié)構(gòu)受污穢影響較大的缺陷，安裝難度較大。

2 MOA在線監(jiān)測方法

MOA等值電路見圖1，由非線性電阻R和線性電容C組成，其中Ir為阻性電流分量，Ic為容性電流分量，Ix為總泄漏電流。

圖1 MOA等值電路

M O A接入電網(wǎng)后，在正常工頻電壓下，閥片老化和受潮是其事故的主要原因，這兩者有本質(zhì)區(qū)別，受潮的閥片經(jīng)適當處理還可繼續(xù)使用，但一旦確認閥片已嚴重老化則其必須退出運行。試驗表明當MOA內(nèi)部受潮時，表現(xiàn)為在系統(tǒng)運行電壓下，阻性電流基波分量Ir1顯著增大，而三次諧波分量Ir3的增大相對較小；當阻性泄漏電流三次諧波分量比基波分量增加多時，說明MOA已老化。因此，選用Ir1和Ir3作為MOA在線監(jiān)測的特征量。當MOA內(nèi)部受潮或者閥片老化時，總泄漏電流會增大，尤其是阻性電流分量會明顯變化，所以在現(xiàn)場一般通過檢測MOA的阻性電流大小來判斷其是否存在缺陷。目前常用的MOA在線監(jiān)測方法有：總泄漏電流法、阻性電流三次諧波法、補償法和諧波分析法。

2.1 總泄漏電流法

由于MOA的泄漏電流的容性分量基本不變，所以可簡單地認為總泄露電流Ix的增大可近似地表示阻性電流分量的增大，測量總泄漏電流可在MOA放電記錄器兩端并接低電阻的交流μA表，流過μA表的電流基本上就是總泄漏電流。該方法雖簡單，但準確性很差。

2.2 阻性電流三次諧波法

從MOA總泄漏電流中檢測出阻性電流3次諧波分量Ir3，又叫零序電流法。零序電流分量通過三相接地線上的小CT測取。由于MOA的閥片為非線性電阻，其阻性電流波形是非正弦波，因此包含基波、三次諧波、五次諧波等成分。若在MOA的三相總接地線上監(jiān)測三相總電流，測得的是三次諧波的三倍值。由于Ir和Ir3存在一定的比例關系，故可得出總阻性電流，從而達到監(jiān)測阻性電流的目的。此方法簡單，但無法區(qū)分是哪一相發(fā)生故障；此外，當系統(tǒng)電源本身含有諧波分量時會出現(xiàn) Ic3，該電流與Ir3疊加后將使測得阻性電流值比實際值大，造成誤判。

2.3 補償法

以日本的LCD-4型泄漏電流監(jiān)測儀為例說明補償法監(jiān)測阻性電流的工作原理，此儀器需要收取系統(tǒng)的電壓信號，以便消除總泄露電流中的容性電流。LCD-4型泄漏電流測量儀的差分放大器輸出值為泄漏電流的阻性分量，大小由指示儀器顯示出來。該方法的缺點是：如果測試現(xiàn)場的電場干擾使容性電流與電壓不是相差90°時，測試儀不能將Ic完全補償?shù)簦虼苏`差很大。

2.4 諧波分析法

用阻性電流基波來研究MOA的小電流特性更合理。這是因為在正弦電壓作用下，M OA的阻性電流中有基波，也有高次諧波。基波電流能產(chǎn)生熱量，諧波電流則不發(fā)熱，這樣對于不同種類的MOA而言，在其阻性電流值相等的情況下，由于阻性電流基波與諧波的比例往往不同，功耗、發(fā)熱也不同。

另外，測量阻性電流基波可排除MOA兩端電壓中所含諧波對阻性電流測量的影響，已經(jīng)證明諧波電壓是從幅值和相位兩個方面來影響阻性龜流測量值的。諧波的狀況不同，全阻性電流(峰值)測量的結(jié)果相差很大。但若只測量阻性電流基波，則不論MOA端電壓所含諧波量如何，Ir1總是定值。所以可通過監(jiān)測Ir1的變化來判斷MOA的性能。采用數(shù)字化測量和諧波分析技術可從總泄漏電流中分離出阻性電流的基波值。此外，實際中一字形排列的三相避雷器，由于相鄰相間雜散電容相互影響，使兩個邊相避雷器底部總泄漏電流的相位發(fā)生變化，造成測量結(jié)果錯誤。利用諧波分析法可測出此相移角，因而能給予校正。

在我國，東北電力試驗研究院、中國電力科學研究院、西安交通大學等先后研制出了基于諧波分析法的監(jiān)測系統(tǒng)。

3 MOA在線監(jiān)測技術的發(fā)展

以上分析了MOA在線監(jiān)測的原理及其各自的優(yōu)缺點，可以看出不同的方法雖原理不盡相同，但都是通過監(jiān)測流過MOA的阻性電流來判斷MOA是否存在缺陷或故障。但這些方法都容易受到測試現(xiàn)場的干擾和本身監(jiān)測系統(tǒng)誤差的影響而使判斷出現(xiàn)偏差。而通過監(jiān)測其他變量的變化來彌補這個缺點，從而綜合判斷MOA的性能是目前MOA在線監(jiān)測技術的發(fā)展方向。

(1)功耗測量

在雙極性平均阻性電流監(jiān)測中，需要測量MOA的有功損耗，同時也要監(jiān)測其泄漏電流和電壓。因此，該方法廣泛應用于實驗室研究，卻很少用于現(xiàn)場監(jiān)測。

試驗中發(fā)現(xiàn)，功率監(jiān)測與避雷器工作電壓的波形無關，這就為非正弦系統(tǒng)包括高壓直流 (HVDC) 系統(tǒng)的避雷器監(jiān)測提供了有效的判據(jù)。有關功耗測量的其他特點，大體上與前述的阻性泄漏電流的測量相似。

(2)溫度監(jiān)測

避雷器監(jiān)測中，幾乎所有需要測量的變量，包括在正常電壓及過電壓下的能量吸收，及由于老化和受潮產(chǎn)生的功耗，都會影響MOA閥片的溫度。溫度不僅是其實際工作狀況的間接監(jiān)測，而且是避雷器本身的精確運行參數(shù)。MOA的溫度是各種影響參數(shù)共同作用的結(jié)果，避雷器的能量吸收能力是由溫度確定。因此MOA的溫度是判別避雷器是否工作在熱穩(wěn)定狀態(tài)的最好判據(jù)。

現(xiàn)有的測量MOA溫度的方法中，大多數(shù)是利用光纖將溫度信號傳輸?shù)叫盘柦邮掌鬟M行研究，但其受制于實驗室研究而不能用于在線監(jiān)測。

最近提出一種新的溫度測量系統(tǒng)，它將溫度傳感器直接放在MOA上進行遠程溫度測量。系統(tǒng)的主控元件是無線聲波(SAW)溫度傳感器，不需要能量供給和與環(huán)境的硬連接，第一次為實現(xiàn)避雷器的全面監(jiān)測提供了可能性，完全能融入變電站綜合自動化的監(jiān)測系統(tǒng)中。

4 結(jié)論

目前MOA在線監(jiān)測方法有總泄漏電流法、阻性電流三次諧波法、補償法和諧波分析法。

(1)總泄漏電流和功耗測量給出了MOA電氣性能的具體情況，但誤差較大，并且測量時需要大量設備，不適合在現(xiàn)場使用；

(2)阻性電流三次諧波法只能判斷特定的劣化形態(tài)，不能區(qū)分是哪相發(fā)生故障，并受電壓諧波影響顯著，所以應采取措施消除電網(wǎng)諧波；

(3)補償法和諧波分析法是目前測量較為精確的方法，但是同樣存在受電網(wǎng)諧波和現(xiàn)場環(huán)境影響的缺點；

(4)閥片溫度能精確顯示避雷器的運行參數(shù)。能為避雷器的電氣老化、工作電壓和暫態(tài)過電壓下的功耗提供詳細信息，可避免發(fā)生熱崩潰，所以在現(xiàn)場增設對MOA的溫度監(jiān)測是十分必要的。

[1]王永強，李和明，律方成.總線式MOA阻性電流在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].電測與儀表.2009,46(517):34-36

[2]張振洪，臧殿紅.氧化鋅避雷器在線監(jiān)測方法的研究[J].高壓電器.2009,45(5):126-

129

[3]劉凡，曾宏，胡燦，等.大電流氧化鋅避雷器阻性電流測試儀開發(fā)[J].電力自動化

設備.2010,30(1):110-115

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.082

趙迷鎖（1 9 6 9-），男，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，本科，助理工程師，主要從事發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)

及管理工作。