MOA在线监测技术的现状及发展

2011-10-26赵迷锁

中国科技信息 2011年10期

关键词：阻性基波过电压

赵迷锁

神华准格尔能源有限责任公司矸石发电公司，内蒙古准格尔旗 010300

MOA在线监测技术的现状及发展

赵迷锁

神华准格尔能源有限责任公司矸石发电公司，内蒙古准格尔旗 010300

氧化锌避雷器(MOA)因非线性特性好、通流能力大、无串联间隙、体积小、重量轻等优点被广泛应用于3～500kV电网中，是目前电力系统重要的过电压保护设备。但MOA由于长期受到电网正常工作电压、内部过电压和雷电过电压以及外界环境的影响，其性能会慢慢变坏，所以，对MOA进行在线监测是十分必要的。介绍目前常用的几种MOA在线监测方法，总结各自的优缺点，并概括MOA在线监测技术的发展方向。

氧化锌避雷器；在线监测；阻性电流

引言

氧化锌避雷器(MOA)因非线性特性好、通流能力大、无串联间隙、体积小、重量轻等优点而逐步取代传统的SiC避雷器，广泛应用于3～500k V电网中，成为重要的过电压保护设备，目前已经投运或准备投运的变电站几乎都采用MOA来保护电气设备。但是，MOA由于没有串联间隙，长期受到正常工作电压、各种内部过电压和雷电过电压以及外界环境因素的影响，会逐渐老化或劣化，如果不被加以重视将会损坏甚至爆炸，使其他电气设备失去过电压保护装置，危及电力系统的安全稳定运行。

为解决上述问题，近年来在传统MOA预防性试验的基础上发展起来了MOA在线监测技术，它通过监测MOA的阻性电流分量来判断MOA是否存在内部受潮故障或严重的老化问题。

1 金属氧化物避雷器结构

1.1 电站避雷器

电站避雷器有瓷外套型和复合外套型。复合外套型具有体积小、重量轻、耐污秽、结构紧凑等一系列优点，在电力系统中被广泛应用。

1.2 线路MOA

(1)无间隙带脱离器结构

避雷器通过高压接线夹接在高压线上、下接脱离器；脱离器与地之间用软电缆连接，避免脱离器受力，中间用接地绝缘子过渡固定，并接监测器。当避雷器发生故障时，脱离器用来将避雷器与系统脱离，以防系统发生永久性故障，并给出故障避雷器的明显指示。正常运行状态下和电站型MOA没有太大差别，受污秽影响较小，在正常运行中长期荷电，维护和监测工作量较大。

(2)带串联间隙结构

分为纯空气间隙和复合绝缘子固定间隙两种。复合绝缘子固定间隙结构，即把两个环状间隙用一段复合绝缘子固定，并与避雷器本体串联。优点是间隙与避雷器本体形成一个整体，可方便地以任何角度安装在不同杆塔上，维护和更换较为方便。避雷器本体与高压导线用间隙隔离，正常运行中基本不荷电，阻性电流和功率损耗极小，避雷器电阻片不存在老化问题，有利于延长避雷器的寿命，安装、维护方便。

纯空气间隙结构弥补了无间隙避雷器正常运行中长期荷电和复合绝缘子固定间隙结构受污秽影响较大的缺陷，安装难度较大。

2 MOA在线监测方法

MOA等值电路见图1，由非线性电阻R和线性电容C组成，其中Ir为阻性电流分量，Ic为容性电流分量，Ix为总泄漏电流。

图1 MOA等值电路

M O A接入电网后，在正常工频电压下，阀片老化和受潮是其事故的主要原因，这两者有本质区别，受潮的阀片经适当处理还可继续使用，但一旦确认阀片已严重老化则其必须退出运行。试验表明当MOA内部受潮时，表现为在系统运行电压下，阻性电流基波分量Ir1显著增大，而三次谐波分量Ir3的增大相对较小；当阻性泄漏电流三次谐波分量比基波分量增加多时，说明MOA已老化。因此，选用Ir1和Ir3作为MOA在线监测的特征量。当MOA内部受潮或者阀片老化时，总泄漏电流会增大，尤其是阻性电流分量会明显变化，所以在现场一般通过检测MOA的阻性电流大小来判断其是否存在缺陷。目前常用的MOA在线监测方法有：总泄漏电流法、阻性电流三次谐波法、补偿法和谐波分析法。

2.1 总泄漏电流法

由于MOA的泄漏电流的容性分量基本不变，所以可简单地认为总泄露电流Ix的增大可近似地表示阻性电流分量的增大，测量总泄漏电流可在MOA放电记录器两端并接低电阻的交流μA表，流过μA表的电流基本上就是总泄漏电流。该方法虽简单，但准确性很差。

2.2 阻性电流三次谐波法

从MOA总泄漏电流中检测出阻性电流3次谐波分量Ir3，又叫零序电流法。零序电流分量通过三相接地线上的小CT测取。由于MOA的阀片为非线性电阻，其阻性电流波形是非正弦波，因此包含基波、三次谐波、五次谐波等成分。若在MOA的三相总接地线上监测三相总电流，测得的是三次谐波的三倍值。由于Ir和Ir3存在一定的比例关系，故可得出总阻性电流，从而达到监测阻性电流的目的。此方法简单，但无法区分是哪一相发生故障；此外，当系统电源本身含有谐波分量时会出现 Ic3，该电流与Ir3叠加后将使测得阻性电流值比实际值大，造成误判。

2.3 补偿法

以日本的LCD-4型泄漏电流监测仪为例说明补偿法监测阻性电流的工作原理，此仪器需要收取系统的电压信号，以便消除总泄露电流中的容性电流。LCD-4型泄漏电流测量仪的差分放大器输出值为泄漏电流的阻性分量，大小由指示仪器显示出来。该方法的缺点是：如果测试现场的电场干扰使容性电流与电压不是相差90°时，测试仪不能将Ic完全补偿掉，因此误差很大。

2.4 谐波分析法

用阻性电流基波来研究MOA的小电流特性更合理。这是因为在正弦电压作用下，M OA的阻性电流中有基波，也有高次谐波。基波电流能产生热量，谐波电流则不发热，这样对于不同种类的MOA而言，在其阻性电流值相等的情况下，由于阻性电流基波与谐波的比例往往不同，功耗、发热也不同。

另外，测量阻性电流基波可排除MOA两端电压中所含谐波对阻性电流测量的影响，已经证明谐波电压是从幅值和相位两个方面来影响阻性龟流测量值的。谐波的状况不同，全阻性电流(峰值)测量的结果相差很大。但若只测量阻性电流基波，则不论MOA端电压所含谐波量如何，Ir1总是定值。所以可通过监测Ir1的变化来判断MOA的性能。采用数字化测量和谐波分析技术可从总泄漏电流中分离出阻性电流的基波值。此外，实际中一字形排列的三相避雷器，由于相邻相间杂散电容相互影响，使两个边相避雷器底部总泄漏电流的相位发生变化，造成测量结果错误。利用谐波分析法可测出此相移角，因而能给予校正。

在我国，东北电力试验研究院、中国电力科学研究院、西安交通大学等先后研制出了基于谐波分析法的监测系统。

3 MOA在线监测技术的发展

以上分析了MOA在线监测的原理及其各自的优缺点，可以看出不同的方法虽原理不尽相同，但都是通过监测流过MOA的阻性电流来判断MOA是否存在缺陷或故障。但这些方法都容易受到测试现场的干扰和本身监测系统误差的影响而使判断出现偏差。而通过监测其他变量的变化来弥补这个缺点，从而综合判断MOA的性能是目前MOA在线监测技术的发展方向。

(1)功耗测量

在双极性平均阻性电流监测中，需要测量MOA的有功损耗，同时也要监测其泄漏电流和电压。因此，该方法广泛应用于实验室研究，却很少用于现场监测。

试验中发现，功率监测与避雷器工作电压的波形无关，这就为非正弦系统包括高压直流 (HVDC) 系统的避雷器监测提供了有效的判据。有关功耗测量的其他特点，大体上与前述的阻性泄漏电流的测量相似。

(2)温度监测

避雷器监测中，几乎所有需要测量的变量，包括在正常电压及过电压下的能量吸收，及由于老化和受潮产生的功耗，都会影响MOA阀片的温度。温度不仅是其实际工作状况的间接监测，而且是避雷器本身的精确运行参数。MOA的温度是各种影响参数共同作用的结果，避雷器的能量吸收能力是由温度确定。因此MOA的温度是判别避雷器是否工作在热稳定状态的最好判据。

现有的测量MOA温度的方法中，大多数是利用光纤将温度信号传输到信号接收器进行研究，但其受制于实验室研究而不能用于在线监测。

最近提出一种新的温度测量系统，它将温度传感器直接放在MOA上进行远程温度测量。系统的主控元件是无线声波(SAW)温度传感器，不需要能量供给和与环境的硬连接，第一次为实现避雷器的全面监测提供了可能性，完全能融入变电站综合自动化的监测系统中。