氧化锌避雷器(MOA)的在线监测
氧化锌避雷器在线监测技术初探21

氧化锌避雷器在线监测技术初探氧化锌避雷器作为限制电力系统过电压的重要设备,其性能的优劣对电气设备安全运行起着重大的作用。
近年由于其阀片老化、电气性能变坏而引发的爆炸事故时有发生,给电网安全运行带来了严重的威胁。
因此对氧化锌避雷器性能的判断仅仅依赖停电试验是不够的,而如何监测它在运行中的性能更加重要。
2氧化锌避雷器的监测方法2.1 全电流法全泄漏电流法是早期氧化锌避雷器在线监测广泛使用的一种方法,该方法便携可靠,操作性很强,易于实现。
当避雷器在运行中老化或受潮时,其全泄漏电流中阻性电流增加,从而引起全电流随之增加,可以根据这一特征来判断避雷器的运行状况。
但是准确度较低,这对于发现氧化锌避雷器早期故障很不利。
2.2 阻性电流法阻性电流法主要是测量流经氧化锌避雷器的总泄漏电流的有效值、阻性电流的峰值以及功率损耗的平均值,通过观察其变化来发现氧化锌避雷器的内部故障。
阻性电流法在实际应用过程中具有自身独特的优势,但容易受到容性高次谐波电流的影响。
2.3 基波电流法基波电流法也称投影法,该方法简单方便,不易受电网谐波干扰,具有较高的精确度,在一些情况下能够灵敏地反映氧化锌避雷器的状态。
基波法是使全电流通过一个低通滤波器,去掉高次谐波,只保留基波部分,其总泄漏电流中只有阻性基波电流做功产生热量。
因此它对阀片老化的判断不如测量出含有高次谐波成分的阻性电流峰值有效。
2.4 三次谐波法三次谐波法也称零序电流法,通过检测氧化锌避雷器三相总泄漏电流中阻性电流三次谐波分量来判断其总阻性电流的变化。
当电网电压含有谐波成份时,该测试方法无法排除容性三次谐波电流对测量结果的影响,因而测量误差较大。
2.5 温度监测法温度监测法是一种全新方法,简单实用,通过测量因避雷器功耗而产生的避雷器本体温度升高来反映避雷器的老化程度。
此外它还能对避雷器表面污染影响泄漏电流的大小进行监测,然而它只能在在线监测的避雷器中应用,如果避雷器已投入运行就不能使用。
金属氧化锌避雷器在线监测系统的设计

2 . Z h u ma d i a n V o c a t i o n l a a n d T e c h n i c a l C o l l e g e , Z h u m a d i a n 4 6 3 0 0 0, C h i n a )
A b s t r a c t : A k i n d o f m o n i t o i r n g s y s t e m f o r MO A( M e t l a — o x i d e s u r g e A r r e s t e r )r e s i s t a n c e l e a k a g e c u r r e n t w a s d e —
摘 要: 以微 处 理 器 M S P 4 3 0为核 心 , 由泄 漏 电 流采 集 、 雷击 计 数 脉 冲 、 无 线 收/发 控 制 、 L C D 显 示 等 电路 组
成, 设 计 了一 种 金 属 氧化 锌避 雷 器 ( MO A) 阻性 漏电流在 线检 测 系统. 系统 通 过 对 MO A 阻 性 漏 电 流 的 实 时检
s i g n e d .I n t h e d e s i g n,t h e c h i p MS P 4 3 0 i s u s e d a s t h e c o n t r o l l e r .T h e s y s t e m wa s c o n s i s t e d o f t h e a c q u i s i t i o n o f l e a k — a g e c u r r e n t , t h e c o u n t p u l s e o f l i g h t n i n g a r r e s t e r , wi r e l e s s r e c e i v i n g/ t r a n s mi t t i n g c o n t r o l , L C D d i s p l a y a n d S O o n .T h e o n — l i n e mo n i t o r i n g o f MOA c a n b e e f f e c t i v e l y r e a l i z e d b y r e a l — t i me d e t e c t i n g t h e r e s i s t i v e l e a k a g e c u r r e n t o f MOA.a n d s e n d i n g i t t o t h e RF r e c e i v e d e v i c e b y wi r e l e s s . Ke y wo r d s : MOA;r e s i s t a n c e ;l e a k a g e c u r r e n t ;C C1 1 0 0;mo n i t o r
氧化锌避雷器的带电测试及在线监测

量。这时, 阻性电流中的谐波分量不但包含 MOA 本身引起的谐波分量, 同时也
包含电网谐波电 压引起的谐波分量。这样在测量全阻性电流时就会产生偏差。
为了排除系统谐波的影响, 在测试 MOA 阻性电流的同时, 实时测试系统的谐 波电压 , 然后再由测试仪补偿电流中系统谐波引起的谐波含量, 从而得到不受
陷, 尤其是阀体受潮、 内部元件老化等。
采用的网络通信标准包括 EI RS- 232C, EIA RS- 422/485 和 A
CAN(Controller Area Network, 控制器局域网)等。
CAN 属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实 时控制的串行通信网络。 CAN 是一种多主站局部网络, 多个单片机可 通过 CAN控制器挂到 CAN 总线上。CAN 具有强有力的检错功能以
避雷器是电网中保护电力设备免受过电 压危害
的重要设备, 其运行的可靠性将直接影响到电力系统
示。将试验设备的电 流回路并联于 MOA 计数器两端, 即可获得 MOA 的泄漏电 流(计数器内阻大, 试验时可不计分流 )。将试验设备的电压回路并接于母线 盯
二次电压端子, 可获得母线电 压相位。经过傅立叶变换可以得到基波和各种谐波
度校正法。 由于 B 相受到的干扰基本上是相互抵消的, 补偿角度 4o 0。 P e= 对 A, C 相设置补偿角度, 将该补偿角度“ 到电 加” 流电 压夹角 华中。A, C 相分
别补偿, ,= (wA 1200 )/2,} c=一pc,- 1200 )/20 < 的测量方法是:选择B相 go cpo (c pc
及优先 权和仲裁功能, 可在高噪声干扰环境中 使用, 其最高通信速率
可达 1 Mb/s , 最大通信距离可达 10 km , 所以近年来在电力系统中发 挥着越来越大的作用。 CAN 总线是一种串行数据通信协议。 CAN 在 总线通信接口中集成了CAN 协议的物理层和数据链路层功能, 可完
线路氧化锌避雷器远程在线监测系统的研究

niia o t i a e o r ton The pa e n r fc ntt he lne s f pe a i . p r i todu e t tuc u e f c s he s r t r , unci a e t e e ton lf a ur s ofr mot n—ie e o ln
中 图分 类 号 : TM8 2 6 文 献 标 识码 : B 文章 编号 : 0 6 3 7 2 1 ) 1 1 0 —6 5 ( 0 0 0 —4
St d n t e Re o e OnБайду номын сангаасln o io i g S se o n n u y o h m t —i e M n t rn y t m fLi e Zi c Oxi eAr e tr d r se
m e s rn re t r s r ss o n lb a or a u ig a r s e ’ e it ri a or t y,w hc r i se pe i e a a i orr a pp ia in oft s mon — ih p ovde x rm nt lb ss f e la lc to hi i
息, 就可 以大 大提高 其运行 的可靠性 , 降低事故 发 生 的概率 , 少 事故 带 来 的经 济损 失 。监 测 避 雷 减
器 运 行 状 态 的 通 常 方 法 有 全 电 流 法 、 性 电 流 三 阻 谐 波 法 、 偿 法 、 次 谐 波 法 等 。 另 外 , 有 采 用 补 三 还
氧化锌避雷器的在线监测讲课教案

技术讲课教案题目:氧化锌避雷器的在线监测授课人:马拉多纳当前采用的MOA一般不含间隙,在交流电压作用下,避雷器的总泄漏电流(全电流)包含阻性电流I R(有功分量)和容性电流I C(无功分量)。
在正常运行情况下,流过避雷器的主要电流为容性电流,阻性电流只占很小一部分,约为10%~20%左右。
当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时,容性电流变化不多,阻性电流增加较大。
因此对氧化锌避雷器进行全电流检测,方法简单,可以在一定程度上反映避雷器的绝缘状况,但不如检测阻性电流灵敏。
氧化锌避雷器的在线检测通常有补偿法和谐波法两种。
补偿法误差较小,但测量时必须引入电网电压信号,有时无法实现。
谐波法测量时无需动用电网的PT,不须断开避雷器的接地线,仅用钳型CT直接钳在避雷器的接地线上,即可测得氧化锌避雷器的全泄漏电流和阻性泄漏电流。
此外,在氧化锌避雷器的在线检测中,越来越多地采用数字化测量和谐波分析技术,简化硬件电路和测量方法。
一、全电流带电检测全电流带电检测原理如图所示。
使用交流毫安表或万用表的交流毫安档,也可用经桥式整流器连接的直流毫安表,并接在动作记数器或接地开关上测量全电流,这是一种简便可行的方法。
当电流增大到2~3倍时,往往认为已达到危险界限。
现场测量经验表明,这一标准可以有效地检测氧化锌避雷器在运行中的劣化。
图中R 3是保护阀片,保护间隙为放电管,用以防止避雷器劣化后的较大电流引起的设备损坏。
并联在动作计数器上时应考虑动作计数器内阻的影响。
二、补偿法检测阻性电流氧化锌避雷器阀片的劣化反映为阻性电流增大。
因此,直接测量阻性电流I R 反映氧化锌避雷器的劣化更为灵敏。
直接测量阻性 I R 需要同时抽取系统电压信号,以便能够借以消除总泄漏电流中的容性电流分量。
其基本原理与容性设备的阻性电流检测相同,如图上图所示。
采用这种类型的阻性电流检测仪比较方便实用,因为它是以钳形电流互感器取样,不必断开原有接线,而且不需人工调节,自动补偿到能直接读取I R 及P 。
电网氧化锌避雷器在线监测和带电测试技术规定

电网氧化锌避雷器在线监测和带电测试技术规定一、总则1.电网35~110kV变电站过电压保护采用氧化锌避雷器。
为了做好氧化锌避雷器的在线监测和带电测试这项工作,保证避雷器与电网设备的安全运行,特制定本规定。
2.本规定适用于35kV及以上氧化锌避雷器的在线监测;110kV氧化锌避雷器带电测试。
公司所属各部门、基建安装单位均应按此规定执行。
二、在线监测(一)在线监测装置的技术要求1.带有避雷器动作次数计数器的在线监测装置应符合JB2440-91《避雷器用放电记数》标准的规定,其表面清晰、直观、密封可靠,上下端与接地线应能可靠连接。
2.在线监测装置准确测量的量程应能满足下表要求,超过准确测量量程后应具有限幅功能,在最大量程内,限幅的电流应满足下表要求:1.在线监测装置应安装在易于观察处,在保证安全要求的前提下,高度宜低些。
2.在线监测装置上部引线与避雷器底部的引下线宜采用软连接过渡,或带有伸缩结构的硬连接。
为排除由于MOA 底座用4个小瓷瓶支撑,螺栓孔易积水分流所致在线监测仪数值明显降低,底座选用单个大瓷柱支撑。
3.避雷器的底座无论气候状况如何变化应保持绝缘良好,否则应采用防雨等措施。
4.在避雷器爬距留有裕度的条件下,在线监测装置宜采用屏蔽安装。
(三)运行监测1.安装在线监测装置后,应每天抄表一次(无人值守站至少每周抄表一次),除记录泄漏电流外,还应记录时间、运行电压、环境温度、气候状况等参数。
在雷电季到来之前,各站应对避雷器进行全面检查,登记避雷器放电次数,同时检修部应及时消缺,保证避雷器保持可投状态。
2.变电部在避雷器投运后,应确定所安装避雷器在晴天时运行电流正常值的变化范围(可以以两周记录的电流值变化范围来确定)。
若在正常运行状态下,晴天或采用屏蔽安装的避雷器的运行电流增加到正常值上限的1.1倍;雨天或湿度大于85%时,避雷器的运行电流增加到正常值上限的1.2倍,记录人员应及时上报生技部,并每天增加一次抄表。
氧化锌避雷器在线监测系统

氧化锌避雷器在线监测系统一系统发展背景金属氧化物避雷器(下文简称MOA)以其优异的技术性能取代了其它类型的避雷器,成为电力系统的主要保护设备。
但MOA无放电间隙,氧化锌电阻片长期承受运行电压,并有泄漏电流不断流过MOA各个串联电阻片,这个电流的大小取决于MOA热稳定和电阻片的老化程度。
如果MOA在雷击电流作用下动作时发生劣化,将会使正常对地绝缘水平降低,泄漏电流增大,直至发展成为MOA的击穿损坏和爆炸。
所以监测运行中MOA的工作状态,正确判断其运行状况是非常必要的。
氧化锌避雷器阻性电流的量值通常占全电流的10%~20%,即使阻性电流增长了100%,但反映到全电流上可能只有5%的变化。
再者,受潮引起的增长与劣化引起的增长,仅仅依靠全电流的峰值变化是不可能准确判断的。
氧化锌避雷器在线监测系统反映的是氧化锌避雷器正常运行时的阻性基波电流及1、3、5次谐波电流,因而能真实监测氧化锌避雷器的运行状态。
国标上规定线路避雷器的使用寿命为额定冲击电流下18次。
系统通过实时监测氧化锌避雷器动作电流的大小,并对雷击大电流和小电流分别计数。
大电流和小电流计数值通过系统通讯网络上传到服务器。
服务器完成数据分别进行保存、处理和显示。
以指示氧化锌动作的总次数和避雷器雷击电流中大电流所占的次数。
根据大电流和小电流的动作次数和预设次数进行比较并提供报警信息。
二系统概述系统通过安装在每组氧化锌避雷器接地线上的泄漏电流和冲击大电流传感器,对氧化锌避雷器的工频泄露电流、雷击动作电流进行峰值和次数取样。
通过分布式安装的监测单元(LC)对信号进行采集、处理和转换为数字信号。
由无线通讯网络和RS485通讯网络组网后连接至站内的保护小室或主控室的网关或服务器上,网关完成数据保存及数据远传,工作站或远方服务器完成数据分析处理及打印。
系统采用数字化总线技术,杜绝被测信号的长距离传输及地电位的影响。
信号取样采用穿芯结构的有源零磁通设计技术,快速采集大动态范围的电流信号,真实有效地反映氧化锌避雷器正常运行时的阻性基波电流及1、3、5、7、9次谐波电流,并在软件上采用数字信号处理技术及分析系统,可有效地滤除干扰,使采集信息基本不受环境温度及电磁干扰的影响,解决电容型设备末屏电流信号的精确取样问题。
氧化锌避雷器的在线监测技术要点

Telecom Power Technology运营维护技术 2024年3月25日第41卷第6期199 Telecom Power TechnologyMar. 25, 2024, Vol.41 No.6潘俊锐,等:氧化锌避雷器的在线监测技术要点监控中心,以便管理人员做出正确决策。
总之,在线监测系统通过相关功能对氧化锌避雷器进行信息采集与分析,确保其稳定运行。
2 氧化锌避雷器的在线监测技术要点2.1 在线监测系统对时在对氧化锌避雷器基波阻性电流法与谐波分析法原理的研究中发现,在线监测系统采样工作的同步性对最后的监测结果影响巨大。
虽然系统监测的泄露电流数值极小,但是极小的误差会造成较大误差。
因此,在线监测系统对采样工作的同步性具有极高要求,技术人员须对系统进行对时调整。
对时方法有2种:一是采用GPS 同步授时模块进行对时,该模块可以在2 ns 内进行同步授时,减少时间误差;二是技术人员可运用IRIG-B 码时钟进行对时,抗干扰能力极强,确保传输信号稳定,进而使接受信号精度极高。
但精度过高会耗费巨大成本,因此技术人员应根据系统需求进行合理的精度选择。
现阶段,精度选择可分为 1 μs 、1 ms 、10 ms 以及1 s ,只须确保其精度可以满足系统最小分辨率[2]。
因IRIG-B 码时钟得对时成本较低,虽然对时精度不如GPS 同步授时模块,但可以满足系统需求。
因此,技术人员可利用IRIG-B 码时钟进行对时,确保采样同步。
2.2 在线监测信号去噪在氧化锌避雷器的数据采集工作中,获取的数据存在多种杂波。
因氧化锌避雷器的泄露电流值极小,若未进行去噪处理,则容易导致监测结果存在误差,无法准确反映氧化锌避雷器的真实情况。
基于此,技术人员应合理选择数据处理算法进行去噪。
小波去噪技术可以对收集到的信号加以分解,在信号分解后,保留有用的信号内容,将无用的信号系数取值为0,完成去噪工作。
通过多次分解去噪,最终可以得到有用信息。
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i3 A I 3 A cost t 360) i3 B I 3 B cos( i I cos( t 360) 3C 3C
三相MOA,通常都是相同型号且同批生产的。各项性能应 当基本一致。 如果三相电压平衡、不含谐波分量,且三相MOA的电容及 非线性电阻相同,三相电流中的基波分量互相抵消,接地线中 只剩下三次谐波零序电流I0 ,它等于各相三次谐波阻性电流之 和,即I0 = 3 Ir3 。三次谐波阻性电流随阻性电流的增加而增加, 并且总的阻性电流与三次谐波分量之间成一定的比例关系。在 线检测中,MOA 正常工作时的I r3数值较小,当一相或者三相 避雷器出现问题时,三相电流不平衡, I0 增大,且含有基波成份, 因此能发现故障。
I /A
MOA避雷器ZnO阀片的伏安特性曲线
1)在正常运行电压下, ZnO 阀片工作在其线性区a1时,一般只有数十μA 的微小 电流通过电阻R (常称为阻性电流分量) ,而通过阀片电容C 的电流Ic 则在几百μA 以上,可见在正常情况下阻性电流分量只占全电流的5 %~20 %。当MOA 存在 缺陷时,其阻性分量往往成倍增大,容性分量却增加不大,所以对MOA 阻性电流 分量的监测十分重要。 2)外加电压增加到一定数值后,U-I特性从a1区进入a2区。国内取1mA为准, 认为在这时阀片开始由绝缘体变为导体。电流对电压的影响非常敏感,电压稍 有增加,电流急剧增加。
MOA避雷器工作机理(续)
100 500 20 10 5 2 1
U/kV
正正正正正正
a1
10-7 10-5 10-3
a2
10-1
a3
101 103 105
I /A
MOA避雷器ZnO阀片的伏安特性曲线
3)在高场强区域a3,其特性相当于一个低阻值的线性电阻。
雷电或操作过电压产生的能量大部分被MOA避雷器吸收释放, 起到对电力设备保护的作用。 当过电压结束后,MOA避雷器又会工作在正常运行电压下, 保持高阻状态,流过很小的泄漏电流。
氧化锌避雷器(MOA)的在线监测
西安交通大学电气学院 汲胜昌 2004.12
本讲内容提要
在线监测MOA的意义 MOA避雷器的基本结构、等值电路 及工作机理 目前在线监测MOA的方法,包括原 理、接线及各自的优缺点。
在线监测MOA的意义
随着氧化锌避雷器在电力系统广泛地应用,大大地提高 了电力系统的安全性。产生了巨大的经济效益。经过现场的 运行表明:由于目前采用的氧化锌避雷器大多不带有任何间 隙, 这样氧化锌阀片长期直接承受工频电压, 运行期间总有 电流流过阀片, 另外再加上冲击电压及内部受潮等因素的作 用,会引起避雷器阀片老化、阻性泄漏电流增加和功耗加剧, 导致避雷器阀片温度升高直至发生热崩溃, 从而引发电力系 统事故。因此,对氧化锌避雷器的阻性泄漏电流进行长期的 在线监测是保证其安全运行的重要手段。
目前氧化锌避雷器的监测方法
总泄漏电流法 零序电流法(阻性电流三次谐波法) 常规补偿法 基波法
氧化锌避雷器的总泄漏电流值的大小不能完全反映氧化锌避 雷器的绝缘状况,而其阻性泄漏电流峰值的大小是表征绝缘特性 优劣的重要指标。
监测总泄漏电流I x
由于MOA的泄漏电流的容 性分量基本不变,因此可以 简单地认为其总电流I x 的 增加能在一定程度上反映 其阻性分量电流的增长情 况,测量总泄漏电流可以在 避雷器放电记录器两端并 联微安表(见图) ,流过微 安表的电流约为避雷器的 总泄漏电流。
零序电流法的优缺点
此方法简便,缺点是I0 有变化时不易判断出是那一 相出现异常。另外,系统电 压中若含有谐波分量,则电 容电流也将含有三次谐波 Ir3 ,与Ir3叠加后将使测量 到的I0比实际阻性电流的三 次谐波分量增大很多,造成 错觉。
UA UB UC
I x I x I C
C
I x I C
I C1
I x1
I R1
U 1
监测阻性电流三次谐波分量 的零序电流法
UA UB UC
MOA A MOA B MOA C
UA UB UC
I x I x I C
C
I x I C
C
I R
R
I R
R
I R
R
I C
C
零序电流法接线图
i1 A I1 A cost i1B I1B cos(t 120) i I cos(t 120) 1C 1C
C IΒιβλιοθήκη RR I RR
I R
R
I C
C
补偿法
金属氧化物避雷器阀片的劣化或 老化反映为阻性电流增大,因此直接 测量阻性电流能反映金属氧化物避雷 器的健康状况。补偿的原理就是抽取 系统电压补偿总泄漏电流中的容性电 流分量,以得到阻性电流分量。
高压端 均压环(与高压端相连)
法兰 中 轴 线
节单元:由内向外依次为绝缘 杆、ZnO阀片、SF6气体、瓷套
金属塔
地面
MOA避雷器实物图
MOA避雷器总体结构图
MOA阀片的基本结构
3
2
1
MOA阀片的微观结构 1-ZnO晶粒 2-晶界层 3-尖晶石晶粒
MOA 阀片的主要成分是ZnO,还掺有Bi2O3、Co2O3、MnO2、 Sb2O3 等其它金属氧化物。这种阀片具有极好的非线性保护特性。 由于其晶界层的相对介电常数可达500~2000,使阀片具有相当大的 电容量,在运行中流过阀片的电流主要是电容电流。
I x
I R
R
Rc
I C
C
U
N
μA
监测总泄漏电流的优缺点
质量好的MOA,早期的事故 较少,要有问题往往是受潮等 引起的,这时以在线监测通过 MOA的全电流的方法最为简 便。一般认为当全电流比过去 增加1~2倍时,MOA已达到 危险的边缘。 但全电流法对于发现MOA的 早期老化很不灵敏。因为早期 老化反映在阻性电流的显著增 大,而由于阻性电流在全电流 中只占很小的比例,因此测量 全电流时变化并不会很明显。
Zno电阻片的等值电路
I x
Rc
I C
C
I R
R
U
Zno阀片的等值电路
Rc—Zno晶粒本体的电阻 C—晶界层的固有电容 R—晶界层的电阻
MOA避雷器工作机理
100 500 20 10 5 2 1
U/kV
正正正正正正
a1
10-7 10-5 10-3
a2
10-1
a3
101 103 105