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【關(guān)鍵詞】氧化鋅避雷器；帶電測(cè)量；阻性電流分量

1.避雷器的發(fā)展

避雷器是變電站保護(hù)設(shè)備免遭雷電沖擊波襲擊的設(shè)備。當(dāng)沿線路傳入變電站的雷電沖擊波超過(guò)避雷器保護(hù)水平時(shí)，避雷器首先放電，并將雷電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)體安全的引入大地，利用接地裝置使雷電壓幅值限制在被保護(hù)設(shè)備的雷電沖擊水平以下，使電氣設(shè)備受到保護(hù)。

避雷器按其發(fā)展的先后可分為：保護(hù)間隙：最簡(jiǎn)單形式的避雷器；管型避雷器：也是一個(gè)保護(hù)間隙，但它能在放電后自行滅弧；閥型避雷器：是將單個(gè)放電間隙分成許多短的串聯(lián)間隙，同時(shí)增加了非線性電阻，提高了保護(hù)性能；磁吹避雷器：利用了磁吹式火花間隙，提高了滅弧能力，同時(shí)還具有限制內(nèi)部過(guò)電壓能力；氧化鋅避雷器：利用了氧化鋅閥片理想的伏安特性（非線性極高，即在大電流時(shí)呈低電阻特性，限制了避雷器上的電壓，在正常工頻電壓下呈高電阻特性），具有無(wú)間隙、無(wú)續(xù)流殘壓低等優(yōu)點(diǎn)，也能限制內(nèi)部過(guò)電壓，目前被廣泛使用。

2.氧化鋅避雷器的工作原理

氧化鋅避雷器是20世紀(jì)70年展起來(lái)的一種新型避雷器，氧化鋅閥片是以ZnO為基體的非線性電阻體，具有比碳化硅好得多的非線性伏安特性，它主要由氧化鋅壓敏電阻構(gòu)成。每一塊壓敏電阻從制成時(shí)就有它的一定開(kāi)關(guān)電壓，在正常的工作電壓下（即小于壓敏電壓）壓敏電阻值很大，相當(dāng)于絕緣狀態(tài)，但在沖擊電壓作用下（大于壓敏電壓），壓敏電阻呈低值被擊穿，相當(dāng)于短路狀態(tài)。然而壓敏電阻被擊狀態(tài)，是可以恢復(fù)的；當(dāng)高于壓敏電壓的電壓撤銷后，它又恢復(fù)了高阻狀態(tài)。因此，在電力系統(tǒng)上安裝氧化鋅避雷器后，雷擊時(shí)，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過(guò)壓敏電阻流入大地，使電源線上的電壓控制在安全范圍內(nèi)，從而保護(hù)了電器設(shè)備的安全。

3.氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的重要性

氧化鋅避雷器取消了串聯(lián)間隙，當(dāng)泄露電流流過(guò)氧化鋅閥片時(shí)，電流中的有功分量使閥片發(fā)熱，引起它伏安特性發(fā)生變化，如果長(zhǎng)期作用將導(dǎo)致氧化鋅避雷器閥片老化，直至出現(xiàn)熱擊穿。當(dāng)避雷器受到?jīng)_擊電壓作用時(shí)，閥片也會(huì)在沖擊電壓能量的作用下發(fā)生老化；內(nèi)部受潮或內(nèi)部絕緣支架絕緣性能不良，會(huì)使工頻電流增加，功耗加劇，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致內(nèi)部放電，這將導(dǎo)致主設(shè)備得不到保護(hù)，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生爆炸，影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而避雷器預(yù)試必須停運(yùn)主設(shè)備，會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行可靠性，并且會(huì)受運(yùn)行方式的限制無(wú)法停運(yùn)主設(shè)備，導(dǎo)致避雷器不能按時(shí)預(yù)試。

4.影響避雷器在線監(jiān)測(cè)結(jié)果因素

影響避雷器在線監(jiān)測(cè)的因素很多，主要有間隔內(nèi)相間干擾、測(cè)試方法、表面污穢等因素。而表面污穢可以在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)避雷器的表面清潔處理得到解決，這里主要排除間隔內(nèi)相間干擾及測(cè)試方法對(duì)測(cè)量帶來(lái)的影響。

4.1電網(wǎng)諧波

諧波電壓在電網(wǎng)中不可避免，根據(jù)國(guó)際對(duì)于電能質(zhì)量的規(guī)定，電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)允許5%以內(nèi)的諧波分量，當(dāng)系統(tǒng)諧波電流和基波電壓作用在閥片上會(huì)產(chǎn)生反映閥片非線性的諧波電流，并將產(chǎn)生復(fù)雜的交叉關(guān)系，導(dǎo)致提取反映閥片劣化而引起基波電壓作用下產(chǎn)生的諧波電流受到諧波電壓作用下產(chǎn)生諧波電流的影響。其二，系統(tǒng)諧波作用下泄露電流中會(huì)產(chǎn)生容性諧波電流，且容性分量所占比重較大。

4.2相間干擾的影響

當(dāng)三相避雷器并列運(yùn)行時(shí)，各項(xiàng)之間存在雜散電容，即各項(xiàng)避雷器不僅受到自身相電壓的作用，同時(shí)還通過(guò)相間雜散電容而受到相鄰電壓的作用，他們之間的距離和電壓等級(jí)決定這種作用的大小，這使避雷器底部泄漏電流與單獨(dú)一相運(yùn)行時(shí)相比會(huì)發(fā)生幅值和相位的變化。

5.在線監(jiān)測(cè)方法

利用避雷器的帶電測(cè)量，測(cè)得避雷器阻性電流與總泄露電流的比值，即阻性電流分量，來(lái)判斷避雷器的受潮及老化狀況。閥片老化時(shí)，避雷器的有功損耗加劇，即泄露電流中的阻性電流分量會(huì)明顯增大，從而在避雷器內(nèi)部產(chǎn)生熱量，使閥片進(jìn)一步老化，產(chǎn)生惡性循環(huán)，破壞避雷器內(nèi)部穩(wěn)定性。通過(guò)氧化鋅避雷器帶電測(cè)量有功分量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的避雷器，將設(shè)備故障杜絕在萌芽狀態(tài)。

全電流法也叫總泄漏電流法，根據(jù)避雷器老化或受潮時(shí)，阻性電流增加，從而總電流隨之增加的這一特征來(lái)判斷避雷器的運(yùn)行情況。因?yàn)椋娏髯栊苑至恐徽既菪苑至康?0%左右，且兩者基波相位相差90度，這使得監(jiān)測(cè)到的全電流的有效值或平均值主要決定于容性電流分量，即使是阻性電流增加一倍，全電流變化也不明顯。

諧波分析法：采用電流及其分量進(jìn)行諧波分析得出相應(yīng)的特征量的方法，主要特征量時(shí)阻性電流分量及其基波和三次諧波，采用微處理器和利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行分析的，所以也稱數(shù)字波形分析法。

ZF800-3型容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)單元：可對(duì)變壓器高壓套管、高壓互感器、耦合電容、避雷器等容性電力設(shè)備的介質(zhì)損耗、末屏電流及電容量進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握設(shè)備的絕緣狀況，并根據(jù)同類設(shè)備的橫向比較、同一設(shè)備的縱向比較以及絕緣特性的發(fā)展趨勢(shì)，及早發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，提出預(yù)警，避免事故的發(fā)生。

避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)氧化鋅避雷器阻性電流基波分量的監(jiān)測(cè)，可較為靈敏地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣缺陷。由避雷器測(cè)量單元和基準(zhǔn)電壓測(cè)量單元共同完成。ZF800-32 避雷器監(jiān)測(cè)單元可以測(cè)出避雷器接地端的泄露全電流的幅度和相位以及與交流電源的相位差。ZF800-33電壓采樣單元，可以測(cè)得系統(tǒng)電壓的幅度和相位以及與交流電源的相位差，通過(guò)這兩信號(hào)相位和交流電壓信號(hào)的差分量可以計(jì)算出避雷器的泄露電流和系統(tǒng)電壓的相位差，全電流中的容性電流分量和阻性電流分量。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：變電站高壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用總線控制技術(shù)，它由安裝在設(shè)備附近的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元和安裝在后臺(tái)管理中心的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可把若干個(gè)變電站監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯集到上層的數(shù)據(jù)管理診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)變電站內(nèi)的高壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)。

絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常由不同類型傳感器、若干個(gè)本地采集終端及變電站絕緣在線監(jiān)測(cè)中央柜構(gòu)成，通過(guò)就地監(jiān)單元上傳至數(shù)據(jù)處理主單元，通常在現(xiàn)場(chǎng)傳感器不多情況下全站用一個(gè)主單元就足夠了，通過(guò)主單元上傳至后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析。

【參考文獻(xiàn)】

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【關(guān)鍵詞】氧化鋅避雷器；分布式；無(wú)線傳輸；在線監(jiān)測(cè)；傳感器

0.引言

氧化鋅避雷器是電力設(shè)備的重要保護(hù)元件，其安全可靠運(yùn)行才能保證電力系統(tǒng)的安全。在實(shí)際運(yùn)行中，避雷器的老化/損壞有一個(gè)累積的過(guò)程。通過(guò)利用避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其阻性電流等特征值變化趨勢(shì)的方式，可以全面反映其是否出現(xiàn)老化、受潮及內(nèi)部放電等情況，并實(shí)時(shí)診斷避雷器的運(yùn)行工況，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施。在線監(jiān)測(cè)使對(duì)避雷器的檢修維護(hù)更有針對(duì)性，達(dá)到提高氧化鋅避雷器運(yùn)行可靠性的目的。電力系統(tǒng)中的氧化鋅避雷器數(shù)量多、分布廣，為滿足不同監(jiān)測(cè)環(huán)境的需要，筆者設(shè)計(jì)出無(wú)線分布式氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1.系統(tǒng)總觀

無(wú)線分布式氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示，由安裝在設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的分布式測(cè)量終端（電流單元）、PT信號(hào)采集單元（電壓?jiǎn)卧⑼讲杉刂茊卧ū镜貑卧┖妥冸娬局骺厥业墓ぷ髡炯熬W(wǎng)關(guān)構(gòu)成。

圖1 無(wú)線分布式氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

所有測(cè)量終端的結(jié)構(gòu)相同，對(duì)每組被監(jiān)測(cè)氧化鋅避雷器（A、B、C三相）配置一臺(tái)測(cè)量終端，負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)的采集和提取，得到被監(jiān)測(cè)的電氣量，由無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)將各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至主控室的網(wǎng)關(guān)。工作站負(fù)責(zé)對(duì)站內(nèi)各測(cè)量終端的控制以及數(shù)據(jù)的保存和處理。網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)收集測(cè)量終端的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)通信，也可以就地分析、顯示。

本系統(tǒng)硬件采用浮點(diǎn)采集技術(shù)，快速采集動(dòng)態(tài)范圍大的電流信號(hào)，真實(shí)有效地反映氧化鋅避雷器正常運(yùn)行時(shí)的阻性基波電流及3、5、7、9次諧波電流。軟件上采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及專家分析系統(tǒng)，可有效地濾除干擾，真實(shí)反映氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀態(tài)。

本系統(tǒng)與被監(jiān)測(cè)氧化鋅避雷器的一次回路無(wú)直接電氣連接，不影響安全運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于施工和維護(hù)。

本系統(tǒng)顯示及上傳的參數(shù)包括電壓有效值；全電流峰值；阻性電流正峰值、負(fù)峰值及1、3、5、7、9次諧波有效值；動(dòng)作電流峰值及次數(shù)；功耗值。其技術(shù)指標(biāo)為：電流測(cè)量0～800mA、分辨率0.01mA、準(zhǔn)確度±1%；沖擊電流測(cè)量200A～20kA、分辨率5A、準(zhǔn)確度±10%；電壓測(cè)量30V～100V（PT二次側(cè)）、分辨率0.1V、準(zhǔn)確度±0.5%。

2.阻性電流的提取

測(cè)量氧化鋅避雷器的泄漏電流和阻性電流作為監(jiān)測(cè)氧化鋅避雷器質(zhì)量狀況的一種重要手段。其典型的測(cè)量方法如圖2所示（以一相為例）。

測(cè)量電壓信號(hào)和氧化鋅避雷器的全電流信號(hào)，并通過(guò)數(shù)學(xué)處理和計(jì)算，即可求出阻性電流和其它特征參數(shù)。

氧化鋅避雷器的等效電路由非線性電阻R和電容C并聯(lián)組成。其中Ix為總泄漏電流，Ir為阻性電流，Ic為容性電流。

一般認(rèn)為僅占總泄漏電流10%～20%的阻性電流的增加是引起氧化鋅避雷器劣化的主要因素，所以從總泄漏電流中準(zhǔn)確提取其阻性電流是判斷氧化鋅避雷器運(yùn)行狀況的關(guān)鍵。

由采樣得到的電壓和全電流信號(hào)，應(yīng)用傅立葉變換（FFT）轉(zhuǎn)換到頻域進(jìn)行分解，可分別得到氧化鋅避雷器的阻性電流Ir和容性電流Ic的各次諧波分量，經(jīng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，再返回時(shí)域合成得到總泄漏電流Ix和容性電流Ic。

圖2 測(cè)量原理示意圖

然而，現(xiàn)場(chǎng)采集得到的全電流Ix受相間雜散電容的影響主要反映在全電流的容性分量中，其表達(dá)式為

式中，C11為被測(cè)相氧化鋅避雷器的對(duì)地電容；C12、C13為相間雜散電容；u1為被測(cè)相氧化鋅避雷器的電壓；u2、u3為鄰相氧化鋅避雷器電壓。

由于系統(tǒng)的三相電壓的對(duì)稱性，因而由電壓u1得到的采樣信號(hào)可依次得到u2、u3，以及時(shí)頻域轉(zhuǎn)換后的容性電流Ic。利用海森矩陣可計(jì)算得到C11、C12和C13的值，然后由雅克比矩陣重新計(jì)算容性電流Ic。

實(shí)際測(cè)量表明，氧化鋅避雷器的阻性電流可用指數(shù)波Ae-gt2（其中A是指數(shù)波的幅值，g是與指數(shù)波的形狀有關(guān)的參數(shù)）進(jìn)行曲線擬合。考慮到阻性電流的正、負(fù)半波幅值可能不等，故采用分段指數(shù)波擬合MOA的阻性電流，其表達(dá)式為：

式中，A1為阻性電流的正峰值；A2為阻性電流的負(fù)峰值。

利用處理過(guò)的時(shí)域信號(hào)Ix、消除相間雜散電容后的Ic和擬合曲線Ir，可采用最小二乘法優(yōu)化求取Ir的未知參數(shù)A和g。最小二乘法的優(yōu)化原理為：

采用固定步長(zhǎng)多次搜索優(yōu)化各個(gè)變量，直到誤差ε滿足工程計(jì)算的精度要求，從而根據(jù)最終的計(jì)算結(jié)果就可得到氧化鋅避雷器的阻性電流。

3.測(cè)量終端

測(cè)量終端由傳感器、信號(hào)調(diào)理及信號(hào)采集三部分組成，有定時(shí)啟動(dòng)和上位機(jī)查詢啟動(dòng)兩種方式，如圖3所示。

圖3測(cè)量終端示意圖

3.1 傳感器

傳感器是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它將直接影響系統(tǒng)的精度、安全和可靠性。

氧化鋅避雷器泄漏電流傳感器和沖擊電流傳感器采用高導(dǎo)磁合金材料作為鐵芯，一次端為穿芯結(jié)構(gòu)，采用電磁感應(yīng)原理耦合取得小電流信號(hào)，外加抗電場(chǎng)及磁場(chǎng)的鐵磁材料屏蔽制成。可安裝在氧化鋅避雷器接地端。傳感器的信號(hào)就地放大及補(bǔ)償，然后送入下一單元。

本系統(tǒng)的傳感器均與電站的二次接線無(wú)直接的電氣聯(lián)系。

3.2 信號(hào)調(diào)理及采樣

小電流傳感器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)程控放大后接至A/D。由于被監(jiān)測(cè)的電流信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍較大，所有模塊的電流采樣均采用浮點(diǎn)放大技術(shù)，即程控放大倍數(shù)由硬件自動(dòng)控制，信號(hào)較小時(shí)，程控放大倍數(shù)自動(dòng)變大，信號(hào)較大時(shí)，程控放大倍數(shù)自動(dòng)變小。對(duì)電流波形的正確記錄和對(duì)電流測(cè)量的足夠精度，是氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，而浮點(diǎn)放大技術(shù)可以有效的滿足這種要求。起技術(shù)指標(biāo)為：1/4/16/64/256級(jí)程控增益，測(cè)量范圍-5V～+5V， 采樣速率200k，分辨率12Bit，時(shí)間長(zhǎng)度為40ms。

測(cè)量終端設(shè)置同步數(shù)據(jù)采集通道。由于同一區(qū)域內(nèi)所有終端的采集程序完全相同，所以可以確保采集的同步性。從工作流程上保證了局部區(qū)域內(nèi)所有模塊的同步采集和每個(gè)模塊所有參量的同步采集。

溫濕度傳感器將溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，經(jīng)精密電阻后變?yōu)殡妷盒盘?hào)，由專用A/D采樣。該A/D具有1/2/4/8/16/32/64/128級(jí)程控增益，可自動(dòng)校準(zhǔn)零漂和增益誤差，具有可編程數(shù)字低通濾波器，測(cè)量范圍0～2.5V（DC）， 分辨率24Bit，是理想的溫濕度測(cè)量芯片。壓力和溫濕度數(shù)據(jù)最大可存儲(chǔ)1000組數(shù)據(jù)。

3.3 工作方式

測(cè)量終端有定時(shí)采集和查詢采集二種工作方式。定時(shí)采集和查詢采集方式均可通過(guò)控制室網(wǎng)關(guān)（相當(dāng)于一臺(tái)工控機(jī)）設(shè)置。通常可設(shè)置成定時(shí)采集方式（如每小時(shí)測(cè)試一次），采集到的數(shù)據(jù)可以繪制成趨勢(shì)圖，便于直觀顯示變化趨勢(shì)。如果對(duì)某一相避雷器的數(shù)據(jù)有疑問(wèn)時(shí)，可隨時(shí)起用查詢方式，喚醒測(cè)量終端以獲得及時(shí)在線數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的分析判斷。定時(shí)采集的時(shí)間間隔可由工作站或遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)整定。測(cè)量終端配置有時(shí)鐘芯片，所有的避雷器測(cè)試數(shù)據(jù)都將有時(shí)間標(biāo)簽。平時(shí)，測(cè)量終端處于待機(jī)狀態(tài)，定時(shí)時(shí)間到后啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集，記錄40ms電流信號(hào)及PT電壓基準(zhǔn)信號(hào)，記錄完成后向網(wǎng)關(guān)發(fā)出申請(qǐng)，網(wǎng)關(guān)響應(yīng)后將數(shù)據(jù)傳給網(wǎng)關(guān)。

3.4 電源模塊

測(cè)量終端可選配高容量鋰電池或太陽(yáng)能電池。亦可采用直接取電的方法，即考慮到避雷器由氧化鋅電阻片串聯(lián)組成，正常運(yùn)行狀態(tài)下其泄漏電流在200μA左右，如果在避雷器上串聯(lián)一檢測(cè)電阻片，可從電阻片兩側(cè)取電壓，經(jīng)整流穩(wěn)壓為檢測(cè)電路提供電源。

3.5 處理器

從低功耗的角度考慮，處理器可選用LM3S1138芯片，該芯片采用Cortex-M3內(nèi)核設(shè)計(jì)，在兼顧性能和功耗方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)處于深度休眠狀態(tài)時(shí)，其功耗為0.8mW左右，并且能夠通過(guò)外部中斷信號(hào)將其從休眠狀態(tài)中喚醒。

3.6 安全及可靠性

所有電子元器件和集成芯片均采用工業(yè)級(jí)（-10°C～70°C），傳感器信號(hào)線采用屏蔽線引入，測(cè)量終端外殼采用具有磁場(chǎng)屏蔽和電場(chǎng)屏蔽性能的合金外殼，并采取防雨水的密封措施。測(cè)量終端的信號(hào)輸入端并聯(lián)雙向二極管和壓敏電阻以保護(hù)測(cè)量回路。需經(jīng)地下敷設(shè)的信號(hào)線采用金屬水管保護(hù)以防止被蟲鼠啃咬。

3.7 盤表電壓信號(hào)采集單元

盤表電壓信號(hào)采集單元專門負(fù)責(zé)三相基準(zhǔn)電壓信號(hào)的隔離、放大、電壓/電流變換等。整個(gè)系統(tǒng)只需要一個(gè)單元。安裝在控制室內(nèi)。其作用是為傅立葉變換提供相位基準(zhǔn)。設(shè)計(jì)、安裝時(shí)要充分考慮系統(tǒng)安全，設(shè)置隔離、短路保護(hù)回路，確保二次回路安全可靠。

4.數(shù)據(jù)處理

系統(tǒng)軟件運(yùn)行在網(wǎng)關(guān)上，負(fù)責(zé)控制測(cè)量終端并收集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算分析及管理，顯示數(shù)據(jù)波形，輸出診斷結(jié)果。系統(tǒng)軟件擬采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方便設(shè)計(jì)與維護(hù)。特征值數(shù)據(jù)計(jì)算模塊采用外掛的形式，由診斷算法管理模塊管理，系統(tǒng)可方便擴(kuò)展，如圖4所示。

圖4 軟件體系框圖

工作站將對(duì)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果對(duì)應(yīng)于時(shí)間標(biāo)簽建立數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)采集到的電流與基準(zhǔn)電壓信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，分解出1、3、5、7、9次諧波分量，繪出各參數(shù)的變化趨勢(shì)。分析數(shù)據(jù)時(shí)，首先判斷阻性電流是否增大，然后判斷是基波增大（說(shuō)明由受潮引起的故障）還是諧波增大（說(shuō)明由劣化引起的故障），進(jìn)而判斷避雷器的故障類型，從而采取不同的處理方法。

相關(guān)判據(jù)包括：

1）氧化鋅避雷器測(cè)試結(jié)果的分析以歷史數(shù)據(jù)縱向變化趨勢(shì)為依據(jù)，不刻意追求測(cè)試值的絕對(duì)大小。

2）氧化鋅避雷器的阻性電流值在正常情況下約占全電流的10%～20%。如果測(cè)試值在此范圍內(nèi)，一般可判定此氧化鋅避雷器運(yùn)行良好。

3）氧化鋅避雷器的阻性電流值占全電流的25%～40%時(shí)，須增加檢測(cè)頻度，密切關(guān)注其變化趨勢(shì)，并做數(shù)據(jù)分析判斷。

4）氧化鋅避雷器的阻性電流值占全電流的40%以上時(shí)，則考慮退出運(yùn)行，進(jìn)一步分析故障原因。

5）如果阻性電流占全電流的百分比明顯增長(zhǎng)，且其中基波的增長(zhǎng)幅度較大，而諧波的增長(zhǎng)不明顯，則一般可確定為氧化鋅避雷器污穢嚴(yán)重或內(nèi)部受潮。

6）如果阻性電流占全電流的百分比明顯增長(zhǎng)，且其中諧波的增長(zhǎng)幅度較大，而基波的增長(zhǎng)不明顯，則一般可確定為氧化鋅避雷器老化。

5.無(wú)線傳輸

微功率近距離無(wú)線通信技術(shù)是超大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。微功率近距離無(wú)線通信主要是依靠射頻收發(fā)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，單片射頻收發(fā)芯片加上少量的器件就能夠構(gòu)成一個(gè)近距離無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)。現(xiàn)有的射頻收發(fā)芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，能夠滿足一般無(wú)線通信系統(tǒng)的要求。此外該類芯片無(wú)需用戶對(duì)芯片底層有很深入的了解，只需要按照用戶開(kāi)發(fā)手冊(cè)對(duì)芯片的相關(guān)寄存器進(jìn)行讀寫就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。

例如，可采用ChipCon公司設(shè)計(jì)的CC1100芯片，該芯片是一種單片的UHF收發(fā)器，專為低功耗無(wú)線應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。處于休眠狀態(tài)時(shí)整個(gè)芯片消耗的電流為900nA。CC1100芯片還具有電磁波喚醒功能，能夠通過(guò)接收適當(dāng)?shù)碾姶挪ㄐ盘?hào)將自身從休眠狀態(tài)喚醒，同時(shí)還會(huì)在GD0引腳產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，利用該脈沖信號(hào)能將LM3S1138從休眠狀態(tài)喚醒。

防沖突功能是基于分時(shí)發(fā)送來(lái)實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)采集端的分時(shí)發(fā)送功能主要依靠自身的地址編號(hào)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)接收端采用相同的無(wú)線傳輸模塊。

6.影響因素

6.1信號(hào)取樣

氧化鋅避雷器的接地線一般不允許斷開(kāi)，信號(hào)大多是在計(jì)數(shù)器的兩端取樣，當(dāng)計(jì)數(shù)器位置較高時(shí)，如圖5所示。電流傳感器的上端接線需要人工攀爬，危險(xiǎn)性很高，給測(cè)量帶來(lái)很大不便。

6.2 同步測(cè)量誤差

電壓信號(hào)和電流信號(hào)沒(méi)有同時(shí)測(cè)量，會(huì)給相位角差帶來(lái)很大誤差，氧化鋅避雷器的很多參量計(jì)算都是依靠相位角差，遠(yuǎn)距離、精準(zhǔn)同步測(cè)量是測(cè)試要求的重點(diǎn)。

7.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

7.1 變電站

傳輸信號(hào)應(yīng)采用硬件處理方式，經(jīng)過(guò)時(shí)間可預(yù)測(cè)、穩(wěn)定不變的硬件通道，才能保證測(cè)量精度。

圖5 計(jì)數(shù)器位置較高的MOA測(cè)量示意圖

采用合理的技術(shù)方案，本系統(tǒng)具備三種可選擇的無(wú)線通訊方式400米、800米、3公里，分別對(duì)應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)為400米內(nèi)可進(jìn)行介損帶電測(cè)試、800米和3公里內(nèi)可進(jìn)行避雷器帶電測(cè)試，800米和3公里的差異在于選擇不同的發(fā)射單元和天線。一般的應(yīng)用場(chǎng)合是500kV變電站內(nèi)可以選擇800m工作方式，變電站周邊3km范圍內(nèi)的線路避雷器和電纜出線處的避雷器進(jìn)行帶電測(cè)試。

7.2 線路

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境非常復(fù)雜，PT端子和氧化鋅避雷器之間的狀況千變?nèi)f化，長(zhǎng)距離的現(xiàn)場(chǎng)布線受到的干擾非常嚴(yán)重，也具有危險(xiǎn)性。對(duì)于線路避雷器而言，采用有線測(cè)量的方式根本不可能，只能采用無(wú)線傳輸模式，而無(wú)線傳輸?shù)木嚯x受環(huán)境的制約非常明顯，因此，穩(wěn)定可靠的長(zhǎng)距離無(wú)線測(cè)量方式，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)而言，具有重大意義。

經(jīng)過(guò)多年的摸索和反復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，解決了上述問(wèn)題。主要采用的方式有：

1）在相同的發(fā)射功率下，距離與頻段成反比，系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就考慮采用低頻的公用頻段。

2）發(fā)射功率增強(qiáng)，傳輸距離也會(huì)增加，從電路板的設(shè)計(jì)到天線的制作，嚴(yán)格按照阻抗匹配的原則，將發(fā)射功率完全耦合到天線，有效增加傳輸能量，提高通信的距離。

3）采用先進(jìn)的無(wú)線測(cè)量?jī)x表，匹配器件參數(shù)，提高接收機(jī)的靈敏度。相同環(huán)境下，接收機(jī)靈敏度提高，也會(huì)增加通信距離。

無(wú)線帶電測(cè)試的原理如圖6所示。

針對(duì)線路避雷器的具體特點(diǎn)，有如下兩種接線方式可供參考選擇：

電流傳感器直接安裝在計(jì)數(shù)器下端，二次側(cè)信號(hào)接入端盡量靠近儀器測(cè)量端，如圖7所示。

電流傳感器為無(wú)源穿芯傳感器，傳感器二次側(cè)的信號(hào)通過(guò)屏蔽線引入到線路桿塔的中下部位的金屬盒子中，測(cè)試時(shí)直接將金屬盒子中二次側(cè)取樣信號(hào)送入儀器，減少攀爬接線的工作量。

圖6 遠(yuǎn)距離無(wú)線通信測(cè)量方式

圖7 電流傳感器安裝方式

從計(jì)數(shù)器的上端直接引線下來(lái)，接入到桿塔中下部的金屬盒子中，如圖8所示.

圖8 引線測(cè)量方式

測(cè)量時(shí)將儀器測(cè)量線接到絕緣引線，工作量很小，成本也非常少，但要考慮絕緣性能，同時(shí)絕緣引線可能會(huì)有較強(qiáng)的感應(yīng)電壓，下端不能太低，以防人誤碰觸。

第二種方案方便易用，通用性也很強(qiáng)。目前絕緣強(qiáng)度較高的線也容易買到，只要注意引線下端離地面高度就可以了。唯一需要驗(yàn)證的是這種方法是否符合目前系統(tǒng)的安全運(yùn)行規(guī)定。

7.3 監(jiān)測(cè)目標(biāo)

7.3.1 串聯(lián)空氣間隙避雷器的監(jiān)測(cè)

串聯(lián)空氣間隙避雷器因平時(shí)沒(méi)有泄漏電流，所以無(wú)法開(kāi)展阻性電流的監(jiān)測(cè)，一般是通過(guò)監(jiān)測(cè)避雷器動(dòng)作電流峰值和動(dòng)作次數(shù)。國(guó)標(biāo)《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器GB11032-2000》中規(guī)定：試品應(yīng)能耐受20次峰值等于避雷器標(biāo)稱額定放電電流而波形為8/20的雷電沖擊電流試驗(yàn)。因此氧化鋅避雷器運(yùn)行中如果超過(guò)額定通流容量的次數(shù)超過(guò)20次，其次數(shù)已超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)備性能和運(yùn)行狀態(tài)需進(jìn)行認(rèn)真評(píng)估。

針對(duì)線路避雷器，設(shè)計(jì)了穿芯式的沖擊電流傳感器和在線監(jiān)測(cè)單元，可實(shí)時(shí)記錄線路避雷器動(dòng)作電流峰值和動(dòng)作次數(shù)，并通過(guò)GPRS將數(shù)據(jù)傳回后臺(tái)系統(tǒng)。

7.3.2 動(dòng)作電流和泄漏電流的監(jiān)測(cè)

在變電站周圍3km范圍內(nèi)，針對(duì)無(wú)間隙的避雷器可開(kāi)展動(dòng)作電流和泄漏電流的在線監(jiān)測(cè)。泄漏電流的監(jiān)測(cè)和帶電測(cè)試的原理基本相同，只是傳感器和監(jiān)測(cè)單元安裝在現(xiàn)場(chǎng)。動(dòng)作電流的監(jiān)測(cè)和間隙避雷器的動(dòng)作電流監(jiān)測(cè)方式一致。

8.結(jié)語(yǔ)

無(wú)線分布式氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，該系統(tǒng)具有實(shí)用、靈活、可靠等特點(diǎn)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，適于智能電網(wǎng)發(fā)展的需要。

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篇3

關(guān)鍵詞：帶電檢測(cè)金屬氧化物避雷器 應(yīng)用

中圖分類號(hào)： TU895 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

一、引言：

某電廠220KV變電站內(nèi)變壓器出口及母線避雷器全部采用的是金屬氧化物避雷器。金屬氧化物避雷器以其優(yōu)異的技術(shù)性能逐漸取代了其它類型的避雷器。避雷器內(nèi)部采用氧化鋅電阻片為主要原件，因電阻片具有良好的伏安特性，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)大氣過(guò)電壓或操作過(guò)電壓時(shí)，氧化鋅電阻片呈現(xiàn)低阻值，使避雷器的殘壓被限制在允許值以下。從而對(duì)電力設(shè)備提供可靠的保護(hù)。而避雷器運(yùn)行在系統(tǒng)正常電壓下時(shí)，由于優(yōu)異的非線性，它呈現(xiàn)高阻值，避雷器流過(guò)微安級(jí)電流，可以省去傳統(tǒng)的避雷器不可缺少的滅弧間隙，避雷器結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。由于沒(méi)有放電間隙，氧化鋅電阻片長(zhǎng)期承受運(yùn)行電壓，并有泄漏電流不斷流過(guò)各個(gè)串聯(lián)電阻片，這個(gè)電流的大小取決于金屬氧化物避雷熱穩(wěn)定和電阻片的老化程度。如果在金屬氧化物避雷器動(dòng)作負(fù)載下發(fā)生劣化，將會(huì)使正常對(duì)地絕緣水平降低，泄漏電流增大，直至發(fā)展成為金屬氧化物避雷擊穿損壞。所以運(yùn)行中檢測(cè)金屬氧化物避雷的工作情況，正確判斷其質(zhì)量狀況是非常必要的。

二、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)實(shí)例：

該廠一臺(tái)主變出口金屬氧化物避雷器為西安西電高壓電瓷有限公司產(chǎn)品。

銘牌如下：

型號(hào)：Y10W5—200/496額定電壓： 200KV持續(xù)運(yùn)行電壓：156KV

直流參考電壓：304KV 阻性電流：0.25mA陡波沖擊殘壓：582KV

雷電沖擊殘壓：496KV 操作沖擊殘壓：442KV

避雷器投產(chǎn)后，積極開(kāi)展帶電檢測(cè)，測(cè)量運(yùn)行電壓下的阻性電流，全電流。測(cè)量數(shù)據(jù)一直穩(wěn)定，使用儀器為MD-810A型氧化鋅避雷器帶電測(cè)試儀，正常時(shí)期某組數(shù)據(jù)如下：

但在下一周期測(cè)量（一個(gè)月后）時(shí)，數(shù)據(jù)規(guī)律產(chǎn)生變化：

受環(huán)境、濕度等影響，A、C相全電流有所增加，阻性電流減小；而B相數(shù)據(jù)變化較大，全電流增加較大，阻性電流變?yōu)樵鲩L(zhǎng)，且數(shù)值由原來(lái)三相最小上升到最大。橫向比較、縱向比較、趨勢(shì)變化都應(yīng)視為異常數(shù)據(jù)。加強(qiáng)監(jiān)視，增加測(cè)量次數(shù)。連續(xù)監(jiān)視兩個(gè)月，測(cè)量數(shù)據(jù)仍如此。雖然符合規(guī)程要求，但懷疑B相存在隱患。利用小修機(jī)會(huì)停電退出運(yùn)行，避雷器為兩節(jié)組合，停電測(cè)量絕緣數(shù)值上節(jié)100000+ MΩ，下節(jié)150 MΩ不符合規(guī)程要求最低2500 MΩ，測(cè)量直流1mA電壓和0.75U1mA泄露電流為152μA（規(guī)程為50μA），B相避雷器已存在嚴(yán)重隱患，更換備件避雷器。決定將該相避雷器返廠進(jìn)行解體。到廠家后下節(jié)產(chǎn)品只能加壓到2KV左右。解體分析：打開(kāi)下蓋板，蓋板里面有零星繡點(diǎn)，但密封面未出現(xiàn)進(jìn)水可能，絕緣桶壁有水珠，彈簧上的導(dǎo)電帶已繡斷，去掉隔弧筒，上兩旁閥片有明顯積水。接下來(lái)拆下上端蓋，從里面很明顯看見(jiàn)防爆膜上面有陳舊性破損，再看抽氣孔，未發(fā)現(xiàn)進(jìn)水痕跡，上密封面亦未見(jiàn)進(jìn)水痕跡，故避雷器進(jìn)水原因系防爆膜破裂。這是一起通過(guò)帶電檢測(cè)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，發(fā)現(xiàn)重大缺陷的技術(shù)應(yīng)用。

三、金屬氧化物避雷器泄漏電流測(cè)量：

在交流電壓下，金屬氧化物避雷器的泄漏電流包含阻性電流（有功分量）和容性電流（無(wú)功分量）。在正常運(yùn)行情況下，流過(guò)避雷器的主要為容性電流，阻性電流只占很小一部分，約為10%-20%。但當(dāng)閥片老化時(shí)，避雷器內(nèi)部絕緣件受潮及表面嚴(yán)重污穢時(shí)，容性電流變化不多，而阻性電流大大增加。測(cè)試表明，在運(yùn)行電壓下測(cè)量全電流、阻性電流可以在一定程度上反映氧化鋅避雷器運(yùn)行的狀態(tài)。全電流的變化可以反映氧化鋅避雷器的嚴(yán)重受潮、內(nèi)部元件接觸不良、閥片嚴(yán)重老化，而阻性電流的變化対閥片初期老化的反應(yīng)較靈敏。

氧化鋅避雷器受潮主要是密封不良引起的。氧化鋅避雷器受潮會(huì)大大增加本身的電導(dǎo)性能，阻性電流明顯增大，由于多數(shù)氧化鋅避雷器沒(méi)有串聯(lián)間隙，所以，其閥片將長(zhǎng)期承受工作電壓的作用。串聯(lián)結(jié)構(gòu)的氧化鋅避雷器，當(dāng)輕度受潮時(shí)，通常因氧化鋅閥片電容較大而只導(dǎo)致受潮元件本身阻性電流增加并發(fā)熱，當(dāng)受潮嚴(yán)重時(shí)，阻性電流可能接近或超過(guò)容性電流，在受潮元件溫升增加的同時(shí)，非受潮元件的功率損耗和發(fā)熱開(kāi)始明顯，甚至超過(guò)受潮元件的相應(yīng)值。

（一）測(cè)量全泄漏電流。氧化鋅電阻片長(zhǎng)期承受運(yùn)行電壓，流過(guò)各個(gè)串聯(lián)電阻片泄漏電流的總電流。

（二）測(cè)量阻性電流。

傳統(tǒng)的金屬氧化物避雷器阻性電流測(cè)量按其工作原理分為兩種：容性電流補(bǔ)償法和諧波分析法。

容性電流補(bǔ)償法：要有效的監(jiān)視電阻片地老化情況就要監(jiān)視泄漏電流中的有功分量—阻性電流的變化。可利用外加容性電流將流過(guò)電阻片的泄漏電流的無(wú)功分量—容性電流平衡掉，而保留阻性電流。補(bǔ)償法最大的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果基本不受電源高次諧波的影響，精度較高。

諧波分析法：因?yàn)樽栊噪娏鞯闹C波量都是總電流的諧波量。因此通過(guò)測(cè)量避雷器總電流中的諧波量（主要是三次諧波的峰值），然后根據(jù)它與阻性電流峰值的函數(shù)關(guān)系間接的得到阻性電流峰值。

現(xiàn)在新型儀器測(cè)量金屬氧化物避雷器的全電流、阻性電流峰值及有功損耗等，集中了諧波法和補(bǔ)償法的優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上克服了補(bǔ)償法和諧波法的固有缺點(diǎn)。

四、 帶電檢測(cè)判斷標(biāo)準(zhǔn)及注意事項(xiàng)：

1）帶電檢測(cè)判斷標(biāo)準(zhǔn)：

金屬氧化物避雷器檢測(cè)周期：新投運(yùn)110Kv及以上三個(gè)月后帶電測(cè)量一次，以后每個(gè)雷雨季節(jié)前、后測(cè)量一次。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：測(cè)量運(yùn)行電壓下的全電流、阻性電流或功率損耗，測(cè)量值與初始值比較。不應(yīng)有明顯變化，當(dāng)阻性電流增加一倍時(shí)，必須停電檢查。當(dāng)阻性電流增加到初始值的150％時(shí)，應(yīng)適當(dāng)縮短監(jiān)測(cè)周期。一般判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：

1、廠家標(biāo)準(zhǔn)：由于每個(gè)廠家的閥片配方和裝配工藝不同，所以金屬氧化物避雷器的泄漏電流和阻性電流標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，測(cè)試時(shí)可以根據(jù)廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行測(cè)試。若全電流或阻性電流基波值超標(biāo)，則可初步判定金屬氧化物避雷器存在質(zhì)量問(wèn)題，然后需停電做直流試驗(yàn)，根據(jù)直流測(cè)試數(shù)據(jù)作出最終判斷。

2、橫向比較：同一廠家、同一批次的產(chǎn)品，金屬氧化物避雷器各參數(shù)應(yīng)大致相同，如果全電流或者阻性電流差別較大，即使參數(shù)不超標(biāo)，金屬氧化物避雷器也可能有異常。

3、縱向比較：對(duì)同一產(chǎn)品，在同樣的環(huán)境條件下，不同時(shí)間測(cè)得的數(shù)據(jù)可以作縱向比較，發(fā)現(xiàn)全電流或阻性電流有明顯增大趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)縮短檢測(cè)周期或停電作直流試驗(yàn)，以確保安全。

2）帶電檢測(cè)注意事項(xiàng)：

實(shí)測(cè)證明，諧波電壓是從幅值和相位兩個(gè)方面來(lái)影響金屬氧化物避雷器阻性電流的測(cè)量值，而阻性電流基波峰值則基本不受諧波成份影響，因此現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試判定金屬氧化物避雷器的質(zhì)量狀況時(shí)應(yīng)以阻性電流基波峰值為準(zhǔn)。

系統(tǒng)電壓變化對(duì)金屬氧化物避雷器的泄漏電流值影響很大。因此在對(duì)金屬氧化物避雷器泄漏電流進(jìn)行橫向或縱向比較，每次測(cè)量時(shí)，工作負(fù)責(zé)人都要詳細(xì)記錄母線電壓。力爭(zhēng)每次母線電壓平穩(wěn)時(shí)測(cè)量。

避雷器瓷套表面污穢將引起避雷器阻性電流和全電流及有功損耗普遍增大；環(huán)境溫度和濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果也有較大影響。

實(shí)測(cè)中常發(fā)生三相呈直線排列的同類型避雷器，其阻性電流和全電流有明顯差異，一般情況下A項(xiàng)偏大，B相居中，C相偏小，這應(yīng)為三相避雷器相間干擾、電容耦合所致，使得兩邊相避雷器底部的總電流相位發(fā)生變化，在實(shí)測(cè)中，應(yīng)考慮這一因素的影響。

五、結(jié)論與建議：

金屬氧化物避雷器是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的重要設(shè)備，對(duì)保護(hù)主設(shè)備安全以及電網(wǎng)的穩(wěn)定有著及其重要的作用，試驗(yàn)實(shí)踐表明：帶電檢測(cè)方法的推廣應(yīng)用，為正確掌握設(shè)備的健康狀態(tài)提供了科學(xué)依據(jù)，為實(shí)施預(yù)知性檢修創(chuàng)造了條件，為提高供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益奠定了牢固的基礎(chǔ)。應(yīng)完全按照檢測(cè)周期執(zhí)行運(yùn)行電壓下的泄漏電流測(cè)量，與廠家標(biāo)準(zhǔn)比較，與前幾次測(cè)得的數(shù)據(jù)作縱向比較，三相之間作橫向比較。綜合考慮電壓升高、溫度升高、濕度增大，污穢嚴(yán)重等各種因素，正確判斷氧化物避雷器質(zhì)量狀況。在帶電檢測(cè)時(shí)，對(duì)發(fā)現(xiàn)異常的避雷器，排除各種因素后，仍存在問(wèn)題，應(yīng)停電做直流試驗(yàn)，測(cè)量直流1mA電壓U1mA及0.75U1mA下的泄漏電流，綜合判斷。確認(rèn)存在質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)更換備件或聯(lián)系制造廠處理。

參考文獻(xiàn)：

《火力發(fā)電職業(yè)技能培訓(xùn)》編委會(huì)：電氣試驗(yàn)

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關(guān)鍵詞：避雷器 放電計(jì)數(shù)器 避雷器監(jiān)測(cè)器

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）09（b）-0032-02

根據(jù)設(shè)計(jì)目的要求，所研發(fā)設(shè)計(jì)的便攜式避雷器監(jiān)測(cè)器綜合校驗(yàn)裝置需要實(shí)現(xiàn)的兩大功能模塊：組合波（1.2/50 μs的電壓波，8/20μs的電流波）發(fā)生電路和工頻電流（0.1～10 mA）產(chǎn)生電路。組合波發(fā)生電路采用已有的便攜式測(cè)試儀電路實(shí)現(xiàn)，以產(chǎn)生大于100 V的沖擊電壓信號(hào)，達(dá)到避雷器計(jì)數(shù)器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（JB 2440-91）中的下限動(dòng)作電壓。工頻電流裝置采用單片機(jī)加D/A芯片、軟件硬件結(jié)合的方式產(chǎn)生。通過(guò)程序設(shè)計(jì)，控制單片機(jī)產(chǎn)生合理的信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，達(dá)到產(chǎn)生正弦波的目的。

1 概述

避雷器的類型主要有保護(hù)間隙、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。保護(hù)間隙主要用于限制大氣過(guò)電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路及變電所進(jìn)線段保護(hù)。閥型避雷器與氧化鋅避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護(hù)，在500 kV及以下系統(tǒng)主要用于限制大氣過(guò)電壓，在超高壓系統(tǒng)中還將用來(lái)限制內(nèi)過(guò)電壓或作為內(nèi)過(guò)電壓的后備保護(hù)。

避雷器放電計(jì)數(shù)器和避雷器監(jiān)測(cè)器起著監(jiān)測(cè)避雷器泄漏電流和用作雷擊次數(shù)統(tǒng)計(jì)的作用。串接在避雷器接地回路中，監(jiān)測(cè)器中的毫安表用于監(jiān)測(cè)運(yùn)行電壓下通過(guò)避雷器的漏電流有效值，可以判斷避雷器內(nèi)部是否受潮，元件是否異常等情況，從而提早有效地發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部缺陷，避免運(yùn)行中事故的發(fā)生。動(dòng)作計(jì)數(shù)器則是記錄避雷器在過(guò)電壓下動(dòng)作的次數(shù)，若避雷器在過(guò)電壓下頻繁動(dòng)作，如果處理不及時(shí)還容易造成避雷器爆炸的危險(xiǎn)情況。

在正常運(yùn)行電壓下，流過(guò)計(jì)數(shù)器的漏電流非常小，計(jì)數(shù)器不動(dòng)作。當(dāng)避雷器通過(guò)雷電波、操作波和工頻過(guò)電壓時(shí)，強(qiáng)大的工作電流從計(jì)數(shù)器的非線性電阻通過(guò)，經(jīng)過(guò)直流變換，對(duì)電磁線圈放電而使計(jì)數(shù)器吸動(dòng)一次，來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量避雷器動(dòng)作次數(shù)的裝置，這是常用避雷器監(jiān)測(cè)器的工作原理。在結(jié)構(gòu)上大多采用電阻片取壓、電磁線圈動(dòng)作、計(jì)數(shù)器顯示、透明玻璃罩、密封橡皮墊、底版及法蘭等進(jìn)行卡裝密封，高壓出線端從底板中心引出。

避雷器監(jiān)測(cè)器在線運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，容易造成計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)不靈敏，泄漏電流測(cè)量不準(zhǔn)確等問(wèn)題，對(duì)避雷器的正常監(jiān)測(cè)工作造成不利影響。避雷器放電計(jì)數(shù)器是串在避雷器接地回路中用于監(jiān)測(cè)避雷器動(dòng)作次數(shù)和泄漏電流的設(shè)備，其主要故障是“動(dòng)作計(jì)數(shù)器不動(dòng)作”和“泄漏電流表指示不準(zhǔn)確”。

以下幾種情況可能е濾出問(wèn)題。

（1）安裝工藝不佳，在運(yùn)輸途中顛簸后，計(jì)數(shù)器卡死而無(wú)法動(dòng)作。（2）密封圈老化，導(dǎo)致內(nèi)部潮濕、進(jìn)水，泄漏電流表讀數(shù)誤差增大。（3）長(zhǎng)時(shí)間掛網(wǎng)運(yùn)行后，表內(nèi)的閥片老化。（4）避雷器表面的污穢電流流入表里后會(huì)導(dǎo)致泄漏電流增加，產(chǎn)生誤判。

針對(duì)避雷器監(jiān)測(cè)器容易出現(xiàn)的諸多問(wèn)題，迫切需要一種方便可靠的現(xiàn)場(chǎng)綜合校驗(yàn)裝置，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)避雷器監(jiān)測(cè)器進(jìn)行雷電計(jì)數(shù)器動(dòng)作校驗(yàn)和泄漏電流校準(zhǔn)的工作，以確保監(jiān)測(cè)器功能穩(wěn)定可靠，進(jìn)而保證變電站避雷器的正常運(yùn)行工作。

2 沖擊電壓發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)原理

根據(jù)GB/T 17626.5-1999電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)的規(guī)定，能產(chǎn)生開(kāi)路電壓波形、短路電流波形的信號(hào)發(fā)生器被稱為組合波浪涌信號(hào)發(fā)生器（CWG）或組合波信號(hào)發(fā)生器。

為產(chǎn)生測(cè)試校驗(yàn)所需要的組合波信號(hào)，研制的組合波發(fā)生電路基本原理如圖1所示，該組合波電路主要包括直流高電壓電源、組合波發(fā)生回路、測(cè)量部分和單片機(jī)接口等部分。高頻升壓電源經(jīng)充電電阻R1向高壓儲(chǔ)能電容C充電，控制電路通過(guò)電容C兩端的電阻分壓器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電容兩端的電壓值，當(dāng)充電達(dá)到預(yù)定值時(shí)，控制電路停止對(duì)電容充電，隨后觸發(fā)高壓放電開(kāi)關(guān)閉合，經(jīng)過(guò)組合波發(fā)生回路輸出最大幅值為300 V的1.2/50 μs沖擊電壓波和最大幅值為150 A的8/20 μs的沖擊電流波，波形參數(shù)滿足國(guó)標(biāo)GB 18802.1-2002的要求。通過(guò)電容式分壓器測(cè)量試品兩端的沖擊電壓值，將高幅值電壓按線性分壓到單片機(jī)可以承受的電壓范圍。通過(guò)羅戈夫斯基線圈測(cè)量流過(guò)試品的沖擊電流信號(hào)，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)容易處理的電壓信號(hào)。分壓器和羅氏線圈的輸出沖擊電壓信號(hào)先經(jīng)過(guò)高精度峰值保持電路，然后通過(guò)AD模塊進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)采集，將對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)提供給控制電路進(jìn)行進(jìn)一步的控制和顯示。整個(gè)儀器采用8051單片機(jī)作為智能控制單元，采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)智能控制、數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和顯示等功能。

3 工頻電流發(fā)生裝置的原理

穩(wěn)定工頻電流產(chǎn)生電路原理是利用已有的變頻模塊（輸入50 Hz工頻信號(hào)，輸出可以得到高達(dá)100 V的工頻電壓）產(chǎn)生一個(gè)幅值可調(diào)的工頻電壓，加在避雷器監(jiān)測(cè)器兩端，通過(guò)控制單片機(jī)輸出50Hz工頻小信號(hào)的幅值，來(lái)達(dá)到控制變頻模塊輸出電壓，進(jìn)而控制測(cè)試回路的電流的目的。為了在測(cè)試回路中得到穩(wěn)定的電流值（從0.1～10 mA多檔位的電流值）的目的，需要在測(cè)試回路中加入電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)，反饋信號(hào)與單片機(jī)所加信號(hào)進(jìn)行比較，達(dá)到閉環(huán)控制單片機(jī)輸出正弦波幅值的效果，進(jìn)而最終穩(wěn)定測(cè)試回路電流值的目的。

4 預(yù)計(jì)效益

研究設(shè)計(jì)便攜式避雷器計(jì)數(shù)器綜合校驗(yàn)裝置，能產(chǎn)生最大幅值為6 kV的1.2/50 μs沖擊電壓波（負(fù)載側(cè)開(kāi)路時(shí)）、最大幅值為3 kA的8/20 μs的沖擊電流波（負(fù)載側(cè)短路時(shí)）的組合波，實(shí)現(xiàn)對(duì)避雷器計(jì)數(shù)器的動(dòng)作次數(shù)校驗(yàn)。該裝置能產(chǎn)生開(kāi)口電壓不低于100 V的0.1～10 mA的標(biāo)準(zhǔn)工頻電流，以校驗(yàn)避雷器計(jì)數(shù)器的電流指示準(zhǔn)確度。

方便對(duì)避雷器的監(jiān)測(cè)和試驗(yàn)，便于日常電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)，確保避雷器的可靠性，提高避雷器對(duì)各類過(guò)電壓的保護(hù)性能，大大降低各類過(guò)電壓對(duì)電網(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。可以減少停電和設(shè)備因過(guò)電壓而損壞，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】避雷器；異常分析；對(duì)策

0 引言

2015年6月-10月，某供電公司通過(guò)在線監(jiān)測(cè)裝置發(fā)現(xiàn)220kV變電站#1主變110kV側(cè)、各110kV線路共5組避雷器（型號(hào)： YH10W-100/248W1）的泄露電流、阻性電流有上升趨勢(shì)，且部分阻性電流已超過(guò)預(yù)警值；現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)各組避雷器阻性電流均存在增長(zhǎng)，最大值330μA（標(biāo)準(zhǔn)參考值約200μA）。

1 避雷器各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果

3臺(tái)110kV厚錦Ⅱ路121線路避雷器（編號(hào)依次為655250、655265、655259）2014年07月投入運(yùn)行，在解體之前在試驗(yàn)室對(duì)其進(jìn)行整體性能試驗(yàn)（直流UI1mA試驗(yàn)、工頻交流參數(shù)試驗(yàn)），數(shù)據(jù)如表1所示。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合比較分析，三臺(tái)避雷器試驗(yàn)數(shù)據(jù)：局放、全電流合格，直流U1mA參考電壓不合格（要求值：大于145kV），0.75U1mA泄漏電流超標(biāo)3-4倍（標(biāo)準(zhǔn)值：小于50μA），工頻運(yùn)行電壓下阻性電流不合格（標(biāo)準(zhǔn)參考值：小于220μA），其中編號(hào)為655259的避雷器數(shù)據(jù)泄漏電流最大，按計(jì)劃對(duì)該避雷器進(jìn)行解體分析。

2 解體情況

2.1 上部解體

將避雷器轉(zhuǎn)移至裝配車間，依次拆卸端蓋位置（避雷器上端）的密封堵頭，密封圈，密封球，觀察發(fā)現(xiàn)裝配到位，密封圈和密封球沒(méi)有變形、彈性好，內(nèi)部沒(méi)有銹蝕痕跡。

2.2 下部解體

拆卸避雷器法蘭（避雷器下部）處的開(kāi)端緊定螺釘，密封球，觀察裝配及密封件情況，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

2.3 內(nèi)部解體

將避雷器下法蘭卸下，利用機(jī)器取出芯組，目測(cè)觀察了環(huán)氧筒內(nèi)壁無(wú)明顯裂紋，芯組外白色粉末為內(nèi)部灌封硅凝膠，用手接觸略帶潮濕感，如圖1所示。

2.3.1 解體后試驗(yàn)

對(duì)芯組、外套的電性能（直流及交流參數(shù)）進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)如表2所示。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)，可以看出避雷器芯組電性能異常，復(fù)合外套電性能正常。

避雷器芯組電性能異常，將芯組放在烘箱內(nèi)120℃烘4小時(shí)，結(jié)束后隨烘箱溫度冷卻到室溫，測(cè)試芯組電性能，從以上數(shù)據(jù)看，芯組直流1mA電壓有上升趨勢(shì)，漏電流有明顯下降跡象。繼續(xù)在烘箱處理12小時(shí)，待烘箱冷卻至室溫后再次對(duì)芯組測(cè)試，發(fā)現(xiàn)芯組直流U1mA和泄露電流已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，如表3所示。

芯組烘干4小時(shí)后的測(cè)試數(shù)據(jù)有明顯改善，說(shuō)明原芯組受潮，水分隨高溫蒸發(fā)。芯組繼續(xù)烘干12小時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)恢復(fù)至正常值，說(shuō)明芯組內(nèi)水分隨高溫完全蒸發(fā)，可確認(rèn)泄露電流偏大原因?yàn)槭艹薄?/p>

3 異常原因分析

按照解體試驗(yàn)分析情況，對(duì)避雷器出廠裝配記錄進(jìn)行查閱追蹤，得出結(jié)論：避雷器所灌封膠為雙組分，生產(chǎn)該批避雷器進(jìn)行灌膠時(shí)，未進(jìn)行抽真空處理或處理不到位，導(dǎo)致灌膠后出廠試驗(yàn)時(shí)數(shù)據(jù)正常，但運(yùn)行一段時(shí)間后，硅凝膠內(nèi)部的空氣（含水份）逐漸排出，吸附在芯組表面，造成芯組受潮，避雷器直流1mA參考電壓下降，泄漏電流增大，阻性電流超標(biāo)。

4 預(yù)防對(duì)策

針對(duì)這一起避雷器異常運(yùn)行，提出以下預(yù)防措施：

1）生產(chǎn)廠家應(yīng)在避雷器生產(chǎn)灌膠工藝上嚴(yán)格把控，做好抽真空處理，避免灌膠過(guò)程中在避雷器內(nèi)部滯留潮氣，造成設(shè)備質(zhì)量缺陷。

2）加強(qiáng)避雷器運(yùn)維巡視跟蹤監(jiān)測(cè)，通過(guò)紅外診斷、在線監(jiān)測(cè)、帶電測(cè)試等手段每周跟蹤避雷器全電流、阻性電流數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉彥文，李磊.一起66kV避雷器故障解體分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（23）.

篇6

關(guān)鍵詞：智能變電站；狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)；集成方案

中圖分類號(hào)：TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，電力事業(yè)取得重大突破，智能電網(wǎng)成為一種普遍的電力服務(wù)系統(tǒng)，為人們的生活工作提供充足的電力保障平臺(tái)。其中，構(gòu)成智能電網(wǎng)的核心部分是智能變電站。狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)是智能變電站技術(shù)體系中的核心，它在智能控制實(shí)際操作過(guò)程中，用于狀態(tài)檢修出現(xiàn)的故障問(wèn)題和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

1狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

1.1變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)

1.1.1變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。通常情況下，故障特征氣體容易由于絕緣油在放電、過(guò)熱、電弧等作用下產(chǎn)生，其氣體含量、成分等對(duì)變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生直接影響。為此，采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)變壓器的故障特征氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可隨時(shí)對(duì)變壓油中溶解氣體的增長(zhǎng)率、含量、成分等進(jìn)行全程監(jiān)控，如果出現(xiàn)故障問(wèn)題，直接由故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行變壓器故障診斷。

1.1.2容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)。容性設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)比較高端的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。具有實(shí)時(shí)性、連續(xù)性、全方位監(jiān)控的特點(diǎn)。它不僅能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)已存在的故障，還能通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)測(cè)將要發(fā)生的故障，自動(dòng)對(duì)同一設(shè)備進(jìn)行縱向?qū)Ρ取⑼愒O(shè)備橫向?qū)Ρ取⒔^緣性質(zhì)的發(fā)展方向等，讓工作人員及早發(fā)現(xiàn)，對(duì)故障將出現(xiàn)或已出現(xiàn)的故障初期進(jìn)行及時(shí)處理。

1.1.3變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)。化學(xué)法、超高頻法、脈沖法以及聲測(cè)法是構(gòu)成在線監(jiān)測(cè)變壓器局部放電的四種檢測(cè)方法。其中，目前局部檢測(cè)方法中的超高頻法是常采用的方法。其特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的抗干擾能力，實(shí)時(shí)性好、較高的靈明度以及很好的故障定位能力。局部放電監(jiān)測(cè)方法的原理是信號(hào)與傳感器的有機(jī)結(jié)合。當(dāng)變壓器油中出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象后，通過(guò)頻譜激發(fā)出電磁波信號(hào)，再由傳感器獲取信息實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。

1.1.4變壓器油中微水在線監(jiān)測(cè)。變壓器油中微水在線監(jiān)測(cè)能夠在線對(duì)呀汽油中水分增長(zhǎng)率、含量進(jìn)行自動(dòng)分析，可以在較短的時(shí)間里檢測(cè)變壓器油含水量高低，發(fā)現(xiàn)故障原因。同時(shí)還具有連續(xù)性特點(diǎn)。

1.2斷路器在線監(jiān)測(cè)

斷路器在線監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括機(jī)械狀態(tài)、溫度、絕緣在線監(jiān)測(cè)幾方面。

1.2.1機(jī)械狀態(tài)

斷路器的機(jī)械部位零件比較多，且這些設(shè)備多為運(yùn)轉(zhuǎn)量較大的部位，最容易出現(xiàn)故障事件。因此對(duì)斷路器的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)十分必要。當(dāng)前，對(duì)斷路器機(jī)械狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要包括以下幾方面：操作線圈電流的監(jiān)測(cè)；操作運(yùn)行特性的監(jiān)測(cè)；主操作桿上；斷路器觸頭的磨損情況的監(jiān)測(cè)；振動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)。

1.2.2溫度

可動(dòng)接觸與固定接觸兩部分構(gòu)成導(dǎo)電連接。固定接觸具有固定性，一般不能輕易改動(dòng)，而可動(dòng)接觸具有較強(qiáng)的隨意性，可不受固定地點(diǎn)的限制。但是兩者常會(huì)因?yàn)槎喾矫嬖蛞鸾佑|不良。當(dāng)接觸地由于觸頭損傷、機(jī)械振動(dòng)等其他原因引起溫度增高。當(dāng)溫度上升到一定程度后就會(huì)引起接觸位置被氧化，隨著電阻的增加溫度越高。如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，小則損害周圍線路或材料，大則造成整個(gè)電器設(shè)備的破壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起爆炸等災(zāi)害危及生命財(cái)產(chǎn)。因此，為了避免故障惡化或重大事故發(fā)生，應(yīng)對(duì)導(dǎo)電連接的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)置過(guò)熱報(bào)警設(shè)施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障處理問(wèn)題。

1.2.3絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

發(fā)現(xiàn)絕緣初期問(wèn)題，極限故障參數(shù)、發(fā)展變化特征是絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要監(jiān)測(cè)的內(nèi)容。同時(shí)還能通過(guò)對(duì)提取到的絕緣信息進(jìn)行綜合分析，提出維護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行的可行方案。其中，局部放電、介質(zhì)損耗、泄露電流等是高壓斷路器的絕緣在線監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。

1.3避雷器在線監(jiān)測(cè)

近年來(lái)，氧化鋅避雷器大范圍投入到電網(wǎng)運(yùn)行中，很多在運(yùn)行過(guò)程中都能取得很好的成效，但是損壞甚至爆炸事件仍有發(fā)生。對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，每年由于高壓氧化鋅避雷器引起的事故率，國(guó)產(chǎn)的為0.286相/百相，進(jìn)口的為0.34相/百相。

采用避雷器在線監(jiān)測(cè)，對(duì)防止事故發(fā)生有重要的作用。其不僅能監(jiān)測(cè)避雷器的持續(xù)電流流量，還能監(jiān)測(cè)到三相泄露電流矢量總量值。從而使避雷器的初期故障能夠被檢測(cè)出來(lái)，通過(guò)發(fā)送異常信息至電站的監(jiān)控中心，使工作人員及時(shí)獲取故障信息，采取方案防止隱患發(fā)生。

1.4在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)存問(wèn)題

目前我國(guó)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要表現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)種類多、單獨(dú)成套不統(tǒng)一、設(shè)備接口不兼容、等級(jí)使用范圍不明確，對(duì)設(shè)備狀態(tài)的綜合分析差，變電站在線監(jiān)測(cè)設(shè)備不統(tǒng)一等，導(dǎo)致在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行方面存在不規(guī)則和差異性。

2智能變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用方案

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)化、組件化、就地化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各項(xiàng)高壓電器設(shè)備如高壓電抗器、避雷器、斷路器、主變等進(jìn)行全方位監(jiān)控、通過(guò)具體分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)定位，發(fā)出故障預(yù)警實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，確保高壓電氣設(shè)備事故的在控制范圍內(nèi)，防范事故的發(fā)生。是國(guó)家電網(wǎng)針對(duì)高壓設(shè)備智能化和智能變電站的技術(shù)提出的相關(guān)要求。

2.1智能主變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

智能組件和變壓器本體是智能主變壓器的組成部分。其中，執(zhí)行器和傳感器裝置在變壓器本體內(nèi)，智能通風(fēng)系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元和智能單元共同構(gòu)成智能組件。

2.1.1智能主變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元的功能

篇7

1 氧化鋅避雷器運(yùn)行中的問(wèn)題分析

我公司97年開(kāi)始制造10KV配電型氧化鋅避雷器,在配電網(wǎng)中被大量使用,其運(yùn)行壽命最長(zhǎng)達(dá)96個(gè)月,最短的僅有5個(gè)月。在運(yùn)行中,因避雷器質(zhì)量問(wèn)題及運(yùn)行維護(hù)不到位而使一些避雷器發(fā)生故障,共發(fā)生8起事故,其中側(cè)閃為8例,閥片爆炸(破碎)1例。10KV線路通過(guò)避雷器發(fā)生接地。其中典型故障分析如下。

1.1 閥片側(cè)閃故障

例1:某10KV線路發(fā)生接地故障。用戶發(fā)現(xiàn)一個(gè)避雷器擊穿。更換故障避雷器后,線路送電成功。對(duì)故障避雷器進(jìn)行解體,發(fā)現(xiàn)其硅橡膠外套破裂,沿避雷器閥片側(cè)面有明顯電弧通道,未見(jiàn)閥片有破裂或破碎情況。因所有閥片(共5片)均未出現(xiàn)破碎現(xiàn)象,則說(shuō)明閥片未劣化。若其劣化,并導(dǎo)致避雷器擊穿,則故障應(yīng)表現(xiàn)為閥片爆炸而不是側(cè)閃。本例避雷器閥片與絕緣筒間存在氣隙,而空腔的呼吸作用導(dǎo)致潮氣入侵,潮氣聚集于閥片側(cè)面而使側(cè)面絕緣強(qiáng)度下降,在過(guò)電壓作用下,沿閥片側(cè)面發(fā)生閃絡(luò)后形成電弧通道。

例2:一起避雷器擊穿故障,對(duì)擊穿的避雷器解體,未發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部金屬件銹蝕,未發(fā)現(xiàn)閥片內(nèi)部及其噴鋁面放電,僅在閥片側(cè)面發(fā)現(xiàn)電弧通道。側(cè)閃原因?yàn)?為消除避雷器閥片與外絕緣筒間的空腔,采用注膠來(lái)填充。注膠溫度較高,約200℃,因絕緣釉與閥片的熱膨脹系數(shù)相差較大,高溫注膠可能導(dǎo)致絕緣釉中產(chǎn)生微裂紋,造成其絕緣強(qiáng)度下降,在過(guò)電壓下發(fā)生閃絡(luò)。

以上2例對(duì)閥片側(cè)閃故障進(jìn)行分析,結(jié)合其它故障安全,認(rèn)為閥片發(fā)生側(cè)閃的主要原因是密封不良導(dǎo)致濕氣入侵、閥片側(cè)面的絕緣釉受損或閥片與外側(cè)絕緣間的界面不良等而導(dǎo)致側(cè)面絕緣強(qiáng)度低。

1.2 閥片破碎故障

某10KV線路接地故障不能送電。用戶發(fā)現(xiàn)1個(gè)避雷器爆裂,更換后,線路送電成功。

解體故障避雷器,發(fā)現(xiàn)其硅橡膠外套破裂,閥片中有2片裂開(kāi)、3片破碎,但未見(jiàn)側(cè)閃痕跡。

根據(jù)故障表象及閥片在不同電流下的破壞特性,分析閥片損壞原因:避雷器遭受到雷電過(guò)電壓作用而使閥片中流過(guò)雷電流,雷電流是沖擊電流波,故閥片中的電流密度很大。而沖擊電流在閥片中不是均勻分布的,當(dāng)局部閥片的雷電沖擊電流密度超過(guò)其允許極限值,閥片就會(huì)遭破壞。因雷電流能量不大,一般不會(huì)造成閥片破碎、爆炸,只會(huì)發(fā)生閥片破裂。閥片破碎原因:避雷器由5片閥片組成,正常情況下5片閥片共同承擔(dān)系統(tǒng)電壓。當(dāng)其中兩片破裂劣化,則系統(tǒng)電壓全加在其余3片上,從而加速其劣化,最終導(dǎo)致閥片在工頻電壓下破壞,因工頻電源能量大,閥片破壞表現(xiàn)為破碎或爆炸。

根據(jù)現(xiàn)行避雷器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),避雷器應(yīng)能耐受2次65KA(或40KA)的雷電流沖擊。而10KV系統(tǒng)中避雷器不可能流過(guò)超過(guò)65KA(40KA)的雷電流。這是因?yàn)楸芾灼髦辛鬟^(guò)雷電流有兩種途徑,①沿線路來(lái)波,②雷電直擊。65KA(或40KA)的雷電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)10KV線路耐雷水平,故沿線路襲來(lái)的雷電波不可能超過(guò)65KA(或40KA);若是雷直擊桿塔,雷電流可能超過(guò)65KA(或40KA),此值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)10KV桿塔反擊耐雷水平,會(huì)使線路多相閃絡(luò),發(fā)生相間短路速斷跳閘,而本例故障只是線路單相接地,并沒(méi)速斷跳閘,故雷電直擊產(chǎn)生的雷電流不可能超過(guò)65KA(或40KA)。 此故障原因是:避雷器閥片受雷電沖擊能力較差,其中兩片在雷電流作用下發(fā)生破裂,進(jìn)而引發(fā)了其余閥片破碎及外套爆開(kāi)等故障。

事故原因總結(jié):

①氧化鋅避雷器的密封問(wèn)題

氧化鋅避雷器密封老化問(wèn)題,主要是生產(chǎn)廠采用的密封技術(shù)不完善,或采用的密封材料抗老化性能不穩(wěn)定,在溫差變化較大時(shí)或運(yùn)行時(shí)間接近產(chǎn)品壽命后期,造成其密封不良而后使潮氣浸入,造成內(nèi)部絕緣損壞,加速了電阻片的劣化而引起擊穿。

②電阻片抗老化性能差

在氧化鋅避雷器運(yùn)行在其產(chǎn)品壽命的后期,電阻片劣化造成泄漏電流上升,甚至造成與瓷套內(nèi)部放電,放電嚴(yán)重時(shí)避雷器內(nèi)部氣體壓力和溫度急劇增高,而引起氧化鋅避雷器本體爆炸,內(nèi)部放電不太嚴(yán)重時(shí)可引起系統(tǒng)單相接地。

③外套污染

由于工作在室外的氧化鋅避雷器,外套受到環(huán)境粉塵的污染,特別是設(shè)置在冶金廠區(qū)內(nèi)變電所,由于粉塵中金屬粉塵的比例較大,故給外套造成嚴(yán)重的污染而引起污閃或因污穢在外套表面的不均勻,而使沿外套表面電流也不均勻分布,勢(shì)必導(dǎo)致電阻片中電流IMOA的不均勻分布(或沿電阻片的電壓不均勻分布),使流過(guò)電阻片的電流較正常時(shí)大1―2個(gè)數(shù)量級(jí),造成附加溫升,使吸收過(guò)電壓能力大為降低,也加速了電阻片的劣化。

④抗沖擊能力差

氧化鋅避雷器多在操作過(guò)電壓或雷電條件下發(fā)生事故,其原因是因電阻片在制造工藝過(guò)程中,由于其各工藝質(zhì)量控制點(diǎn)控制不嚴(yán),而使電阻片的耐受方波沖擊能力不強(qiáng),在頻繁吸收過(guò)電壓能量過(guò)程中,加速了電阻片的劣化而損壞,失去了自身的技術(shù)性能。

2 技術(shù)措施

針對(duì)氧化鋅避雷器幾次事故分析的結(jié)論,要保證氧化鋅避雷器在網(wǎng)上安全可靠運(yùn)行,建議生產(chǎn)和使用單位應(yīng)采取以下措施:

2.1 設(shè)計(jì)選型

在設(shè)計(jì)選型上,應(yīng)首選有多年穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)踐的產(chǎn)品,在選擇生產(chǎn)廠時(shí),應(yīng)選擇有先進(jìn)的工藝設(shè)備和完善的檢測(cè)手段的生產(chǎn)廠,才能保證所選用的氧化鋅避雷器具有高的抗老化、耐沖擊性能,以使在產(chǎn)品的壽命周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。在訂貨技術(shù)條件書中對(duì)產(chǎn)品技術(shù)有特殊要求的應(yīng)明確提出。例如對(duì)避雷器閥片與絕緣筒間采用無(wú)氣隙結(jié)構(gòu),對(duì)絕緣釉耐熱等級(jí)等。采購(gòu)閥片時(shí),要選擇產(chǎn)品質(zhì)量好、信譽(yù)好的廠家,對(duì)閥片大電流沖擊耐受能力(反映閥片的能量耐受能力)要求為65KA。

2.2 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)

盡可能的做好避雷器預(yù)試工作,定期測(cè)量避雷器的直流1毫安參考電壓(U1ma)和75%參考電壓下(0.75U1ma)的泄漏電流,從而可有效地發(fā)現(xiàn)避雷器是否劣化、受潮,以便及早處理。增設(shè)氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)儀,并加強(qiáng)對(duì)在線監(jiān)測(cè)儀的巡檢力度,特別是在雷雨后和易發(fā)生故障的部位增加巡次數(shù)。定期給氧化鋅避雷器進(jìn)行各項(xiàng)電氣性能測(cè)試及在線監(jiān)測(cè)儀的校驗(yàn)。

2.3 防污措施

采用必要的避雷器瓷套的防污措施,如定期清掃或涂以防污閃硅油,在氧化鋅避雷器選型上選用防污瓷套型的氧化鋅避雷器。

2.4技術(shù)管理

加強(qiáng)對(duì)氧化鋅避雷器的技術(shù)管理工作,即對(duì)運(yùn)行在網(wǎng)上的每一只氧化鋅避雷器建立技術(shù)檔案,對(duì)出廠報(bào)告、定期測(cè)試報(bào)告及在線監(jiān)測(cè)儀的運(yùn)行記錄均要存入技術(shù)檔案,直至該避雷器退出運(yùn)行。

篇8

【關(guān)鍵詞】電力設(shè)備;在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)具有系統(tǒng)性，融合了電子、信息以及傳感器方面的技術(shù)，對(duì)高壓設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行不間斷、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，同時(shí)，將所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的傳送和處理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定時(shí)間和項(xiàng)目的橫向和縱向比較，達(dá)到對(duì)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀況了如指掌。當(dāng)前，電力呈現(xiàn)高電壓、大容量的發(fā)展趨勢(shì)，在此前提下，采取有效措施，保證電力設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行成為整個(gè)電力系統(tǒng)的關(guān)鍵。一旦發(fā)生事故，會(huì)對(duì)生產(chǎn)和生活產(chǎn)生不可估量的危害和損失。為此，對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行的在線監(jiān)測(cè)十分重要，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和反應(yīng)電力設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題，采取行之有效的措施，降低停電事故發(fā)生的頻率。

1.電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用狀況

1.1 針對(duì)變壓器油色譜實(shí)現(xiàn)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，最主要的設(shè)備是變壓器。變壓器油色譜的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)其中氣體的含量和增長(zhǎng)情況，以便能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)變壓器的潛在問(wèn)題和故障。這一在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是當(dāng)前電力行業(yè)中比較成熟的技術(shù)類型，在實(shí)際運(yùn)行中比較穩(wěn)定、易于操作，對(duì)于數(shù)據(jù)的測(cè)量和記錄比較準(zhǔn)確，在電力行業(yè)中比較受歡迎，應(yīng)用比較廣泛。

1.2 應(yīng)用于發(fā)電機(jī)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于電力設(shè)備的正常運(yùn)行有著極其重要的作用，根據(jù)發(fā)電機(jī)不同的類型，將其分五種類型，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極線圈局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)磁通量（磁極波）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、定子線棒振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)空氣間隙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及發(fā)電機(jī)定子線圈局部放電（絕緣）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1.3 針對(duì)氧化鋅避雷器配置的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

氧化鋅避雷器的英文名為MOA，它是電力設(shè)備的重要元部件，性質(zhì)為非線性極大，是一種氧化鋅電阻片。行業(yè)內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在設(shè)備處于運(yùn)行的時(shí)候，氧化鋅避雷器所產(chǎn)生的阻性電流量的變動(dòng)和差異能夠有效監(jiān)測(cè)閥片的受損程度以及濕度，而且是一種特效的檢測(cè)方式。也就是說(shuō)，氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)發(fā)生作用的原理是通過(guò)對(duì)避雷器全電流和阻性電流的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，判斷相關(guān)元件的實(shí)際工作狀態(tài)或者受外界環(huán)境影響的程度。

1.4 對(duì)抗蓄電池配置的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

蓄電池的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)容是電池本身的基本性能，在短時(shí)間測(cè)量電池的內(nèi)阻及實(shí)際負(fù)荷能力，搜尋性能落后的個(gè)體，對(duì)電池進(jìn)行放電性能的核對(duì)，準(zhǔn)確發(fā)出警報(bào)，預(yù)防和降低事故發(fā)生的頻率。

1.5 對(duì)容性設(shè)備配置的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

容性設(shè)備主要應(yīng)用于絕緣結(jié)構(gòu)中，采用電容屏的裝置，其數(shù)量占整個(gè)電力裝備總數(shù)的40%。其監(jiān)測(cè)職能主要通過(guò)對(duì)設(shè)備的電容量、過(guò)程中的介質(zhì)耗損、電流情況等項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)υO(shè)備的絕緣狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)反饋，將問(wèn)題和不足消滅在早期階段，減少事故的發(fā)生和蔓延。

2.對(duì)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的狀況的實(shí)際探討

2.1 根據(jù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電力行業(yè)的應(yīng)用情況分析，對(duì)電力設(shè)備和電力元件的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備在絕緣方面存在的不足和缺陷，對(duì)于保障設(shè)備的安全運(yùn)行起著決定性的作用。當(dāng)前，隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各種不同電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)方面取得了極大的進(jìn)步，尤其是對(duì)電容和避雷器泄露電流的檢測(cè)，更是取得了一定的成績(jī)，研發(fā)了便攜式、分散型和集中型等新型裝置。同時(shí)，也有效防止了設(shè)備的受潮危害，一旦出現(xiàn)異常，會(huì)及時(shí)采取措施進(jìn)行預(yù)警和處理，防止停電事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，保證電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)效益。與此同時(shí)，還對(duì)各種不同的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制定了不同的技術(shù)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，以求更好地發(fā)揮實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。

2.2 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，增強(qiáng)了電力設(shè)備維護(hù)能力，維修水平得以提高，相關(guān)維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度被降低。根據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，確定一定范圍內(nèi)的停電時(shí)間范圍和周期，推動(dòng)整個(gè)維護(hù)工作由預(yù)防性的實(shí)驗(yàn)階段向?qū)嶋H檢修階段發(fā)展。另外，在線監(jiān)測(cè)與電子信息處理技術(shù)的融合使其更具科學(xué)性和實(shí)用性，加快了電力設(shè)備監(jiān)督管理工作的革新。

2.3 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用語(yǔ)使得整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的智能化水平得以提高，及時(shí)對(duì)設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行反饋，縮短設(shè)備故障的評(píng)定和處理時(shí)間，工作效率得以提升，降低了由于停電造成的經(jīng)濟(jì)損失，加快了無(wú)人值班變電站的建設(shè)與發(fā)展。

3.如何實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展

3.1 不斷加強(qiáng)對(duì)在線監(jiān)測(cè)工作的管理和協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的健康發(fā)展和運(yùn)用。當(dāng)前，在線監(jiān)測(cè)工作發(fā)展的十分迅速，運(yùn)用范圍也很廣闊，為此，對(duì)其進(jìn)行的質(zhì)量監(jiān)督工作勢(shì)在必行。要對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的性能和功能進(jìn)行考察，做好現(xiàn)場(chǎng)安裝和檢驗(yàn)工作，制定詳細(xì)的規(guī)范和制度加以約束，重視技術(shù)的驗(yàn)收以及后期維護(hù)管理。因此，相關(guān)部門要做好協(xié)調(diào)工作，為在線監(jiān)測(cè)提供一個(gè)綜合性的評(píng)估系統(tǒng)，主要針對(duì)裝置的安全性、穩(wěn)定性、技術(shù)性和可靠性以及售后服務(wù)。

3.2 對(duì)現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行完善和提高。在當(dāng)前的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，主要的質(zhì)量問(wèn)題是測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定，對(duì)外界干擾因素的抵抗能力差，需要下大力度，逐一解決。雖然針對(duì)介損測(cè)量和阻性電流測(cè)量的技術(shù)相對(duì)比較成熟，但是傳感元件自身的性能仍存在不足，主要是線形問(wèn)題和信號(hào)采集和傳遞的抗干擾能力，需要進(jìn)步一提高穩(wěn)定性和可靠性。另外，還要提升工藝水平，保證各部件的可靠性。

3.3 重視在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，以科研作為基礎(chǔ)，發(fā)揮不同科研單位、高校的科技力量，對(duì)技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行攻關(guān)，拓展監(jiān)測(cè)功能，鼓勵(lì)創(chuàng)新。對(duì)一些關(guān)鍵性設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行集中解決。不斷開(kāi)發(fā)電力變壓器綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)各種故障特性進(jìn)行集中反應(yīng)，提高分析和判斷能力，解決局部放電監(jiān)測(cè)中的抗干擾問(wèn)題。吸收和引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)成果，推動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)的技術(shù)革新，降低停電事故發(fā)生頻率，減少維修量，達(dá)到對(duì)狀態(tài)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。

3.4 不斷增強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能化標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要包含三個(gè)要素：對(duì)信息的收集、對(duì)數(shù)據(jù)的分析、處理的決策。后面兩個(gè)要素相對(duì)比較薄弱，需要開(kāi)發(fā)各種可供分析和判斷的軟件，不斷建立診斷系統(tǒng)，對(duì)信息進(jìn)行調(diào)查和分析，得出精華，形成標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，作為故障評(píng)判的依據(jù)。同時(shí)，要不斷提高信息的可靠性，提高監(jiān)測(cè)的智能化水平，達(dá)到監(jiān)測(cè)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)管理的綜合自動(dòng)化。

4.結(jié)束語(yǔ)

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，為了保證設(shè)備的安全、高效運(yùn)行，降低事故發(fā)生率，必須加強(qiáng)對(duì)電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋設(shè)備運(yùn)行狀況，有針對(duì)性地采取應(yīng)措施，排除隱患，為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的獲得提供保障。

參考文獻(xiàn)

[1]郭碧紅，楊曉洪.我國(guó)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用狀況分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999，23（8）：65-68.

篇9

【關(guān)鍵詞】 智能變電站 一次設(shè)備 在線監(jiān)測(cè)

在我國(guó)智能變電站的建設(shè)中，將變壓器和開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)以及故障分析作為變電站建設(shè)的重要技術(shù)研究，對(duì)于各種在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的配置進(jìn)行技術(shù)和結(jié)構(gòu)分析。在研究中，將重點(diǎn)放在變壓器、斷路器和避雷器等在線監(jiān)測(cè)上，促進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)的全面升級(jí)。

1 在線監(jiān)測(cè)和智能診斷技術(shù)分析

電力工業(yè)的不斷發(fā)展促進(jìn)智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，隨著智能電網(wǎng)的逐步普及，智能變電站的應(yīng)用也相應(yīng)拓展，而且已經(jīng)成為新建變電站的主要形式。智能變電站擁有先進(jìn)的技術(shù)導(dǎo)則和智能設(shè)備，也具有可靠、集成、低碳、環(huán)保的特點(diǎn)。智能變電站的基本要求將全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)各種準(zhǔn)確信息的共享利用，通過(guò)先進(jìn)技術(shù)的提升作用，電網(wǎng)的設(shè)置逐步智能和優(yōu)化，可自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能，甚至實(shí)現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度等的互動(dòng)，所以這些已經(jīng)對(duì)變電站的一次設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)提出更高要求。

一次設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)功能在物理、化學(xué)和電氣等領(lǐng)域的特性較為明顯，通過(guò)采集、分析各種獲取的信息，對(duì)設(shè)備的實(shí)用性和周期進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以及早判處故障，進(jìn)行預(yù)防性處理，為設(shè)備的后期檢修提供充足的依據(jù)。在變電站的智能建設(shè)方面，其設(shè)備和技術(shù)必須達(dá)到智能化要求，對(duì)獲取的信息進(jìn)行就地處理，檢查設(shè)備的自身安全狀況。智能變電站的一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)主要通過(guò)傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)采集的相關(guān)信息進(jìn)行分析和評(píng)估，促進(jìn)變電站智能化的健康發(fā)展。目前，符合我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)需求的智能變電站的在線監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)改進(jìn)如下圖1。

2 變電站系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程

在國(guó)家電網(wǎng)的智能化變電站的設(shè)計(jì)規(guī)范中，其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已達(dá)到IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)，并且利用先進(jìn)的通信技術(shù)建立變電站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能終端都是按照這一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的，可以實(shí)現(xiàn)全站設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)順利地傳輸和匯總，從而進(jìn)行及時(shí)的診斷分析。智能變電站一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的多功能結(jié)構(gòu)圖如下圖2。

智能變電站的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種分層分布式的結(jié)構(gòu)，分為過(guò)程層、間隔層、站控層。過(guò)程層包含由一次設(shè)備和智能組件構(gòu)成的智能設(shè)備、合并單元和智能終端，在過(guò)程層配備了現(xiàn)場(chǎng)采集單元和傳感器，并且已由一次設(shè)備的生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過(guò)程中安置于設(shè)備中，而現(xiàn)場(chǎng)采集單元?jiǎng)t需要按照不同的監(jiān)測(cè)功能進(jìn)行相應(yīng)的配置，從而完成變電站電能分配、變換、傳輸及其測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等相關(guān)功能。例如，變壓器的油中分為溶解氣體狀態(tài)和微水狀態(tài)的監(jiān)測(cè)單元，局部放電狀態(tài)單元和避雷器狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元等等。各種現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)采集單元都會(huì)按照各類規(guī)定接入相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)子站。

在變電站的工作過(guò)程中，通過(guò)傳感器采集電力功能的相關(guān)元件的狀態(tài)信息，再利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸形式傳送到現(xiàn)場(chǎng)采集單元。一般而言，在變電站的監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，已經(jīng)安裝好了現(xiàn)場(chǎng)采集單元，將各種狀態(tài)參數(shù)上傳至監(jiān)測(cè)中心。監(jiān)測(cè)中心對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行管理，通過(guò)采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而對(duì)各種電力功能元件進(jìn)行診斷，將各種數(shù)據(jù)進(jìn)行融合建立一定的數(shù)據(jù)庫(kù)，作為檢修的數(shù)據(jù)管理依據(jù)。同時(shí)，保持和監(jiān)控后臺(tái)的聯(lián)系，如若出現(xiàn)各種故障，可以進(jìn)行及時(shí)預(yù)警。

在全局的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，一次設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，可以進(jìn)行故障診斷和檢修。不僅可以充分利用綜合數(shù)據(jù)的信息數(shù)據(jù)，而且很多數(shù)據(jù)可以提供變電站自動(dòng)化系統(tǒng)使用，可以隨時(shí)監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)信息，還可以提供開(kāi)關(guān)和保護(hù)動(dòng)作等，為變電站的設(shè)備狀態(tài)預(yù)警提供支撐（如圖2）。

3 一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置選取原則

在線監(jiān)測(cè)裝置的選取要遵循一定的原則，必須考慮現(xiàn)場(chǎng)的具體情況。首先，對(duì)于設(shè)備的使用壽命分析，在線監(jiān)測(cè)裝置的使用壽命必須比被監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用壽命要長(zhǎng)，其可靠性也要大于被監(jiān)測(cè)設(shè)備。其次，對(duì)于設(shè)備的監(jiān)測(cè)量也要進(jìn)行著重考慮，在線監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)量要進(jìn)行慎重選擇，最好選擇高于電力設(shè)備故障率發(fā)生最高的狀態(tài)量并兼顧好數(shù)據(jù)同步性。在這個(gè)方面，可以采用避雷器來(lái)監(jiān)測(cè)其泄漏電流，效果也很好。緊接著，對(duì)于一次設(shè)備的重要負(fù)荷間的間隔也是監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。如果要全面監(jiān)測(cè)高壓或是超高壓的監(jiān)測(cè)設(shè)點(diǎn)，最少需要上百個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這樣的設(shè)置成本過(guò)于高，不符合實(shí)際的變電站的設(shè)備要求。因而，在此環(huán)節(jié)，可以考慮對(duì)少數(shù)盆式絕緣子加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，因?yàn)槠湟讓?dǎo)致絕緣故障。所以，具體問(wèn)題進(jìn)行具體分析，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)少數(shù)點(diǎn)就可以了。最后一個(gè)原則就是，在考慮成本方面，需要適當(dāng)選取測(cè)量精度，選取的精度過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的成本增加。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于母線的溫度監(jiān)測(cè)，選擇的監(jiān)測(cè)精度可以低于0.5。

4 智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)方案

由系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)可知，對(duì)智能變電站的變壓器、斷路器以及避雷器等一次設(shè)備的狀態(tài)信息的在線監(jiān)測(cè)尤為關(guān)鍵，對(duì)于其設(shè)備的故障分析，可以得出其故障的原因和發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而為預(yù)防和排除故障提供有效的建議。

4.1 變壓器在線監(jiān)測(cè)

變壓器的智能組件主要包括油氣相色譜在線監(jiān)測(cè)、油中溶解氣體及微水監(jiān)測(cè)、局部放電監(jiān)測(cè)、本體及套管介損、壓力釋放、變壓器溫度在線監(jiān)測(cè)，接頭溫度的紅外監(jiān)測(cè)等等。其中，可對(duì)變壓器中的油中溶解氣體及微水監(jiān)測(cè)進(jìn)行具體分析。其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是采用的油色譜在線監(jiān)測(cè)，發(fā)揮著數(shù)據(jù)診斷、分析以及儲(chǔ)存的功能，而且采用通用的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和站內(nèi)主智能電子裝置IED進(jìn)行通信聯(lián)系。在色譜的分析原理中，一般采用負(fù)壓動(dòng)態(tài)頂空脫氣技術(shù)、高精度和高穩(wěn)定性的濕度傳感器，再根據(jù)所監(jiān)測(cè)的體積分?jǐn)?shù)來(lái)分析和判斷變壓器的運(yùn)行狀況。在變壓器的主IED中，可以進(jìn)行變壓器的過(guò)載能力估算，通過(guò)分析環(huán)境溫度、負(fù)荷以及繞組溫度等，建立變壓器負(fù)荷動(dòng)態(tài)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4.2 斷路器在線監(jiān)測(cè)

斷路器的智能組件主要是SF6微水和密度監(jiān)測(cè)、斷路器動(dòng)作特性在線監(jiān)測(cè)。斷路器的動(dòng)作特性監(jiān)測(cè)主要包括分合閘線圈電流波、時(shí)間以及綜合電流互感器二次傳感器采集的電流波形、數(shù)據(jù)。斷路器在線監(jiān)測(cè)終端將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)作時(shí)間和速度的監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)能電機(jī)工作工況監(jiān)測(cè)、開(kāi)斷故障電流和負(fù)荷電流監(jiān)測(cè)。例如，斷路器的分合線圈是控制斷路器動(dòng)作的關(guān)鍵元件，可以通過(guò)其監(jiān)測(cè)多種分合閘電流波形和動(dòng)作時(shí)間。

4.3 避雷器在線監(jiān)測(cè)

避雷器在線監(jiān)測(cè)由智能監(jiān)測(cè)裝置執(zhí)行，采用DL/T 860《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)，其包括監(jiān)測(cè)裝置、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)傳輸單元組成，可集成為一體，亦可按功能分立組成。由一臺(tái)或多臺(tái)智能監(jiān)測(cè)裝置與上位機(jī)（或經(jīng)IED與上位機(jī)）可構(gòu)成避雷器智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其具有測(cè)量數(shù)字化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動(dòng)化等特征。

一般用于監(jiān)測(cè)10kV及以上的變電站內(nèi)一次設(shè)備末端泄漏電流和阻性電流的工作狀況，通過(guò)分析計(jì)算可以得出設(shè)備運(yùn)行時(shí)的等值電容、變化率以及介質(zhì)耗損，可以有效抑制電網(wǎng)的諧波干擾，反映真實(shí)的設(shè)備工況。

5 結(jié)語(yǔ)

由全文的分析可知，智能變電站是智能電網(wǎng)的核心部分，涵蓋10～1000kV電壓等級(jí)，它將信息采集、傳輸、處理、輸出過(guò)程完全數(shù)字化，提升了變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)和避雷器等一次設(shè)備的制造工藝要求，對(duì)電力設(shè)備智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，有很大的促進(jìn)作用和深遠(yuǎn)影響。我國(guó)的智能電網(wǎng)的建設(shè)已由試點(diǎn)運(yùn)行轉(zhuǎn)向全國(guó)推行使用，其可靠、集成、低碳、環(huán)保的特性具有很好的社會(huì)效益，可以實(shí)行一系列智能化的經(jīng)濟(jì)收益，提高用電的可靠性和安全性。在信息技術(shù)潮流推動(dòng)下，我國(guó)的智能電網(wǎng)建設(shè)有了很好的發(fā)展保障，我國(guó)的智能變電站處于快速發(fā)展時(shí)期，需要從不斷的實(shí)踐中加強(qiáng)對(duì)一次設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，促進(jìn)整個(gè)電網(wǎng)的安全健康運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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[2]周海，雷先偉.數(shù)字化變電站一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].貴州電力技術(shù)，2010（1）.

篇10

關(guān)鍵字： MOA； 失效模式； 內(nèi)因分析； 外因分析

中圖分類號(hào)：TM206 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

1 內(nèi)因分析

MOA失效的內(nèi)因分析就是研究壓敏電阻的微觀失效原理。ZnO壓敏電阻的非線性保持能力與晶粒的大小和晶界結(jié)構(gòu)的均勻性有關(guān)，非線性源于晶界效應(yīng)。當(dāng)突破了失效的多個(gè)局部臨近點(diǎn)，才會(huì)有可能導(dǎo)致熱崩潰的阻值退化，以及局部熱穿孔、電穿孔乃至炸裂失效，這說(shuō)明了平均功率和熱阻是影響電阻特性和壽命的兩個(gè)重要指標(biāo)。由公式可知，閥片的非線性系數(shù) 比較小時(shí)，串并聯(lián)中的各級(jí)閥片發(fā)熱分布是不平衡的。

（1）

式（1）中， 和 表示流過(guò)電流為 時(shí)換算得到的單閥片兩端電壓。從公式中可以看出，當(dāng)其非線性系數(shù)降低到一定值時(shí)，電壓分布的微小差異將導(dǎo)致電流的分布差異很大，由此說(shuō)明： 某單一閥片的失效將會(huì)使得其它各閥片的發(fā)熱極為不平衡。

在電網(wǎng)中，MOA工作時(shí)經(jīng)常會(huì)受到不同程度的沖擊，如果沖擊強(qiáng)度比較小時(shí)，泄漏區(qū)域段的伏安特性會(huì)出現(xiàn)“極化”現(xiàn)象，此階段是可逆的。低電壓情況下電阻的泄漏區(qū)域無(wú)大的改變，一定條件下可以恢復(fù)。

如果沖擊強(qiáng)度過(guò)大，可能導(dǎo)致MOV的晶界層勢(shì)壘發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化，一些較為薄弱的勢(shì)壘將被破壞，再次遭遇強(qiáng)電流沖擊時(shí)，MOV的保護(hù)特性將發(fā)生變化，如果更加嚴(yán)重，就處于失效狀態(tài)了。在技術(shù)規(guī)范《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》（GB11032-2010）中，規(guī)定了壓敏電壓 下降10%的電壓值（這里表示為 ）作為判斷MOA失效的臨界電壓值[1]。

除了強(qiáng)電流的沖擊作用，系統(tǒng)正常工作電壓 對(duì)MOA長(zhǎng)期的累積效應(yīng)，也會(huì)造成壓敏電阻的伏安特性發(fā)生一定程度的劣化，相對(duì)工頻電壓而言，避雷器的泄漏電流中既含有阻性分量，也含有容性分量。與容性分量相比，雖然泄漏電流中阻性分量要小很多，然而隨著MOA使用年限的不斷增加，功率損耗可能逐漸增大，也使得壓敏電阻產(chǎn)生老化甚至劣化現(xiàn)象。

另一方面，連續(xù)沖擊電流產(chǎn)生功率損耗，功率損耗的累計(jì)增加引起避雷器內(nèi)部溫升，會(huì)進(jìn)一步加速壓敏電阻的老化。在過(guò)去，評(píng)定壓敏電阻性能，往往看重通流指標(biāo)，忽略或不夠重視平均功率和熱阻這兩個(gè)參數(shù)，最終往往導(dǎo)致避雷器使用不當(dāng)，壓敏電阻的失效概率增大。

2 外因分析

MOA的狀態(tài)主要是與外部參數(shù)的配合關(guān)系決定的，若其非線性電阻特征曲線穩(wěn)定，即小時(shí)域內(nèi)，避雷器的工作狀態(tài)由電網(wǎng)參數(shù)決定；若其特征曲線從大時(shí)域來(lái)看發(fā)生變化，則是受電網(wǎng)長(zhǎng)期過(guò)電壓以及外部環(huán)境所致。下面對(duì)外部影響參數(shù)分別加以分析。

（1）瓷套污穢

MOA在較大污穢情況下運(yùn)行可能發(fā)生三種情況：即外部閃絡(luò)現(xiàn)象，內(nèi)部的局部放電，以及內(nèi)部電阻片的溫度升高。其中，放電效應(yīng)是由避雷器內(nèi)外徑向電場(chǎng)改變或分布不均勻引起的，而ZnO閥片的溫升則是由MOA外表面上的污穢層引起的非線性的暫態(tài)電壓分布所導(dǎo)致的。閥片電流密度J隨時(shí)間的變化特征與電場(chǎng)強(qiáng)度的變化密切相關(guān)[2]，當(dāng)遭遇到較大的脈沖電壓后，其響應(yīng)為：

（2）

由此可以說(shuō)明，閥片周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)影響閥片的電流密度，進(jìn)而改變閥片電阻的非線性特性，而瓷套的污穢可以改變閥片周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度大小以及分布的不均勻性。

（2）受潮

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明，MOA內(nèi)部受潮直接造成閥片外表壁電流增大，功耗增加，散熱增大，導(dǎo)致電阻片更易被熱擊穿或熱穿孔，加速了MOA老化過(guò)程，同時(shí)由于避雷器瓷套內(nèi)部溫度驟增，可能使得內(nèi)部壓強(qiáng)過(guò)大而發(fā)生爆炸。此外，瓷套外壁的過(guò)度潮濕將對(duì)瓷套內(nèi)間隙的電容分布造成影響，從而造成避雷器的動(dòng)作特性降低，穩(wěn)定性變差，保護(hù)動(dòng)作頻度增加，更易受到暫態(tài)過(guò)電壓危害，進(jìn)一步加速避雷器老化乃至失效[3]。

（3）強(qiáng)電流沖擊

強(qiáng)電流沖擊對(duì)避雷器的影響較大，因此雷擊次數(shù)也是避雷器在線監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要指標(biāo)。

（4）電網(wǎng)參數(shù)

暫態(tài)過(guò)電壓和各次諧波對(duì)無(wú)間隙MOA影響較大。無(wú)間隙MOA的拐點(diǎn)電壓（這里近似將參考電壓作為拐點(diǎn)電壓）偏低，僅為2.21～2.56倍的最大相電壓 ，而暫態(tài)過(guò)電壓可達(dá)2.5～3.5倍 [4]。

（5）機(jī)械振動(dòng)

自然災(zāi)害（如臺(tái)風(fēng)、地震等）也有可能造成避雷器的安裝損壞，從而影響避雷器的運(yùn)行。

3 結(jié)論

通過(guò)MOA內(nèi)因分析，只有突破了失效的多個(gè)局部臨近點(diǎn)，才會(huì)有可能導(dǎo)致熱崩潰的阻值退化，以及局部熱穿孔、電穿孔乃至炸裂失效，這說(shuō)明了平均功率和熱阻是影響電阻特性和壽命的兩個(gè)重要指標(biāo)。通過(guò)外因分析，各項(xiàng)條件的改變，會(huì)改變MOA運(yùn)行情況下的工作特征，尤其是電容電感特性，電位分布不均勻性，系統(tǒng)性和特性表征的外因主導(dǎo)性，從而使MOA逐步失效。

參考文獻(xiàn)：

[1] GrandkeT.Interprolation algorithms for diserete four iertransforms of weighted signals.IEEETransonIM，2003，32：350-355.

[2] 楊曉東.氧化鋅避雷器監(jiān)測(cè)方法分析.新疆電力技術(shù)，2008，（2）：26-29.