第5章 金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測(cè)

1、第5章 金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)的避雷器由帶有火花間隙并以碳化硅作為閥片原料的閥片電阻構(gòu)成。20世紀(jì)7080年代，新型的無間隙以氧化鋅為閥片原料的氧化鋅避雷器。優(yōu)越的保護(hù)性能、無續(xù)流，動(dòng)作負(fù)載輕，耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)、通流容量大、性能穩(wěn)定，抗老化能力強(qiáng)，能適應(yīng)防污、高海拔地區(qū)和GIS等多種特殊需要。成本低，適于大批量生產(chǎn)。避雷器發(fā)展的主要方向。第5章 金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測(cè)氧化鋅電阻片有極為優(yōu)越的非線性特性：在正常工作電壓下電阻很高，相當(dāng)于一絕緣體，可以不用串聯(lián)火花間隙來隔離工作電壓。在正常工作電壓下流過氧化鋅電阻片的電流僅達(dá)微安級(jí)。在過電壓作用下電阻很小，殘壓很低。 ZnO閥片的伏安特

2、性 第5章 金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測(cè)由于閥片(電阻片)長(zhǎng)期承受工頻電壓作用而產(chǎn)生劣化，引起電阻特性的變化導(dǎo)致流過閥片的泄漏電流增加；由于避雷器結(jié)構(gòu)不良、密封不嚴(yán)使內(nèi)部構(gòu)件和閥片受潮，也會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行中避雷器泄漏電流增加。阻性分量電流的急劇增加，可使閥片溫度上升而發(fā)生熱崩潰，還會(huì)引起爆炸事故。監(jiān)測(cè)氧化鋅避雷器的阻性電流可診斷其絕緣狀況。第5章 金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測(cè)氧化鋅閥片的介電常數(shù)很大,r10002000，在正常工作電壓下流過閥片的主要是容性泄漏電流。在正常情況下阻性分量?jī)H占全電流的5%20%。（比容性設(shè)備比例大）監(jiān)測(cè)阻性電流的關(guān)鍵是要從以容性為主的總電流中分離出微弱的阻性電流。ZnO電阻

3、片的等值電路 第5章 金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測(cè)診斷方法說 明實(shí)例全電流法方法簡(jiǎn)便可行，發(fā)現(xiàn)受潮靈敏；但對(duì)早期老化不靈敏，往往要等阻性電流分量增大幾倍后才能發(fā)現(xiàn)交流或整流型電流表阻性電流分量法方法較復(fù)雜，但易于發(fā)現(xiàn)比較早期的老化阻性電流儀功率損耗測(cè)定因阻性電流所引起的功耗增加功耗儀元件溫度測(cè)定因功率損耗而引起的MOA的溫度升高紅外攝象儀MOA在線監(jiān)測(cè)的主要方法 n全電流法n高次諧波法MOA的非線性特性，即使外施電壓是正弦的，全電流也非正弦，即包含有高次諧波。如將全電流中的容性及阻性分量也分別分解出其基波及諧波，在正弦型的外施電壓下，通過測(cè)量三次諧波電流后可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式來推出阻性電流。 n零序電流

4、法三臺(tái)避雷器均為同一類且均正常時(shí)。測(cè)得的三相基波之相量和應(yīng)接近于零。 n阻性電流檢測(cè)金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測(cè)方法n全電流法金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測(cè)方法放電計(jì)數(shù)器微安表一體化監(jiān)測(cè)儀即全電流法，MOA老化或受潮時(shí)，阻性電流增加，從而全電流隨之增加，可以根據(jù)這一特征來判斷MOA的運(yùn)行狀況。監(jiān)測(cè)總泄漏電流的變化在一定程度上可以判斷阻性電流的變化。這種方法簡(jiǎn)單方便，但在正常情況下，MOA總泄漏電流的阻性分量只占容性分量10左右，且兩者基波相差900，這使得監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流的有效值或平均值主要取決于容性電流分量，即便是阻性電流增加一倍，總泄漏電流的變化也不是太明顯，。 第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流第一節(jié)

5、補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流一、全硬件補(bǔ)償法一、全硬件補(bǔ)償法1、基本原理用鉗形電流互感器(傳感器)從MOA的引下線處取得電流信號(hào)I0，從分壓器或電壓互感器二次側(cè)取得電壓信號(hào)Us。電壓信號(hào)Us經(jīng)移相器前移90相位后得Us0(以便與I0中的電容電流分量同相)，再經(jīng)放大后與I0一起送入差分放大器。在放大器中，將GUs0與I0相減；并由乘法器等組成的自動(dòng)反饋跟蹤，以控制放大器的增益G使同相的（IcGUs0）的差值降為零，即I0中的容性分量全部被補(bǔ)償去掉；剩下的僅為阻性分量IR，而且直接以數(shù)字顯示。再根據(jù)Us及IR即可獲得MOA的功率損耗P。 第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流一、全硬件補(bǔ)償法一、全

6、硬件補(bǔ)償法1、基本原理UsIrUs0Ic=GUs0I0第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流一、全硬件補(bǔ)償法一、全硬件補(bǔ)償法2、實(shí)例：LCD4型泄漏電流測(cè)量?jī)xPAMOACTPTPVDM2M1IGCADFDFAXIRISEG0SESERISEXICISE第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流一、全硬件補(bǔ)償法一、全硬件補(bǔ)償法3、相間干擾第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流一、全硬件補(bǔ)償法一、全硬件補(bǔ)償法3、相間干擾一組成直線排列的三相一組成直線排列的三相MOAMOA第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流一、全硬件補(bǔ)償法一、全硬件補(bǔ)償法3、相間干擾在測(cè)量邊相

7、A相底部的電流時(shí)，主要是A相外施電壓Ua經(jīng)A相MOA所引起的容性分量Ia,c及阻性分量Ia,r；另外還有鄰相B相與A相間的雜散電容Ca,b所引起的容性干擾電流Ib(C相因距離A相更遠(yuǎn)，其影響可忽略)。干擾電流Ib固然不大，但它在原阻性電流方向上的分量就將在A相下部在線測(cè)得的“視在”阻性分量Ia，r明顯增大了。B上對(duì)C相間的電容耦合使C相MOA下部測(cè)得的“視在”阻性分量變小。B相因位置居中，A、C兩邊相對(duì)其的電容耦合基本對(duì)稱，影響可忽略。 AUBUCUCIXICISEG0BACI,RIRIXI第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流一、全硬件補(bǔ)償法一、全硬件補(bǔ)償法4、相間干擾的抑制 在停

8、電條件下，用外施電壓分別測(cè)量各相避雷器的I0，Ic，Ir，而后在運(yùn)行條件下再測(cè)，但在PT輸出信號(hào)經(jīng)光電隔離后，再加一移相器改變移相的角度使測(cè)量值與停電條件下測(cè)量值相同，記下移相值和I0，Ic，Ir值，并以此為基準(zhǔn)，以后均在相同的移相條件下進(jìn)行監(jiān)測(cè)，移相器一般由可變電阻器和電容器串聯(lián)組成。 當(dāng)測(cè)量處于邊相位置的MOA時(shí)，不僅用一鉗形電流互感器測(cè)取該相MOA下端的電流，且用另一鉗形電流互感器測(cè)取與其對(duì)稱位置的另一邊相下端的電流。由于相間雜散電容的耦合，使兩邊相下端測(cè)得這兩電流之間的相位差已不是120，而是1202，因而可用軟件求出后將基準(zhǔn)電壓相位自動(dòng)移相角，然后仍可用常規(guī)的測(cè)阻性電流方法測(cè)出比較準(zhǔn)

9、確的及P。 第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流二、數(shù)字化軟件補(bǔ)償法二、數(shù)字化軟件補(bǔ)償法基本原理PTCTMOA隔離放大放大濾波濾波移相ADC單片計(jì)算機(jī)UIxUUIx，U經(jīng)放大、濾波和U移相900后，U與Ic同相，對(duì)Ix和U進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，由軟件計(jì)算。令 ，K為計(jì)算系數(shù)，不斷改變k值，使達(dá)到最小，則2kUIxkUIIxr第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流第一節(jié)補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流二、數(shù)字化軟件補(bǔ)償法二、數(shù)字化軟件補(bǔ)償法基本原理光電隔離放大器1放大器2AMOACT1PT1光電隔離放大器1放大器2BMOACT2PT2光電隔離放大器1放大器2CMOACT3PT3A/D轉(zhuǎn)換微型計(jì)算機(jī)第二節(jié)諧波分析法監(jiān)

10、測(cè)阻性電流第二節(jié)諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流1、基本原理滿足狄里赫利條件(即給定的周期性函數(shù)在有限的區(qū)間內(nèi)，只有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn)和有限個(gè)極大值和極小值)的電力系統(tǒng)電壓ux、電流ix，可按傅里葉級(jí)數(shù)分解為直流分量和各次諧波分量之和： 1010)sin()sin(kkkmxkkkmxtkIIitkUUu（1）（2）式中：U0電壓的直流分量， I0電流的直流分量，Ukm電壓的各次諧波幅值， Ikm電流的各次諧波幅值，k電壓的各次諧波相角， k電流的各次諧波相角，k= 1，2，3，4由于 ，而一般認(rèn)為，在小電流區(qū)電容變化很小，因此有由式（1）得泄漏電流的容性分量： 其中 。令I(lǐng)Rk為第k次諧波阻性電流幅值

11、，可以認(rèn)為阻性泄漏電流和容性泄漏電流同次諧波的相角相差 ，而第k次諧波電壓與第k次諧波阻性電流同相，所以，阻性電流：第二節(jié)諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流第二節(jié)諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流1、基本原理（4）iC dudtudC dtCxxdC dt 01)cos(kkCktxCtkIdduCiIk CUCkkm210)sin(kkRkRtkIIi（3）將式（5）兩邊同乘以sin(nt+n)，并對(duì)兩邊在一周期內(nèi)取定積分，有：第二節(jié)諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流第二節(jié)諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流1、基本原理（6）（5）CRxiiiIIk tIIk tIk tkmkkRkkkCkkk01011sin()sin()cos()dtt

12、ntkIdttntkITknkRknTkkkm 0101)sin()sin()sin()sin( TknkCkdttntkI01)sin()cos(因?yàn)椋簩⑹剑?）、式（4）、式（2）帶入其中并化簡(jiǎn)有：第二節(jié)諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流第二節(jié)諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流1、基本原理三角函數(shù)在一個(gè)周期內(nèi)定積分的正交特性：sinmxdxT00cosmxdxT00(sin)mxdxTT202(cos)mxdxTT202sincosmxnxdxT00sinsin()mxnxdxmnT00coscos()mxnxdxmnT00第二節(jié)諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流第二節(jié)諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流1、基本原理（7）對(duì)式（6），僅當(dāng)

13、k=n時(shí)，對(duì)應(yīng)項(xiàng)的定積分不為零，可化簡(jiǎn)得為：由三角函數(shù)的積化和差公式可化簡(jiǎn)式（7）得有：Ik tk tdtIk tdtkmkTkRkkTsin() sin()sin ()020Ik tdtIk tdtkmkkkkTRkkT122121200cos()cos()cos ()再由三角函數(shù)正交特性可得：IdtIdtkmkkTRkT2200cos()TITIkmkkRk22cos()即：第二節(jié)諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流第二節(jié)諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流1、基本原理（9）（8）也即：所以有：TITIkmkkkkRk22coscossinsinIIIRkkmkkkmkkkkcos()coscossinsin同理，將式（5）兩邊同乘以cos(nt+n)，并在同一周期內(nèi)取定積分，依據(jù)三角函數(shù)正交特性，僅當(dāng)k=n時(shí)，定積分有不為零項(xiàng)。化簡(jiǎn)后可得：IIICkkmkkkmkkkksin()cossinsincos將ux、ix展開成傅里葉級(jí)數(shù)，運(yùn)用FFT分解得各次諧波后，按式（4）、式（8）計(jì)算，就可求得MOA的基波阻性泄漏電流、各次諧波阻性泄漏電流和總阻性泄