氧化锌避雷器在线监测探讨

【摘 要】氧化性避雷器在运行中，有泄露电流流过氧化锌阀片，电流中的有功分量会使阀片发热，从而引起它伏安特性发生变化，若长期作用将导致阀片老化，直至出现热击穿。为此必须对其进行及时的预试，而相邻的电器主设备往往不能及时停运，因而必须采用带电测量的方法对其进行测量。采用合理的试验方法，消除因相邻设备带电而带来的电磁干扰尤为重要。

【关键词】氧化锌避雷器；带电测量；阻性电流分量

1.避雷器的发展

避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入变电站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备的雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。

避雷器按其发展的先后可分为：保护间隙：最简单形式的避雷器；管型避雷器：也是一个保护间隙，但它能在放电后自行灭弧；阀型避雷器：是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，提高了保护性能；磁吹避雷器：利用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同时还具有限制内部过电压能力；氧化锌避雷器：利用了氧化锌阀片理想的伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、无续流残压低等优点，也能限制内部过电压，目前被广泛使用。

2.氧化锌避雷器的工作原理

氧化锌避雷器是20世纪70年展起来的一种新型避雷器，氧化锌阀片是以ZnO为基体的非线性电阻体，具有比碳化硅好得多的非线性伏安特性，它主要由氧化锌压敏电阻构成。每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压，在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻被击状态，是可以恢复的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。因此，在电力系统上安装氧化锌避雷器后，雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电器设备的安全。

3.氧化锌避雷器在线监测的重要性

氧化锌避雷器取消了串联间隙，当泄露电流流过氧化锌阀片时，电流中的有功分量使阀片发热，引起它伏安特性发生变化，如果长期作用将导致氧化锌避雷器阀片老化，直至出现热击穿。当避雷器受到冲击电压作用时，阀片也会在冲击电压能量的作用下发生老化；内部受潮或内部绝缘支架绝缘性能不良，会使工频电流增加，功耗加剧，严重时可能导致内部放电，这将导致主设备得不到保护，严重时可能发生爆炸，影响系统的安全运行。而避雷器预试必须停运主设备，会影响设备的运行可靠性，并且会受运行方式的限制无法停运主设备，导致避雷器不能按时预试。

4.影响避雷器在线监测结果因素

影响避雷器在线监测的因素很多，主要有间隔内相间干扰、测试方法、表面污秽等因素。而表面污秽可以在现场通过对避雷器的表面清洁处理得到解决，这里主要排除间隔内相间干扰及测试方法对测量带来的影响。

4.1电网谐波

谐波电压在电网中不可避免，根据国际对于电能质量的规定，电力系统正常运行时允许5%以内的谐波分量，当系统谐波电流和基波电压作用在阀片上会产生反映阀片非线性的谐波电流，并将产生复杂的交叉关系，导致提取反映阀片劣化而引起基波电压作用下产生的谐波电流受到谐波电压作用下产生谐波电流的影响。其二，系统谐波作用下泄露电流中会产生容性谐波电流，且容性分量所占比重较大。

4.2相间干扰的影响

当三相避雷器并列运行时，各项之间存在杂散电容，即各项避雷器不仅受到自身相电压的作用，同时还通过相间杂散电容而受到相邻电压的作用，他们之间的距离和电压等级决定这种作用的大小，这使避雷器底部泄漏电流与单独一相运行时相比会发生幅值和相位的变化。

5.在线监测方法

利用避雷器的带电测量，测得避雷器阻性电流与总泄露电流的比值，即阻性电流分量，来判断避雷器的受潮及老化状况。阀片老化时，避雷器的有功损耗加剧，即泄露电流中的阻性电流分量会明显增大，从而在避雷器内部产生热量，使阀片进一步老化，产生恶性循环，破坏避雷器内部稳定性。通过氧化锌避雷器带电测量有功分量，及时发现有问题的避雷器，将设备故障杜绝在萌芽状态。

全电流法也叫总泄漏电流法，根据避雷器老化或受潮时，阻性电流增加，从而总电流随之增加的这一特征来判断避雷器的运行情况。因为，全电流阻性分量只占容性分量的10%左右，且两者基波相位相差90度，这使得监测到的全电流的有效值或平均值主要决定于容性电流分量，即使是阻性电流增加一倍，全电流变化也不明显。

谐波分析法：采用电流及其分量进行谐波分析得出相应的特征量的方法，主要特征量时阻性电流分量及其基波和三次谐波，采用微处理器和利用数字信号处理技术进行分析的，所以也称数字波形分析法。

ZF800-3型容性设备绝缘在线监测单元：可对变压器高压套管、高压互感器、耦合电容、避雷器等容性电力设备的介质损耗、末屏电流及电容量进行连续、实时在线监测，及时掌握设备的绝缘状况，并根据同类设备的横向比较、同一设备的纵向比较以及绝缘特性的发展趋势，及早发现潜伏性故障，提出预警，避免事故的发生。

避雷器在线监测系统是通过对氧化锌避雷器阻性电流基波分量的监测，可较为灵敏地发现设备的绝缘缺陷。由避雷器测量单元和基准电压测量单元共同完成。ZF800-32 避雷器监测单元可以测出避雷器接地端的泄露全电流的幅度和相位以及与交流电源的相位差。ZF800-33电压采样单元，可以测得系统电压的幅度和相位以及与交流电源的相位差，通过这两信号相位和交流电压信号的差分量可以计算出避雷器的泄露电流和系统电压的相位差，全电流中的容性电流分量和阻性电流分量。

系统结构：变电站高压设备绝缘在线监测系统采用总线控制技术，它由安装在设备附近的现场数据采集单元和安装在后台管理中心的数据管理系统两个部分组成，通过网络可把若干个变电站监控系统的监测数据汇集到上层的数据管理诊断系统，实现对多个变电站内的高压设备绝缘在线监测。

绝缘监测系统通常由不同类型传感器、若干个本地采集终端及变电站绝缘在线监测中央柜构成，通过就地监单元上传至数据处理主单元，通常在现场传感器不多情况下全站用一个主单元就足够了，通过主单元上传至后台服务器进行实时监测分析。

【参考文献】

[1]河南中分仪器股份有限公司.智能变电站综合在线监测系统产品说明书.

[2]常美生编著.高电压技术.中国电力出版社，2004.