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【摘 要】氧化锌避雷器的在线检测主要是对氧化锌避雷器在线检测的几种方法的原理和优缺点进行分析比较,得出经济、实用、相对精确的检测方法,取长补短,提高避雷器在线检测的准确性.
【关 键 词】氧化锌避雷器；伏安特性；在线检测
避雷器是保护电力设备免受因雷击过电压,对电力设备的安全稳定运行起着重要的作用.氧化锌避雷器具有保护特性好、动作反应快、结构简单、体积小、质量轻等特点,得到了广泛的应用.在使用中由于常在户外装设,所处的环境较恶劣,会使氧化锌避雷器日趋老化,使其绝缘性能降低,影响正常工作,严重的时候会使氧化锌避雷器失去作用,引起热崩溃,甚至发生爆炸.因此,检测氧化锌避雷器绝缘特性是否完好就显得十分重要.本文中主要介绍氧化锌避雷器的在线检测的原理和方法,就其中的几种进行比较和分析.
一、氧化锌避雷器的特性及检测原理
氧化锌避雷器由于氧化锌阀片具有良好的非线性伏安特性,即图1所示,正常电压运行时,具有较大的阻抗特性,流过避雷器的电流很小（一般情况下会小于1mA）,雷击或受冲击时,其过电压超过氧化锌避雷器的击穿电压时,阻抗会呈现较低的特性,使线路强大的冲击电流迅速流入大地,而使避雷器上所承受的电压不发生变化；当冲击过电压的幅值小于避雷器的击穿电压时,氧化锌避雷器仍然呈现较高的阻抗特性,呈现绝缘状态.
按照上述原理,可以得出氧化锌避雷器的等效电路图,即图2.
其中ux：避雷器运行电压；
ix：流过避雷器的电流；
iR、iC：流过避雷器的阻性电流分量iR和容性电流分量iC.
正常运行时流过氧化锌避雷器的电流ix很小,称为泄漏电流,泄漏电流中容性电流分量很大,而阻性电流分量很小.为发生故障时,流过它的泄漏电流会发生变化.目前检测氧化锌避雷器正常工作与否的基本原理是通过检测流过氧化锌避雷器的泄漏电流的变化情况来判断其是否工作在正常状态.
二、氧化锌避雷器在线检测的方法
避雷器在线检测分为离线检测和在线检测.采用离线检测法需将避雷器停用后再进行检测,会影响电力系统的正常供电.而采用在线检测不需要停用避雷器,即不影响电网系统的安全可靠运行.目前,氧化锌避雷器的在线检测方法许多,如总泄漏电流法、基波法、高次谐波分析法和补偿法等.下面就对氧化锌避雷器在线检测的几种常见方法进行介绍.
2.1总泄漏电流法
总泄漏电流法中假设流过氧化锌避雷器的容性电流分量基本保持不变,通过检测总的泄漏电流变化情况来反映阻性电流分量的变化情况,从而得出氧化锌避雷器是否处于正常工作的状态.现总泄漏电流法主要是采用测量接地引线上通过的泄漏全电流的方法来进行检测,如图3所示.
总泄漏电流法原理简单、容易实现,但不能及时反映避雷器早期的老化问题.当避雷器因受潮而发生故障时,阻性电流分量就会发生较大的变化,从而可以通过测量总电流的发生变化来发现故障.当总泄漏电流增大为两倍以上时,总泄露电流法可以有效地发现氧化锌避雷器在运行中的受潮和劣化情况.
2.2基次谐波法
基次谐波法利用氧化锌阀片在正弦波电压的作用下,它的阻性电流中只有基波电流产生功耗,阻性基波电流是一个定值,与谐波电压无关.在总泄漏电流的基础上经过滤波或者是对总泄漏电流进行数字谐波分析,提取出基波分量后对基波进行分解,然后根据阻性电流分量在基波中所占的比例变化来判断氧化锌避雷器的工作状态,基次谐波法测量的原理如图4所示.
在使用基次谐波法检测阻性电流分量时,不需要电网的电压信号,只需要在避雷器的接地线上直接接一个电流互感器就可以测得流过氧化锌避雷器的泄漏电流.基次谐波法的检测原理较为简单,具有一定的精确性.但此方法只能反映阻性电流基波成分的变化情况,对于利用高次谐波能够更反映避雷器的运行状态是无法完成的.
2.3高次谐波分析法
氧化锌阀片的绝缘性能下降是其出现故障的主要原因.产生这种现象主要有两种原因,一是氧化锌避雷器阀片老化使其非线性伏安特性变差,使得阻性电流分量中的高次谐波电流增大很多,而阻性电流分量的基波分量则不发生明显的变化；二是因为氧化锌避雷器受潮,其表现出的状况正好与老化引起的状况相反,其基波分量会发生明显的变化,而高次谐波分量则不发生明显的变化.因此,使用高次谐波法分析泄漏电流的阻性电流分量能够更准确的分析出氧化锌避雷器的运行状态,能够更好的保证氧化锌避雷器安全稳定的运行.
使用高次谐波分析法过程繁琐,虽然可以得出泄漏电流的各次阻性和容性电流谐波分量,但是在总的泄漏电流中容性电流分量是基本维持不变的,真正反映氧化锌避雷器运行状态的是阻性电流分量.因此,如果能够将总泄漏电流中的容性电流分量过滤掉,那么这个检测过程将会十分简单.
2.4补偿法
流过氧化锌避雷器的泄漏电流中容性电流分量占很大比例,而阻性电流分量很小.但是,在用基波法和高次谐波分析法检测的时候主要是检测阻性电流分量的变化情况从而确定氧化锌避雷器的工作状况,这就使得基波法和高次谐波分析法在检测的过程中的准确性受到了影响.
补偿法正是基于这样的考虑,利用容性电流分量和系统的电压相角关系将容性电流分量在总泄漏电流中滤去,从而获得单一的阻性电流分量,使得检测的准确性大大提高.图5为应用补偿法检测流过氧化锌避雷器泄露电流的原理图.
补偿法在一般情况下能够准确的反映氧化锌避雷器的运行状态,但是也存在着不足,这是因为三相MOA相距很近,其间存在着很大的杂散电容,会影响测量的结果,而补偿法还不能够消除相间耦合电容电流和系统高次谐波的影响,使得三相阻性电流出现不平衡.
2.5双“AT”检测法
双“AT”检测法基本原理为在测量泄漏电流法中设置一个对泄漏电流进行采样的AT传感器外,又增设一个AT传感器来对过电压情况下冲击大电流的峰值进行采样分析,从而记录氧化锌避雷器的动作次数,并设置了参考电压分析其动作的原因,然后将采集到的信号经过A/D转换器转换后进行数字信号处理,分析处理结果,从而得出氧化锌避雷器的运行状态.其基本原理图如图6所示.
双“AT”检测法在线检测的功能需要通过强大的支持软件来完成,对在检测过程中环境的温度和系统谐波问题进行了充分的考虑,其准确性较高,但是经济性不好,因此,双“AT”检测法在我国还是处于试用阶段,没有得到广泛的推广.
三、检测方法分析比较
避雷器在线检测方法的基本原理都是在线检测其泄漏电流来反应其运行状态和老化受潮情况.其中基波法较为筒单,但无法消除系统谐波电流中容性电流分量对检测结果准确性的影响；高次谐波分析法虽然可以得到阻性及容性电流分量的各次谐波分量,但分析过程有一定的困难,仍然有待发展完善；补偿法虽然能有效地消除容性电流分量的影响,一定程度上提高了检测的准确性,但是它无法避免相间耦合电容电流和系统高次谐波对检测结果的影响.
每一种在线检测的方法都不是完美的,存在着一定的技术缺陷,单靠某一种方法是很难准确地检测出避雷器工作状况的.所以,在对氧化锌避雷器在线检测的方法做深入探讨的同时,应该综合各种检测方法的优缺点,取长补短、提高检测准确性是未来研究方向之一.