摘要：目前采用的氧化锌避雷器大多不带间隙，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、密封不严及内部受潮等因素的作用，会引起避雷器阀片的老化、阻性泄漏电流增加和功耗加剧，从而导致避雷器阀片温度上升而发生热崩溃，严重时，甚至引起避雷器的爆炸事故。因此，为了保证电力系统的安全运行，对避雷器进行在线监测实时了解其运行状态，及时发现避雷器的异常和事故隐患是十分必要的。
关键词：金属氧化物避雷器；在线监测装置；策略
1智能型避雷器在线监测装置原理和分析
图是MOA阀片在单相小电流下的电路等效模型，它是由一个非线性电阻R与线性电容C并联而成，设Ux为设备运行电压，Ix为避雷器总泄漏电流，其中IR为阻性电流，IC为容性电流。从等效电路可知，流过MOA的总泄漏电流可分为阻性电流IR和容性电流IC两部分，容性电流分量产生的无功损耗并不会使避雷器阀片发热，导致避雷器阀片发热的是阻性分量产生了有功损耗。
图1 单相小电流下的电路等效模型
避雷器等效电路在大电流冲击情况下，避雷器会迅速泄放大电流，避雷器在线监测装置根据采集到的泄漏电流大小来判断避雷器动作与否，从而可靠进行避雷器动作次数计数。在“交流无间隙金属氧化物避雷器用监测器”标准JB/T10492—2004中，明确了上限、下限计数电流大小范围。避雷器泄漏电流监测内容有全电流监测和阻性电流监测，其中阻性电流可通过算法从全电流中分离出来的。避雷器在正常运行时，阻性电流分量很小，占泄漏全电流的5%～20%，此时的泄漏全电流以容性电流分量为主导。但当避雷器老化、受潮、过电压时，其泄漏全电流在幅值和波形上会有很大变化。全泄漏电流在幅值上的增大主要是阻性电流分量的幅值增长速度快，全泄漏电流波形上的变化主要是由于阻性电流分量的非线性快速增长，因此检测阻性电流才能真正监测出避雷器的运行状态。为此，在DL/T596—1996《电力设备预防性试验规程》中提到，对于复杂的现场形式而言，在阻性电流增加到50%时应分析原因，阻性电流增加一倍时应停电检查；同时在DL/T987—2005《氧化锌避雷器阻性电流测试仪通用技术条件》中提到需测试阻性电流，并规范了测量范围的上限和下限。
2电流采集单元设计
2.1电流采集单元硬件结构
电流采集单元主要实现采集避雷器泄漏电流和雷击计数功能。泄漏电流信号采集采用高准确度无源零磁通穿心式互感器，可测量微安级微弱信号，具有良好的线性关系，完全满足避雷器泄漏电流的测量功能。电流传感器电流信号采用跨阻放大器实现I/V转换，信号的放大采用程控放大技术。电流PGA205，将送入A－D小信号模拟量分段放大从而提高采样准确度。在设计中的A－D模数转换采用ADI公司的AD7606－4，AD7606－4是16bit4通道同步采用模拟数据采集系统，内置模拟输入钳位保护、二阶抗混叠滤波器及跟踪保持放大器，16bit电荷再分配逐次逼近型ADC采用单5V电源供电，可以处理±10V和±5V真双极性输入信号，同时所有通道均能以高达200kS/s的吞吐速率采样。
2.2电流采集单元
软件实现电流采集单元整个控制数据处理工作由PFGA完成，编程采用VHDL语言实现。程序结构主要分为数据处理、PGA205控制、AD7606采样控制、组帧、Flash接口及UART接受发送等模块。FPGA产生时序控制AD7606采集数据，同时对数据进行处理，采样值与系统设置好的阈值进行比较，控制PGA的增益切换。本设计中选PGA205的1、2和8三种增益，采样信号幅值增加通过程序控制切换到不同增益，如果采样值超过阈值则跳转到相应通道，实际应用中要考虑一定余量，在A－D饱和之前进行通道跳转，然后通过相应的乘法器和除法器，还原不同通道的真实采样值。然后将真实有效数据进行组帧编码，通过UART模块以FT3报文式发送。FPGA软核处理器部分主要完成人机交互功能，通过工具软件对采集单元完成程序升级，参数设置如FT3发送波特率、周波采样点数及发送规约等配置。
3避雷器监测IED设计
3.1避雷器监测
IED硬件结构硬件采用模块化设计结，提高了电子产品的可靠性、标准性、互换性和独立性。箱体采用标准4U半宽机箱，插箱式结构，符合IEC297标准，便于安装、检测。
3.2监测IED软件
实现避雷器监测IED采集同间隔电流和电压信号，经过重采样、傅里叶变换滤波等数据处理，然后计算得到全电流、阻性电流、阻容比、系统电压和雷击次数等数据，实现分析诊断预警功能。程序设定了电流电压运行定值，当监测电流有效值大于定值时判定被监测的避雷器带电，处于运行状态；当监测电流小于定值时判断被监测的避雷器本体没有带电，处于停运状态；当监测电压有效值高于定值时判定该段母线带电，低于定值时判定该段母线停运。在有电流有电压的情况下，判别电压电流频率是否大于频率不一致定值，大于定值认为电流电压频率不一致，判定监测避雷器设备不是运行在该段母线上；电流电压同频且相位关系固定，等时间相位差偏差小于相位不一致定值，判定被监测设备运行在该段母线上，然后进行阻性电流，容性电流等数据计算分析诊断。目前，国内外对金属氧化物避雷器的阻性电流的提取进行了大量的研究，一般多有基波法、三次谐波法、零序电流法和电容电流补偿法等，各方法都有相应优缺点。本文根据2014年国网运检部关于变电站设备在线监测质量提升方案通知，采用比较补偿分析法和谐波分析法相结合的方法实现避雷器监测，提高对监测结果的分析判别能力。
4结束语
避雷器在线监测装置已在智能变电站现场运行良好，性能稳定，顺应国家电网公司对一次设备在线监测要求，应用前景广阔。
参考文献
[1]盖超会,高丽.氧化锌避雷器在线监测方法的研究[J].煤炭工程,2018,50(02):124-127+132.
[2]张露,王永勤,贺家慧,吴彤,罗浪,李佳,张兴无.特高压变电站工频电磁场对避雷器在线监测装置测量准确度影响研究[J].电力系统保护与控制,2018,46(03):164-169.
[3]刘晋孝,祝嘉喜.MOA-BC型避雷器在线监测系统的研制[J].电瓷避雷器,2017(03):97-100.
[4]张明鉴. 变电站避雷器在线监测系统的研究与设计[D].沈阳农业大学,2017.
论文作者:巩晓龙,王叶,贺智龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
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