Summarize On Methods Of On-line Monitoring For MOA

上海交通大学（200030）莫远胜 黄成军

广西贺州市八步水利电业有限责任公司（543300） 刘宙桂

摘 要：对当前MOA在线监测的几种方法及其优、缺点进行了论述。

关键词：氧化锌避雷器，在线监测，综述

Abstract:In this paper, several currently methods of on-line monitoring for MOA and their advantage and disadvantage are discussed.

key words: MOA, on-line monitoring，summarize

0 引言

氧化锌避雷器(Metal Oxide Surge Arrester，简称MOA)作为电力系统限制过电压的主要设备，其运行的可靠性将直接影响电力系统的安全。由于MOA长期承受系统电压、过电压、污秽和内部受潮等因素影响，使其绝缘性能下降，发生老化，直至爆炸，后果是不但带来了巨大的经济损失，而且严重威胁到电网的安全运行。因此，对避雷器实施在线监测，可以及早发现和排除故障，防止事故的发生。

MOA在线监测主要是测量其阻性电流峰值及基波阻性电流有效值或幅值,并根据阻性分量的变化来判断MOA的健康状况，本文将对MOA在线监测方法展开综述。

1 MOA在线监测方法

目前，国内外MOA在线监测方法主要有：总泄漏电流法、阻性电流谐波分析法、阻性电流三次谐波法、补偿法等。

1.1 总泄漏电流法

MOA老化或受潮时，阻性电流增加，从而全电流随之增加，可以根据这一特征来判断MOA的运行状况。监测全电流的方法可用图1所示的原理表示，在电网电压不变的条件，由于MOA的晶界电容C近似为常数，所以MOA全电流的容性分量变化不大，全电流的增加主要是由于阻性电流增加造成的。监测全电流的变化在一定程度上可以判断阻性电流的变化。这种方法简单，且实现方便。但在正常的情况下，MOA全电流的阻性分量只占容性分量的10％左右，且两者基波相位差90°，这使得监测到的全电流的有效值或平均值丰要取决于容性电流分量，即便是阻性电流增加一倍，全电流的变化也不是太明显。当阻性电流峰值从50μA 增大到250μA 时, 全电流的增大可能只有百分之几。因此采用监测MOA全电流的方法灵敏度很低，只有在严重受潮或老化严重的情况下才能表现出明显的变化，这对于发现MOA早期故障很不利。

文献[3]利用光纤取样技术监测全电流, 解决了监测泄漏电流中的高压隔离和数据远传问题, 可用于泄漏电流自动监测和及时报警, 但仍然无法解决灵敏度差的问题。

图1 MOA的全电流法监测装置

1.2 阻性电流谐波分析法。

图2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与线性电容并联而成，从等效电路可知，流过MOA的总泄漏电流可分为阻性电流I_R和容性电流I_C两部分，容性电流分量产生的无功损耗并不会使阀片发热，导致阀片发热的是阻性分量产生了有功损耗。设U_x为设备运行电压，I_x为避雷器总泄漏电流，其中I_R为阻性电流，I_C为容性电流。满足狄里赫利条件的电力系统电压U_x、电流I_x，可按傅立叶级数分解为：

图2 MOA阀片在小电流下的等效电路

(1)

(2)

式中:　

　 U₀——电压的直流分量；

I₀——电流的直流分量；

U_km——电压的各次谐波幅值；

I_km——电流的各次谐波幅值；

α_k——电压的各次谐波相角；

β_k——电流的各次谐波相角；

k＝1，2，3，4，…。

由图2可知，

I_x=I_C I_R (3)

由式(1), 得到容性电流为：

(4)

其中I_Ck=kCωU_km，表示容性电流谐波幅值。

因第k次谐波阻性泄漏电流的相角与第k次谐波电压的相角相同，故阻性电流：

(5)

式中I_RK表示阻性电流谐波幅值。

将(2)、(4)、(5)代入(3)，得

(6)

根据三角函数的性质，可以得到以下公式

I_RK=I_km[cosα_kcosβ_k sinα_ksinβ_k] (7)

Ick=Ikm[cosα_k sinβ_k sinα_k cosβ_k] (8)

将式(7)、(8)分别代入(4)、(5) 中就得到各次阻性谐波电流和容性谐波电流的表达式,MOA的总阻性泄漏电流I_R就可求得。

一般而言, 氧化锌避雷器的绝缘性能下降原因之一是氧化锌阀片老化, 使其非线性特性变差, 其主要表现是在系统正常运行电压下阻性电流高次谐波分量显著增大, 而阻性电流的基波分量相对增加较小。原因之二是受潮, 其主要表现是在正常运行电压下阻性电流基波分量显著增大, 而阻性电流高次谐波分量增加相对较小。因此, 对阻性电流各次谐波的测量可以较为准确地判别氧化锌避雷器性能下降的原因。
 

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