避雷器在线监测范文

导语：如何才能写好一篇避雷器在线监测，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

避雷器在线监测

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【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】

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【关键词】氧化锌避雷器；分布式；无线传输；在线监测；传感器

0.引言

氧化锌避雷器是电力设备的重要保护元件，其安全可靠运行才能保证电力系统的安全。在实际运行中，避雷器的老化/损坏有一个累积的过程。通过利用避雷器在线监测系统实时监测其阻性电流等特征值变化趋势的方式，可以全面反映其是否出现老化、受潮及内部放电等情况，并实时诊断避雷器的运行工况，以便及时采取相应措施。在线监测使对避雷器的检修维护更有针对性，达到提高氧化锌避雷器运行可靠性的目的。电力系统中的氧化锌避雷器数量多、分布广，为满足不同监测环境的需要，笔者设计出无线分布式氧化锌避雷器在线监测系统。

1.系统总观

无线分布式氧化锌避雷器在线监测系统，如图1所示，由安装在设备运行现场的分布式测量终端（电流单元）、PT信号采集单元（电压单元）、同步采集控制单元（本地单元）和变电站主控室的工作站及网关构成。

图1 无线分布式氧化锌避雷器在线监测系统示意图

所有测量终端的结构相同，对每组被监测氧化锌避雷器（A、B、C三相）配置一台测量终端，负责对信号的采集和提取，得到被监测的电气量，由无线通讯网络将各监测数据发送至主控室的网关。工作站负责对站内各测量终端的控制以及数据的保存和处理。网关负责收集测量终端的数据以及数据通信，也可以就地分析、显示。

本系统硬件采用浮点采集技术，快速采集动态范围大的电流信号，真实有效地反映氧化锌避雷器正常运行时的阻性基波电流及3、5、7、9次谐波电流。软件上采用数字信号处理技术及专家分析系统，可有效地滤除干扰，真实反映氧化锌避雷器的运行状态。

本系统与被监测氧化锌避雷器的一次回路无直接电气连接，不影响安全运行，结构简单，便于施工和维护。

本系统显示及上传的参数包括电压有效值；全电流峰值；阻性电流正峰值、负峰值及1、3、5、7、9次谐波有效值；动作电流峰值及次数；功耗值。其技术指标为：电流测量0～800mA、分辨率0.01mA、准确度±1%；冲击电流测量200A～20kA、分辨率5A、准确度±10%；电压测量30V～100V（PT二次侧）、分辨率0.1V、准确度±0.5%。

2.阻性电流的提取

测量氧化锌避雷器的泄漏电流和阻性电流作为监测氧化锌避雷器质量状况的一种重要手段。其典型的测量方法如图2所示（以一相为例）。

测量电压信号和氧化锌避雷器的全电流信号，并通过数学处理和计算，即可求出阻性电流和其它特征参数。

氧化锌避雷器的等效电路由非线性电阻R和电容C并联组成。其中Ix为总泄漏电流，Ir为阻性电流，Ic为容性电流。

一般认为仅占总泄漏电流10%～20%的阻性电流的增加是引起氧化锌避雷器劣化的主要因素，所以从总泄漏电流中准确提取其阻性电流是判断氧化锌避雷器运行状况的关键。

由采样得到的电压和全电流信号，应用傅立叶变换（FFT）转换到频域进行分解，可分别得到氧化锌避雷器的阻性电流Ir和容性电流Ic的各次谐波分量，经相应的数据处理后，再返回时域合成得到总泄漏电流Ix和容性电流Ic。

图2 测量原理示意图

然而，现场采集得到的全电流Ix受相间杂散电容的影响主要反映在全电流的容性分量中，其表达式为

式中，C11为被测相氧化锌避雷器的对地电容；C12、C13为相间杂散电容；u1为被测相氧化锌避雷器的电压；u2、u3为邻相氧化锌避雷器电压。

由于系统的三相电压的对称性，因而由电压u1得到的采样信号可依次得到u2、u3，以及时频域转换后的容性电流Ic。利用海森矩阵可计算得到C11、C12和C13的值，然后由雅克比矩阵重新计算容性电流Ic。

实际测量表明，氧化锌避雷器的阻性电流可用指数波Ae-gt2（其中A是指数波的幅值，g是与指数波的形状有关的参数）进行曲线拟合。考虑到阻性电流的正、负半波幅值可能不等，故采用分段指数波拟合MOA的阻性电流，其表达式为：

式中，A1为阻性电流的正峰值；A2为阻性电流的负峰值。

利用处理过的时域信号Ix、消除相间杂散电容后的Ic和拟合曲线Ir，可采用最小二乘法优化求取Ir的未知参数A和g。最小二乘法的优化原理为：

采用固定步长多次搜索优化各个变量，直到误差ε满足工程计算的精度要求，从而根据最终的计算结果就可得到氧化锌避雷器的阻性电流。

3.测量终端

测量终端由传感器、信号调理及信号采集三部分组成，有定时启动和上位机查询启动两种方式，如图3所示。

图3测量终端示意图

3.1 传感器

传感器是在线监测系统的关键部件，它将直接影响系统的精度、安全和可靠性。

氧化锌避雷器泄漏电流传感器和冲击电流传感器采用高导磁合金材料作为铁芯，一次端为穿芯结构，采用电磁感应原理耦合取得小电流信号，外加抗电场及磁场的铁磁材料屏蔽制成。可安装在氧化锌避雷器接地端。传感器的信号就地放大及补偿，然后送入下一单元。

本系统的传感器均与电站的二次接线无直接的电气联系。

3.2 信号调理及采样

小电流传感器将电流信号转换为电压信号，经程控放大后接至A/D。由于被监测的电流信号动态范围较大，所有模块的电流采样均采用浮点放大技术，即程控放大倍数由硬件自动控制，信号较小时，程控放大倍数自动变大，信号较大时，程控放大倍数自动变小。对电流波形的正确记录和对电流测量的足够精度，是氧化锌避雷器在线监测的基础，而浮点放大技术可以有效的满足这种要求。起技术指标为：1/4/16/64/256级程控增益，测量范围-5V～+5V，采样速率200k，分辨率12Bit，时间长度为40ms。

测量终端设置同步数据采集通道。由于同一区域内所有终端的采集程序完全相同，所以可以确保采集的同步性。从工作流程上保证了局部区域内所有模块的同步采集和每个模块所有参量的同步采集。

温湿度传感器将温湿度信号转换为电流信号，经精密电阻后变为电压信号，由专用A/D采样。该A/D具有1/2/4/8/16/32/64/128级程控增益，可自动校准零漂和增益误差，具有可编程数字低通滤波器，测量范围0～2.5V（DC），分辨率24Bit，是理想的温湿度测量芯片。压力和温湿度数据最大可存储1000组数据。

3.3 工作方式

测量终端有定时采集和查询采集二种工作方式。定时采集和查询采集方式均可通过控制室网关（相当于一台工控机）设置。通常可设置成定时采集方式（如每小时测试一次），采集到的数据可以绘制成趋势图，便于直观显示变化趋势。如果对某一相避雷器的数据有疑问时，可随时起用查询方式，唤醒测量终端以获得及时在线数据作进一步的分析判断。定时采集的时间间隔可由工作站或远方计算机整定。测量终端配置有时钟芯片，所有的避雷器测试数据都将有时间标签。平时，测量终端处于待机状态，定时时间到后启动数据采集，记录40ms电流信号及PT电压基准信号，记录完成后向网关发出申请，网关响应后将数据传给网关。

3.4 电源模块

测量终端可选配高容量锂电池或太阳能电池。亦可采用直接取电的方法，即考虑到避雷器由氧化锌电阻片串联组成，正常运行状态下其泄漏电流在200μA左右，如果在避雷器上串联一检测电阻片，可从电阻片两侧取电压，经整流稳压为检测电路提供电源。

3.5 处理器

从低功耗的角度考虑，处理器可选用LM3S1138芯片，该芯片采用Cortex-M3内核设计，在兼顾性能和功耗方面有独特的优势。当处于深度休眠状态时，其功耗为0.8mW左右，并且能够通过外部中断信号将其从休眠状态中唤醒。

3.6 安全及可靠性

所有电子元器件和集成芯片均采用工业级（-10°C～70°C），传感器信号线采用屏蔽线引入，测量终端外壳采用具有磁场屏蔽和电场屏蔽性能的合金外壳，并采取防雨水的密封措施。测量终端的信号输入端并联双向二极管和压敏电阻以保护测量回路。需经地下敷设的信号线采用金属水管保护以防止被虫鼠啃咬。

3.7 盘表电压信号采集单元

盘表电压信号采集单元专门负责三相基准电压信号的隔离、放大、电压/电流变换等。整个系统只需要一个单元。安装在控制室内。其作用是为傅立叶变换提供相位基准。设计、安装时要充分考虑系统安全，设置隔离、短路保护回路，确保二次回路安全可靠。

4.数据处理

系统软件运行在网关上，负责控制测量终端并收集数据进行数据计算分析及管理，显示数据波形，输出诊断结果。系统软件拟采用分层结构设计，方便设计与维护。特征值数据计算模块采用外挂的形式，由诊断算法管理模块管理，系统可方便扩展，如图4所示。

图4 软件体系框图

工作站将对数据处理的结果对应于时间标签建立数据库。对采集到的电流与基准电压信号进行傅立叶变换，分解出1、3、5、7、9次谐波分量，绘出各参数的变化趋势。分析数据时，首先判断阻性电流是否增大，然后判断是基波增大（说明由受潮引起的故障）还是谐波增大（说明由劣化引起的故障），进而判断避雷器的故障类型，从而采取不同的处理方法。

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关键词：带电检测金属氧化物避雷器应用

中图分类号： TU895 文献标识码： A 文章编号：

一、引言：

某电厂220KV变电站内变压器出口及母线避雷器全部采用的是金属氧化物避雷器。金属氧化物避雷器以其优异的技术性能逐渐取代了其它类型的避雷器。避雷器内部采用氧化锌电阻片为主要原件，因电阻片具有良好的伏安特性，当系统出现大气过电压或操作过电压时，氧化锌电阻片呈现低阻值，使避雷器的残压被限制在允许值以下。从而对电力设备提供可靠的保护。而避雷器运行在系统正常电压下时，由于优异的非线性，它呈现高阻值，避雷器流过微安级电流，可以省去传统的避雷器不可缺少的灭弧间隙，避雷器结构大为简化。由于没有放电间隙，氧化锌电阻片长期承受运行电压，并有泄漏电流不断流过各个串联电阻片，这个电流的大小取决于金属氧化物避雷热稳定和电阻片的老化程度。如果在金属氧化物避雷器动作负载下发生劣化，将会使正常对地绝缘水平降低，泄漏电流增大，直至发展成为金属氧化物避雷击穿损坏。所以运行中检测金属氧化物避雷的工作情况，正确判断其质量状况是非常必要的。

二、现场检测实例：

该厂一台主变出口金属氧化物避雷器为西安西电高压电瓷有限公司产品。

铭牌如下：

型号：Y10W5—200/496额定电压： 200KV持续运行电压：156KV

直流参考电压：304KV 阻性电流：0.25mA陡波冲击残压：582KV

雷电冲击残压：496KV 操作冲击残压：442KV

避雷器投产后，积极开展带电检测，测量运行电压下的阻性电流，全电流。测量数据一直稳定，使用仪器为MD-810A型氧化锌避雷器带电测试仪，正常时期某组数据如下：

但在下一周期测量（一个月后）时，数据规律产生变化：

受环境、湿度等影响，A、C相全电流有所增加，阻性电流减小；而B相数据变化较大，全电流增加较大，阻性电流变为增长，且数值由原来三相最小上升到最大。横向比较、纵向比较、趋势变化都应视为异常数据。加强监视，增加测量次数。连续监视两个月，测量数据仍如此。虽然符合规程要求，但怀疑B相存在隐患。利用小修机会停电退出运行，避雷器为两节组合，停电测量绝缘数值上节100000+ MΩ，下节150 MΩ不符合规程要求最低2500 MΩ，测量直流1mA电压和0.75U1mA泄露电流为152μA（规程为50μA），B相避雷器已存在严重隐患，更换备件避雷器。决定将该相避雷器返厂进行解体。到厂家后下节产品只能加压到2KV左右。解体分析：打开下盖板，盖板里面有零星绣点，但密封面未出现进水可能，绝缘桶壁有水珠，弹簧上的导电带已绣断，去掉隔弧筒，上两旁阀片有明显积水。接下来拆下上端盖，从里面很明显看见防爆膜上面有陈旧性破损，再看抽气孔，未发现进水痕迹，上密封面亦未见进水痕迹，故避雷器进水原因系防爆膜破裂。这是一起通过带电检测发现数据异常，发现重大缺陷的技术应用。

三、金属氧化物避雷器泄漏电流测量：

在交流电压下，金属氧化物避雷器的泄漏电流包含阻性电流（有功分量）和容性电流（无功分量）。在正常运行情况下，流过避雷器的主要为容性电流，阻性电流只占很小一部分，约为10%-20%。但当阀片老化时，避雷器内部绝缘件受潮及表面严重污秽时，容性电流变化不多，而阻性电流大大增加。测试表明，在运行电压下测量全电流、阻性电流可以在一定程度上反映氧化锌避雷器运行的状态。全电流的变化可以反映氧化锌避雷器的严重受潮、内部元件接触不良、阀片严重老化，而阻性电流的变化対阀片初期老化的反应较灵敏。

氧化锌避雷器受潮主要是密封不良引起的。氧化锌避雷器受潮会大大增加本身的电导性能，阻性电流明显增大，由于多数氧化锌避雷器没有串联间隙，所以，其阀片将长期承受工作电压的作用。串联结构的氧化锌避雷器，当轻度受潮时，通常因氧化锌阀片电容较大而只导致受潮元件本身阻性电流增加并发热，当受潮严重时，阻性电流可能接近或超过容性电流，在受潮元件温升增加的同时，非受潮元件的功率损耗和发热开始明显，甚至超过受潮元件的相应值。

（一）测量全泄漏电流。氧化锌电阻片长期承受运行电压，流过各个串联电阻片泄漏电流的总电流。

（二）测量阻性电流。

传统的金属氧化物避雷器阻性电流测量按其工作原理分为两种：容性电流补偿法和谐波分析法。

容性电流补偿法：要有效的监视电阻片地老化情况就要监视泄漏电流中的有功分量—阻性电流的变化。可利用外加容性电流将流过电阻片的泄漏电流的无功分量—容性电流平衡掉，而保留阻性电流。补偿法最大的优点是测量结果基本不受电源高次谐波的影响，精度较高。

谐波分析法：因为阻性电流的谐波量都是总电流的谐波量。因此通过测量避雷器总电流中的谐波量（主要是三次谐波的峰值），然后根据它与阻性电流峰值的函数关系间接的得到阻性电流峰值。

现在新型仪器测量金属氧化物避雷器的全电流、阻性电流峰值及有功损耗等，集中了谐波法和补偿法的优点，在一定程度上克服了补偿法和谐波法的固有缺点。

四、带电检测判断标准及注意事项：

1）带电检测判断标准：

金属氧化物避雷器检测周期：新投运110Kv及以上三个月后带电测量一次，以后每个雷雨季节前、后测量一次。检测标准：测量运行电压下的全电流、阻性电流或功率损耗，测量值与初始值比较。不应有明显变化，当阻性电流增加一倍时，必须停电检查。当阻性电流增加到初始值的150％时，应适当缩短监测周期。一般判断标准如下：

1、厂家标准：由于每个厂家的阀片配方和装配工艺不同，所以金属氧化物避雷器的泄漏电流和阻性电流标准也不一样，测试时可以根据厂家提供的标准来进行测试。若全电流或阻性电流基波值超标，则可初步判定金属氧化物避雷器存在质量问题，然后需停电做直流试验，根据直流测试数据作出最终判断。

2、横向比较：同一厂家、同一批次的产品，金属氧化物避雷器各参数应大致相同，如果全电流或者阻性电流差别较大，即使参数不超标，金属氧化物避雷器也可能有异常。

3、纵向比较：对同一产品，在同样的环境条件下，不同时间测得的数据可以作纵向比较，发现全电流或阻性电流有明显增大趋势时，应缩短检测周期或停电作直流试验，以确保安全。

2）带电检测注意事项：

实测证明，谐波电压是从幅值和相位两个方面来影响金属氧化物避雷器阻性电流的测量值，而阻性电流基波峰值则基本不受谐波成份影响，因此现场测试判定金属氧化物避雷器的质量状况时应以阻性电流基波峰值为准。

系统电压变化对金属氧化物避雷器的泄漏电流值影响很大。因此在对金属氧化物避雷器泄漏电流进行横向或纵向比较，每次测量时，工作负责人都要详细记录母线电压。力争每次母线电压平稳时测量。

避雷器瓷套表面污秽将引起避雷器阻性电流和全电流及有功损耗普遍增大；环境温度和湿度对测量结果也有较大影响。

实测中常发生三相呈直线排列的同类型避雷器，其阻性电流和全电流有明显差异，一般情况下A项偏大，B相居中，C相偏小，这应为三相避雷器相间干扰、电容耦合所致，使得两边相避雷器底部的总电流相位发生变化，在实测中，应考虑这一因素的影响。

五、结论与建议：

金属氧化物避雷器是电力系统运行中的重要设备，对保护主设备安全以及电网的稳定有着及其重要的作用，试验实践表明：带电检测方法的推广应用，为正确掌握设备的健康状态提供了科学依据，为实施预知性检修创造了条件，为提高供电的可靠性和经济效益奠定了牢固的基础。应完全按照检测周期执行运行电压下的泄漏电流测量，与厂家标准比较，与前几次测得的数据作纵向比较，三相之间作横向比较。综合考虑电压升高、温度升高、湿度增大，污秽严重等各种因素，正确判断氧化物避雷器质量状况。在带电检测时，对发现异常的避雷器，排除各种因素后，仍存在问题，应停电做直流试验，测量直流1mA电压U1mA及0.75U1mA下的泄漏电流，综合判断。确认存在质量问题，应及时更换备件或联系制造厂处理。

参考文献：

《火力发电职业技能培训》编委会：电气试验

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关键词：避雷器放电计数器避雷器监测器

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（b）-0032-02

根据设计目的要求，所研发设计的便携式避雷器监测器综合校验装置需要实现的两大功能模块：组合波（1.2/50 μs的电压波，8/20μs的电流波）发生电路和工频电流（0.1～10 mA）产生电路。组合波发生电路采用已有的便携式测试仪电路实现，以产生大于100 V的冲击电压信号，达到避雷器计数器国家标准（JB 2440-91）中的下限动作电压。工频电流装置采用单片机加D/A芯片、软件硬件结合的方式产生。通过程序设计，控制单片机产生合理的信号，经过D/A转换，达到产生正弦波的目的。

1 概述

避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路及变电所进线段保护。阀型避雷器与氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护，在500 kV及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制内过电压或作为内过电压的后备保护。

避雷器放电计数器和避雷器监测器起着监测避雷器泄漏电流和用作雷击次数统计的作用。串接在避雷器接地回路中，监测器中的毫安表用于监测运行电压下通过避雷器的漏电流有效值，可以判断避雷器内部是否受潮，元件是否异常等情况，从而提早有效地发现避雷器内部缺陷，避免运行中事故的发生。动作计数器则是记录避雷器在过电压下动作的次数，若避雷器在过电压下频繁动作，如果处理不及时还容易造成避雷器爆炸的危险情况。

在正常运行电压下，流过计数器的漏电流非常小，计数器不动作。当避雷器通过雷电波、操作波和工频过电压时，强大的工作电流从计数器的非线性电阻通过，经过直流变换，对电磁线圈放电而使计数器吸动一次，来实现测量避雷器动作次数的装置，这是常用避雷器监测器的工作原理。在结构上大多采用电阻片取压、电磁线圈动作、计数器显示、透明玻璃罩、密封橡皮垫、底版及法兰等进行卡装密封，高压出线端从底板中心引出。

避雷器监测器在线运行时间长，容易造成计数器计数不灵敏，泄漏电流测量不准确等问题，对避雷器的正常监测工作造成不利影响。避雷器放电计数器是串在避雷器接地回路中用于监测避雷器动作次数和泄漏电流的设备，其主要故障是“动作计数器不动作”和“泄漏电流表指示不准确”。

以下几种情况可能е滤出问题。

（1）安装工艺不佳，在运输途中颠簸后，计数器卡死而无法动作。（2）密封圈老化，导致内部潮湿、进水，泄漏电流表读数误差增大。（3）长时间挂网运行后，表内的阀片老化。（4）避雷器表面的污秽电流流入表里后会导致泄漏电流增加，产生误判。

针对避雷器监测器容易出现的诸多问题，迫切需要一种方便可靠的现场综合校验装置，能实现现场对避雷器监测器进行雷电计数器动作校验和泄漏电流校准的工作，以确保监测器功能稳定可靠，进而保证变电站避雷器的正常运行工作。

2 冲击电压发生装置的设计原理

根据GB/T 17626.5-1999电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验的规定，能产生开路电压波形、短路电流波形的信号发生器被称为组合波浪涌信号发生器（CWG）或组合波信号发生器。

为产生测试校验所需要的组合波信号，研制的组合波发生电路基本原理如图1所示，该组合波电路主要包括直流高电压电源、组合波发生回路、测量部分和单片机接口等部分。高频升压电源经充电电阻R1向高压储能电容C充电，控制电路通过电容C两端的电阻分压器实时监测电容两端的电压值，当充电达到预定值时，控制电路停止对电容充电，随后触发高压放电开关闭合，经过组合波发生回路输出最大幅值为300 V的1.2/50 μs冲击电压波和最大幅值为150 A的8/20 μs的冲击电流波，波形参数满足国标GB 18802.1-2002的要求。通过电容式分压器测量试品两端的冲击电压值，将高幅值电压按线性分压到单片机可以承受的电压范围。通过罗戈夫斯基线圈测量流过试品的冲击电流信号，将电流信号转换为单片机容易处理的电压信号。分压器和罗氏线圈的输出冲击电压信号先经过高精度峰值保持电路，然后通过AD模块进行测量和数据采集，将对应的数字信号提供给控制电路进行进一步的控制和显示。整个仪器采用8051单片机作为智能控制单元，采用C语言编程实现智能控制、数据采集、存储和显示等功能。

3 工频电流发生装置的原理

稳定工频电流产生电路原理是利用已有的变频模块（输入50 Hz工频信号，输出可以得到高达100 V的工频电压）产生一个幅值可调的工频电压，加在避雷器监测器两端，通过控制单片机输出50Hz工频小信号的幅值，来达到控制变频模块输出电压，进而控制测试回路的电流的目的。为了在测试回路中得到稳定的电流值（从0.1～10 mA多档位的电流值）的目的，需要在测试回路中加入电流负反馈环节，反馈信号与单片机所加信号进行比较，达到闭环控制单片机输出正弦波幅值的效果，进而最终稳定测试回路电流值的目的。

4 预计效益

研究设计便携式避雷器计数器综合校验装置，能产生最大幅值为6 kV的1.2/50 μs冲击电压波（负载侧开路时）、最大幅值为3 kA的8/20 μs的冲击电流波（负载侧短路时）的组合波，实现对避雷器计数器的动作次数校验。该装置能产生开口电压不低于100 V的0.1～10 mA的标准工频电流，以校验避雷器计数器的电流指示准确度。

方便对避雷器的监测和试验，便于日常电网设备的运行和维护，确保避雷器的可靠性，提高避雷器对各类过电压的保护性能，大大降低各类过电压对电网设备安全稳定运行的影响。可以减少停电和设备因过电压而损坏，具有较好的经济效益和社会效益。

参考文献

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【关键词】避雷器；异常分析；对策

0 引言

2015年6月-10月，某供电公司通过在线监测装置发现220kV变电站#1主变110kV侧、各110kV线路共5组避雷器（型号： YH10W-100/248W1）的泄露电流、阻性电流有上升趋势，且部分阻性电流已超过预警值；现场带电检测各组避雷器阻性电流均存在增长，最大值330μA（标准参考值约200μA）。

1 避雷器各项试验结果

3台110kV厚锦Ⅱ路121线路避雷器（编号依次为655250、655265、655259）2014年07月投入运行，在解体之前在试验室对其进行整体性能试验（直流UI1mA试验、工频交流参数试验），数据如表1所示。

对数据进行综合比较分析，三台避雷器试验数据：局放、全电流合格，直流U1mA参考电压不合格（要求值：大于145kV），0.75U1mA泄漏电流超标3-4倍（标准值：小于50μA），工频运行电压下阻性电流不合格（标准参考值：小于220μA），其中编号为655259的避雷器数据泄漏电流最大，按计划对该避雷器进行解体分析。

2 解体情况

2.1 上部解体

将避雷器转移至装配车间，依次拆卸端盖位置（避雷器上端）的密封堵头，密封圈，密封球，观察发现装配到位，密封圈和密封球没有变形、弹性好，内部没有锈蚀痕迹。

2.2 下部解体

拆卸避雷器法兰（避雷器下部）处的开端紧定螺钉，密封球，观察装配及密封件情况，未发现明显异常。

2.3 内部解体

将避雷器下法兰卸下，利用机器取出芯组，目测观察了环氧筒内壁无明显裂纹，芯组外白色粉末为内部灌封硅凝胶，用手接触略带潮湿感，如图1所示。

2.3.1 解体后试验

对芯组、外套的电性能（直流及交流参数）进行测试，数据如表2所示。

通过以上数据，可以看出避雷器芯组电性能异常，复合外套电性能正常。

避雷器芯组电性能异常，将芯组放在烘箱内120℃烘4小时，结束后随烘箱温度冷却到室温，测试芯组电性能，从以上数据看，芯组直流1mA电压有上升趋势，漏电流有明显下降迹象。继续在烘箱处理12小时，待烘箱冷却至室温后再次对芯组测试，发现芯组直流U1mA和泄露电流已达到标准值，如表3所示。

芯组烘干4小时后的测试数据有明显改善，说明原芯组受潮，水分随高温蒸发。芯组继续烘干12小时，测试数据恢复至正常值，说明芯组内水分随高温完全蒸发，可确认泄露电流偏大原因为受潮。

3 异常原因分析

按照解体试验分析情况，对避雷器出厂装配记录进行查阅追踪，得出结论：避雷器所灌封胶为双组分，生产该批避雷器进行灌胶时，未进行抽真空处理或处理不到位，导致灌胶后出厂试验时数据正常，但运行一段时间后，硅凝胶内部的空气（含水份）逐渐排出，吸附在芯组表面，造成芯组受潮，避雷器直流1mA参考电压下降，泄漏电流增大，阻性电流超标。

4 预防对策

针对这一起避雷器异常运行，提出以下预防措施：

1）生产厂家应在避雷器生产灌胶工艺上严格把控，做好抽真空处理，避免灌胶过程中在避雷器内部滞留潮气，造成设备质量缺陷。

2）加强避雷器运维巡视跟踪监测，通过红外诊断、在线监测、带电测试等手段每周跟踪避雷器全电流、阻性电流数据变化趋势，及时掌握设备状态。

【参考文献】

[1]刘彦文，李磊.一起66kV避雷器故障解体分析[J].电子技术与软件工程，2015（23）.

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关键词：智能变电站；状态监测技术；集成方案

中图分类号：TM6 文献标识码：A

随着社会的不断发展，电力事业取得重大突破，智能电网成为一种普遍的电力服务系统，为人们的生活工作提供充足的电力保障平台。其中，构成智能电网的核心部分是智能变电站。状态监测技术是智能变电站技术体系中的核心，它在智能控制实际操作过程中，用于状态检修出现的故障问题和状态监测。

1状态监测技术的应用

1.1变压器状态监测

1.1.1变压器油中溶解气体在线监测技术。通常情况下，故障特征气体容易由于绝缘油在放电、过热、电弧等作用下产生，其气体含量、成分等对变压器内部故障产生直接影响。为此，采用状态监测技术对变压器的故障特征气体进行监测，可随时对变压油中溶解气体的增长率、含量、成分等进行全程监控，如果出现故障问题，直接由故障诊断专家系统进行变压器故障诊断。

1.1.2容性设备绝缘在线监测。容性设备绝缘监测是一项比较高端的在线监测设备。具有实时性、连续性、全方位监控的特点。它不仅能够及时发现已存在的故障，还能通过监测系统预测将要发生的故障，自动对同一设备进行纵向对比、同类设备横向对比、绝缘性质的发展方向等，让工作人员及早发现，对故障将出现或已出现的故障初期进行及时处理。

1.1.3变压器局部放电在线监测。化学法、超高频法、脉冲法以及声测法是构成在线监测变压器局部放电的四种检测方法。其中，目前局部检测方法中的超高频法是常采用的方法。其特点是具有较强的抗干扰能力，实时性好、较高的灵明度以及很好的故障定位能力。局部放电监测方法的原理是信号与传感器的有机结合。当变压器油中出现局部放电现象后，通过频谱激发出电磁波信号，再由传感器获取信息实现检测。

1.1.4变压器油中微水在线监测。变压器油中微水在线监测能够在线对呀汽油中水分增长率、含量进行自动分析，可以在较短的时间里检测变压器油含水量高低，发现故障原因。同时还具有连续性特点。

1.2断路器在线监测

断路器在线监测主要监测内容包括机械状态、温度、绝缘在线监测几方面。

1.2.1机械状态

断路器的机械部位零件比较多，且这些设备多为运转量较大的部位，最容易出现故障事件。因此对断路器的机械设备进行在线监测十分必要。当前，对断路器机械状态进行在线监测的内容主要包括以下几方面：操作线圈电流的监测；操作运行特性的监测；主操作杆上；断路器触头的磨损情况的监测；振动信号强度的监测。

1.2.2温度

可动接触与固定接触两部分构成导电连接。固定接触具有固定性，一般不能轻易改动，而可动接触具有较强的随意性，可不受固定地点的限制。但是两者常会因为多方面原因引起接触不良。当接触地由于触头损伤、机械振动等其他原因引起温度增高。当温度上升到一定程度后就会引起接触位置被氧化，随着电阻的增加温度越高。如果不及时发现，小则损害周围线路或材料，大则造成整个电器设备的破坏，严重时还会引起爆炸等灾害危及生命财产。因此，为了避免故障恶化或重大事故发生，应对导电连接的温度进行监测，设置过热报警设施，及时发现故障处理问题。

1.2.3绝缘在线监测技术

发现绝缘初期问题，极限故障参数、发展变化特征是绝缘在线监测技术主要监测的内容。同时还能通过对提取到的绝缘信息进行综合分析，提出维护设备正常运行的可行方案。其中，局部放电、介质损耗、泄露电流等是高压断路器的绝缘在线监测的主要内容。

1.3避雷器在线监测

近年来，氧化锌避雷器大范围投入到电网运行中，很多在运行过程中都能取得很好的成效，但是损坏甚至爆炸事件仍有发生。对人们的生命财产安全造成威胁。据有关部门统计，每年由于高压氧化锌避雷器引起的事故率，国产的为0.286相/百相，进口的为0.34相/百相。

采用避雷器在线监测，对防止事故发生有重要的作用。其不仅能监测避雷器的持续电流流量，还能监测到三相泄露电流矢量总量值。从而使避雷器的初期故障能够被检测出来，通过发送异常信息至电站的监控中心，使工作人员及时获取故障信息，采取方案防止隐患发生。

1.4在线监测系统现存问题

目前我国的在线监测系统主要表现监测系统种类多、单独成套不统一、设备接口不兼容、等级使用范围不明确，对设备状态的综合分析差，变电站在线监测设备不统一等，导致在线监测系统在运行方面存在不规则和差异性。

2智能变电站状态监测技术应用方案

在线监测系统应以标准化、组件化、就地化设计标准，对各项高压电器设备如高压电抗器、避雷器、断路器、主变等进行全方位监控、通过具体分析监测数据对故障进行监测定位，发出故障预警实现远程监测，确保高压电气设备事故的在控制范围内，防范事故的发生。是国家电网针对高压设备智能化和智能变电站的技术提出的相关要求。

2.1智能主变压器状态监测技术的应用

智能组件和变压器本体是智能主变压器的组成部分。其中，执行器和传感器装置在变压器本体内，智能通风系统、状态监测单元和智能单元共同构成智能组件。

2.1.1智能主变压器状态监测单元的功能

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1 氧化锌避雷器运行中的问题分析

我公司97年开始制造10KV配电型氧化锌避雷器,在配电网中被大量使用,其运行寿命最长达96个月,最短的仅有5个月。在运行中,因避雷器质量问题及运行维护不到位而使一些避雷器发生故障,共发生8起事故,其中侧闪为8例,阀片爆炸(破碎)1例。10KV线路通过避雷器发生接地。其中典型故障分析如下。

1.1 阀片侧闪故障

例1:某10KV线路发生接地故障。用户发现一个避雷器击穿。更换故障避雷器后,线路送电成功。对故障避雷器进行解体,发现其硅橡胶外套破裂,沿避雷器阀片侧面有明显电弧通道,未见阀片有破裂或破碎情况。因所有阀片(共5片)均未出现破碎现象,则说明阀片未劣化。若其劣化,并导致避雷器击穿,则故障应表现为阀片爆炸而不是侧闪。本例避雷器阀片与绝缘筒间存在气隙,而空腔的呼吸作用导致潮气入侵,潮气聚集于阀片侧面而使侧面绝缘强度下降,在过电压作用下,沿阀片侧面发生闪络后形成电弧通道。

例2:一起避雷器击穿故障,对击穿的避雷器解体,未发现其内部金属件锈蚀,未发现阀片内部及其喷铝面放电,仅在阀片侧面发现电弧通道。侧闪原因为:为消除避雷器阀片与外绝缘筒间的空腔,采用注胶来填充。注胶温度较高,约200℃,因绝缘釉与阀片的热膨胀系数相差较大,高温注胶可能导致绝缘釉中产生微裂纹,造成其绝缘强度下降,在过电压下发生闪络。

以上2例对阀片侧闪故障进行分析,结合其它故障安全,认为阀片发生侧闪的主要原因是密封不良导致湿气入侵、阀片侧面的绝缘釉受损或阀片与外侧绝缘间的界面不良等而导致侧面绝缘强度低。

1.2 阀片破碎故障

某10KV线路接地故障不能送电。用户发现1个避雷器爆裂,更换后,线路送电成功。

解体故障避雷器,发现其硅橡胶外套破裂,阀片中有2片裂开、3片破碎,但未见侧闪痕迹。

根据故障表象及阀片在不同电流下的破坏特性,分析阀片损坏原因:避雷器遭受到雷电过电压作用而使阀片中流过雷电流,雷电流是冲击电流波,故阀片中的电流密度很大。而冲击电流在阀片中不是均匀分布的,当局部阀片的雷电冲击电流密度超过其允许极限值,阀片就会遭破坏。因雷电流能量不大,一般不会造成阀片破碎、爆炸,只会发生阀片破裂。阀片破碎原因:避雷器由5片阀片组成,正常情况下5片阀片共同承担系统电压。当其中两片破裂劣化,则系统电压全加在其余3片上,从而加速其劣化,最终导致阀片在工频电压下破坏,因工频电源能量大,阀片破坏表现为破碎或爆炸。

根据现行避雷器国家标准,避雷器应能耐受2次65KA(或40KA)的雷电流冲击。而10KV系统中避雷器不可能流过超过65KA(40KA)的雷电流。这是因为避雷器中流过雷电流有两种途径,①沿线路来波,②雷电直击。65KA(或40KA)的雷电流远远超过10KV线路耐雷水平,故沿线路袭来的雷电波不可能超过65KA(或40KA);若是雷直击杆塔,雷电流可能超过65KA(或40KA),此值远远超过10KV杆塔反击耐雷水平,会使线路多相闪络,发生相间短路速断跳闸,而本例故障只是线路单相接地,并没速断跳闸,故雷电直击产生的雷电流不可能超过65KA(或40KA)。此故障原因是:避雷器阀片受雷电冲击能力较差,其中两片在雷电流作用下发生破裂,进而引发了其余阀片破碎及外套爆开等故障。

事故原因总结:

①氧化锌避雷器的密封问题

氧化锌避雷器密封老化问题,主要是生产厂采用的密封技术不完善,或采用的密封材料抗老化性能不稳定,在温差变化较大时或运行时间接近产品寿命后期,造成其密封不良而后使潮气浸入,造成内部绝缘损坏,加速了电阻片的劣化而引起击穿。

②电阻片抗老化性能差

在氧化锌避雷器运行在其产品寿命的后期,电阻片劣化造成泄漏电流上升,甚至造成与瓷套内部放电,放电严重时避雷器内部气体压力和温度急剧增高,而引起氧化锌避雷器本体爆炸,内部放电不太严重时可引起系统单相接地。

③外套污染

由于工作在室外的氧化锌避雷器,外套受到环境粉尘的污染,特别是设置在冶金厂区内变电所,由于粉尘中金属粉尘的比例较大,故给外套造成严重的污染而引起污闪或因污秽在外套表面的不均匀,而使沿外套表面电流也不均匀分布,势必导致电阻片中电流IMOA的不均匀分布(或沿电阻片的电压不均匀分布),使流过电阻片的电流较正常时大1―2个数量级,造成附加温升,使吸收过电压能力大为降低,也加速了电阻片的劣化。

④抗冲击能力差

氧化锌避雷器多在操作过电压或雷电条件下发生事故,其原因是因电阻片在制造工艺过程中,由于其各工艺质量控制点控制不严,而使电阻片的耐受方波冲击能力不强,在频繁吸收过电压能量过程中,加速了电阻片的劣化而损坏,失去了自身的技术性能。

2 技术措施

针对氧化锌避雷器几次事故分析的结论,要保证氧化锌避雷器在网上安全可靠运行,建议生产和使用单位应采取以下措施:

2.1 设计选型

在设计选型上,应首选有多年稳定运行实践的产品,在选择生产厂时,应选择有先进的工艺设备和完善的检测手段的生产厂,才能保证所选用的氧化锌避雷器具有高的抗老化、耐冲击性能,以使在产品的寿命周期内稳定运行。在订货技术条件书中对产品技术有特殊要求的应明确提出。例如对避雷器阀片与绝缘筒间采用无气隙结构,对绝缘釉耐热等级等。采购阀片时,要选择产品质量好、信誉好的厂家,对阀片大电流冲击耐受能力(反映阀片的能量耐受能力)要求为65KA。

2.2 加强监测

尽可能的做好避雷器预试工作,定期测量避雷器的直流1毫安参考电压(U1ma)和75%参考电压下(0.75U1ma)的泄漏电流,从而可有效地发现避雷器是否劣化、受潮,以便及早处理。增设氧化锌避雷器的在线监测仪,并加强对在线监测仪的巡检力度,特别是在雷雨后和易发生故障的部位增加巡次数。定期给氧化锌避雷器进行各项电气性能测试及在线监测仪的校验。

2.3 防污措施

采用必要的避雷器瓷套的防污措施,如定期清扫或涂以防污闪硅油,在氧化锌避雷器选型上选用防污瓷套型的氧化锌避雷器。

2.4技术管理

加强对氧化锌避雷器的技术管理工作,即对运行在网上的每一只氧化锌避雷器建立技术档案,对出厂报告、定期测试报告及在线监测仪的运行记录均要存入技术档案,直至该避雷器退出运行。

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【关键词】电力设备;在线监测技术

电力设备在线监测技术具有系统性，融合了电子、信息以及传感器方面的技术，对高压设备的运行状况进行不间断、实时的数据记录，同时，将所获取的数据进行及时的传送和处理，对数据进行一定时间和项目的横向和纵向比较，达到对设备的实际运营状况了如指掌。当前，电力呈现高电压、大容量的发展趋势，在此前提下，采取有效措施，保证电力设备的安全、稳定运行成为整个电力系统的关键。一旦发生事故，会对生产和生活产生不可估量的危害和损失。为此，对电力设备运行进行的在线监测十分重要，能够及时发现和反应电力设备出现的问题，采取行之有效的措施，降低停电事故发生的频率。

1.电力设备在线监测技术的应用状况

1.1 针对变压器油色谱实现的在线监测系统

在电网系统中，最主要的设备是变压器。变压器油色谱的在线监测系统主要监测其中气体的含量和增长情况，以便能够及时、准确地发现变压器的潜在问题和故障。这一在线监测技术是当前电力行业中比较成熟的技术类型，在实际运行中比较稳定、易于操作，对于数据的测量和记录比较准确，在电力行业中比较受欢迎，应用比较广泛。

1.2 应用于发电机的在线监测系统

发电机在线监测系统对于电力设备的正常运行有着极其重要的作用，根据发电机不同的类型，将其分五种类型，即发电机转子磁极线圈局部放电监测系统、发电机磁通量（磁极波）监测系统、定子线棒振动监测系统、发电机空气间隙监测系统以及发电机定子线圈局部放电（绝缘）监测系统。

1.3 针对氧化锌避雷器配置的在线监测系统

氧化锌避雷器的英文名为MOA，它是电力设备的重要元部件，性质为非线性极大，是一种氧化锌电阻片。行业内的相关数据显示，在设备处于运行的时候，氧化锌避雷器所产生的阻性电流量的变动和差异能够有效监测阀片的受损程度以及湿度，而且是一种特效的检测方式。也就是说，氧化锌避雷器的在线监测发生作用的原理是通过对避雷器全电流和阻性电流的数据监测，判断相关元件的实际工作状态或者受外界环境影响的程度。

1.4 对抗蓄电池配置的在线监测系统

蓄电池的在线监测系统的内容是电池本身的基本性能，在短时间测量电池的内阻及实际负荷能力，搜寻性能落后的个体，对电池进行放电性能的核对，准确发出警报，预防和降低事故发生的频率。

1.5 对容性设备配置的在线监测系统

容性设备主要应用于绝缘结构中，采用电容屏的装置，其数量占整个电力装备总数的40%。其监测职能主要通过对设备的电容量、过程中的介质耗损、电流情况等项目进行实时监测，能够对设备的绝缘状态进行及时反馈，将问题和不足消灭在早期阶段，减少事故的发生和蔓延。

2.对电力设备在线监测技术开发与应用的状况的实际探讨

2.1 根据在线监测系统在电力行业的应用情况分析，对电力设备和电力元件的实时监测可以及时发现电力设备在绝缘方面存在的不足和缺陷，对于保障设备的安全运行起着决定性的作用。当前，随着科技的不断发展和进步，各种不同电力设备在线监测技术方面取得了极大的进步，尤其是对电容和避雷器泄露电流的检测，更是取得了一定的成绩，研发了便携式、分散型和集中型等新型装置。同时，也有效防止了设备的受潮危害，一旦出现异常，会及时采取措施进行预警和处理，防止停电事故的发生，实现整个电力系统的安全运行，保证电力企业经济收益和社会效益。与此同时，还对各种不同的监测系统制定了不同的技术参数和标准，以求更好地发挥实时监测功能。

2.2 在线监测技术的开发和应用，增强了电力设备维护能力，维修水平得以提高，相关维护人员的劳动强度被降低。根据监测技术获取准确的检测结果，确定一定范围内的停电时间范围和周期，推动整个维护工作由预防性的实验阶段向实际检修阶段发展。另外，在线监测与电子信息处理技术的融合使其更具科学性和实用性，加快了电力设备监督管理工作的革新。

2.3 在线监测技术的开发和应用语使得整个电力系统运行管理的智能化水平得以提高，及时对设备问题进行反馈，缩短设备故障的评定和处理时间，工作效率得以提升，降低了由于停电造成的经济损失，加快了无人值班变电站的建设与发展。

3.如何实现在线监测技术的进一步发展

3.1 不断加强对在线监测工作的管理和协调，实现在线监测技术的健康发展和运用。当前，在线监测工作发展的十分迅速，运用范围也很广阔，为此，对其进行的质量监督工作势在必行。要对监测技术的性能和功能进行考察，做好现场安装和检验工作，制定详细的规范和制度加以约束，重视技术的验收以及后期维护管理。因此，相关部门要做好协调工作，为在线监测提供一个综合性的评估系统，主要针对装置的安全性、稳定性、技术性和可靠性以及售后服务。

3.2 对现有的监测技术进行完善和提高。在当前的监测系统中，主要的质量问题是测量结果不稳定，对外界干扰因素的抵抗能力差，需要下大力度，逐一解决。虽然针对介损测量和阻性电流测量的技术相对比较成熟，但是传感元件自身的性能仍存在不足，主要是线形问题和信号采集和传递的抗干扰能力，需要进步一提高稳定性和可靠性。另外，还要提升工艺水平，保证各部件的可靠性。

3.3 重视在线监测技术的开发，以科研作为基础，发挥不同科研单位、高校的科技力量，对技术难点进行攻关，拓展监测功能，鼓励创新。对一些关键性设备问题进行集中解决。不断开发电力变压器综合监测系统，对各种故障特性进行集中反应，提高分析和判断能力，解决局部放电监测中的抗干扰问题。吸收和引进先进技术成果，推动对数据的技术革新，降低停电事故发生频率，减少维修量，达到对状态的准确监测。

3.4 不断增强在线监测系统的智能化标准。对于在线监测技术，主要包含三个要素：对信息的收集、对数据的分析、处理的决策。后面两个要素相对比较薄弱，需要开发各种可供分析和判断的软件，不断建立诊断系统，对信息进行调查和分析，得出精华，形成标准系统，作为故障评判的依据。同时，要不断提高信息的可靠性，提高监测的智能化水平，达到监测联网，实现电力系统管理的综合自动化。

4.结束语

随着电力系统的不断发展，为了保证设备的安全、高效运行，降低事故发生率，必须加强对电力设备的在线监测，及时反馈设备运行状况，有针对性地采取应措施，排除隐患，为企业经济效益和社会效益的获得提供保障。

参考文献

[1]郭碧红，杨晓洪.我国电力设备在线监测技术的开发应用状况分析[J].电网技术，1999，23（8）：65-68.

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【关键词】智能变电站一次设备在线监测

在我国智能变电站的建设中，将变压器和开关等一次设备在线监测以及故障分析作为变电站建设的重要技术研究，对于各种在线监测系统的配置进行技术和结构分析。在研究中，将重点放在变压器、断路器和避雷器等在线监测上，促进智能电网建设的全面升级。

1 在线监测和智能诊断技术分析

电力工业的不断发展促进智能电网的出现，随着智能电网的逐步普及，智能变电站的应用也相应拓展，而且已经成为新建变电站的主要形式。智能变电站拥有先进的技术导则和智能设备，也具有可靠、集成、低碳、环保的特点。智能变电站的基本要求将全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为标准，实现各种准确信息的共享利用，通过先进技术的提升作用，电网的设置逐步智能和优化，可自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，甚至实现与相邻变电站、电网调度等的互动，所以这些已经对变电站的一次设备状态在线监测提出更高要求。

一次设备的在线监测功能在物理、化学和电气等领域的特性较为明显，通过采集、分析各种获取的信息，对设备的实用性和周期进行预测，可以及早判处故障，进行预防性处理，为设备的后期检修提供充足的依据。在变电站的智能建设方面，其设备和技术必须达到智能化要求，对获取的信息进行就地处理，检查设备的自身安全状况。智能变电站的一次设备在线监测和诊断技术主要通过传感器的实时监控来实现，对采集的相关信息进行分析和评估，促进变电站智能化的健康发展。目前，符合我国智能电网建设需求的智能变电站的在线监测和诊断系统改进如下图1。

2 变电站系统功能结构和工作过程

在国家电网的智能化变电站的设计规范中，其监测系统已达到IEC61850的标准，并且利用先进的通信技术建立变电站统一的数据服务平台。各种监测系统的智能终端都是按照这一标准设置的，可以实现全站设备的检测数据顺利地传输和汇总，从而进行及时的诊断分析。智能变电站一次设备在线监测的多功能结构图如下图2。

智能变电站的在线监测系统是一种分层分布式的结构，分为过程层、间隔层、站控层。过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端，在过程层配备了现场采集单元和传感器，并且已由一次设备的生产厂家在生产过程中安置于设备中，而现场采集单元则需要按照不同的监测功能进行相应的配置，从而完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。例如，变压器的油中分为溶解气体状态和微水状态的监测单元，局部放电状态单元和避雷器状态监测单元等等。各种现场监测采集单元都会按照各类规定接入相应的监测系统子站。

在变电站的工作过程中，通过传感器采集电力功能的相关元件的状态信息，再利用点对点的传输形式传送到现场采集单元。一般而言，在变电站的监测现场，已经安装好了现场采集单元，将各种状态参数上传至监测中心。监测中心对各个监测单元进行管理，通过采集的监测数据进行分析，从而对各种电力功能元件进行诊断，将各种数据进行融合建立一定的数据库，作为检修的数据管理依据。同时，保持和监控后台的联系，如若出现各种故障，可以进行及时预警。

在全局的状态信息数据库，一次设备的状态信号，可以进行故障诊断和检修。不仅可以充分利用综合数据的信息数据，而且很多数据可以提供变电站自动化系统使用，可以随时监控设备的状态信息，还可以提供开关和保护动作等，为变电站的设备状态预警提供支撑（如图2）。

3 一次设备在线监测装置选取原则

在线监测装置的选取要遵循一定的原则，必须考虑现场的具体情况。首先，对于设备的使用寿命分析，在线监测装置的使用寿命必须比被监测设备的使用寿命要长，其可靠性也要大于被监测设备。其次，对于设备的监测量也要进行着重考虑，在线监测装置的监测量要进行慎重选择，最好选择高于电力设备故障率发生最高的状态量并兼顾好数据同步性。在这个方面，可以采用避雷器来监测其泄漏电流，效果也很好。紧接着，对于一次设备的重要负荷间的间隔也是监测的重点。如果要全面监测高压或是超高压的监测设点，最少需要上百个监测点，这样的设置成本过于高，不符合实际的变电站的设备要求。因而，在此环节，可以考虑对少数盆式绝缘子加强监测，因为其易导致绝缘故障。所以，具体问题进行具体分析，重点监测少数点就可以了。最后一个原则就是，在考虑成本方面，需要适当选取测量精度，选取的精度过高也会导致相应的成本增加。举例来说，对于母线的温度监测，选择的监测精度可以低于0.5。

4 智能变电站在线监测系统实际设计方案

由系统的功能结构可知，对智能变电站的变压器、断路器以及避雷器等一次设备的状态信息的在线监测尤为关键，对于其设备的故障分析，可以得出其故障的原因和发展趋势，进而为预防和排除故障提供有效的建议。

4.1 变压器在线监测

变压器的智能组件主要包括油气相色谱在线监测、油中溶解气体及微水监测、局部放电监测、本体及套管介损、压力释放、变压器温度在线监测，接头温度的红外监测等等。其中，可对变压器中的油中溶解气体及微水监测进行具体分析。其监测系统主要是采用的油色谱在线监测，发挥着数据诊断、分析以及储存的功能，而且采用通用的IEC61850标准协议和站内主智能电子装置IED进行通信联系。在色谱的分析原理中，一般采用负压动态顶空脱气技术、高精度和高稳定性的湿度传感器，再根据所监测的体积分数来分析和判断变压器的运行状况。在变压器的主IED中，可以进行变压器的过载能力估算，通过分析环境温度、负荷以及绕组温度等，建立变压器负荷动态智能监测系统。

4.2 断路器在线监测

断路器的智能组件主要是SF6微水和密度监测、断路器动作特性在线监测。断路器的动作特性监测主要包括分合闸线圈电流波、时间以及综合电流互感器二次传感器采集的电流波形、数据。断路器在线监测终端将采集的数据进行综合分析，可以实现对动作时间和速度的监测、储能电机工作工况监测、开断故障电流和负荷电流监测。例如，断路器的分合线圈是控制断路器动作的关键元件，可以通过其监测多种分合闸电流波形和动作时间。

4.3 避雷器在线监测

避雷器在线监测由智能监测装置执行，采用DL/T 860《变电站通信网络和系统》标准，其包括监测装置、数据采集单元、数据处理及数据传输单元组成，可集成为一体，亦可按功能分立组成。由一台或多台智能监测装置与上位机（或经IED与上位机）可构成避雷器智能监测系统，其具有测量数字化、状态可视化、功能一体化和信息互动化等特征。

一般用于监测10kV及以上的变电站内一次设备末端泄漏电流和阻性电流的工作状况，通过分析计算可以得出设备运行时的等值电容、变化率以及介质耗损，可以有效抑制电网的谐波干扰，反映真实的设备工况。

5 结语

由全文的分析可知，智能变电站是智能电网的核心部分，涵盖10～1000kV电压等级，它将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化，提升了变压器、断路器、隔离开关和避雷器等一次设备的制造工艺要求，对电力设备智能化监测技术的进步，有很大的促进作用和深远影响。我国的智能电网的建设已由试点运行转向全国推行使用，其可靠、集成、低碳、环保的特性具有很好的社会效益，可以实行一系列智能化的经济收益，提高用电的可靠性和安全性。在信息技术潮流推动下，我国的智能电网建设有了很好的发展保障，我国的智能变电站处于快速发展时期，需要从不断的实践中加强对一次设备的运行监测，促进整个电网的安全健康运行。

参考文献：

[1]董烨，李永斌，张勋.智能变电站一次设备在线监测系统建设方案[J].科技信息，2011（22）.

[2]周海，雷先伟.数字化变电站一次设备在线监测技术[J].贵州电力技术，2010（1）.

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关键字： MOA；失效模式；内因分析；外因分析

中图分类号：TM206 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

1 内因分析

MOA失效的内因分析就是研究压敏电阻的微观失效原理。ZnO压敏电阻的非线性保持能力与晶粒的大小和晶界结构的均匀性有关，非线性源于晶界效应。当突破了失效的多个局部临近点，才会有可能导致热崩溃的阻值退化，以及局部热穿孔、电穿孔乃至炸裂失效，这说明了平均功率和热阻是影响电阻特性和寿命的两个重要指标。由公式可知，阀片的非线性系数比较小时，串并联中的各级阀片发热分布是不平衡的。

（1）

式（1）中，和表示流过电流为时换算得到的单阀片两端电压。从公式中可以看出，当其非线性系数降低到一定值时，电压分布的微小差异将导致电流的分布差异很大，由此说明：某单一阀片的失效将会使得其它各阀片的发热极为不平衡。

在电网中，MOA工作时经常会受到不同程度的冲击，如果冲击强度比较小时，泄漏区域段的伏安特性会出现“极化”现象，此阶段是可逆的。低电压情况下电阻的泄漏区域无大的改变，一定条件下可以恢复。

如果冲击强度过大，可能导致MOV的晶界层势垒发生不可逆转的变化，一些较为薄弱的势垒将被破坏，再次遭遇强电流冲击时，MOV的保护特性将发生变化，如果更加严重，就处于失效状态了。在技术规范《交流无间隙金属氧化物避雷器》（GB11032-2010）中，规定了压敏电压下降10%的电压值（这里表示为）作为判断MOA失效的临界电压值[1]。

除了强电流的冲击作用，系统正常工作电压对MOA长期的累积效应，也会造成压敏电阻的伏安特性发生一定程度的劣化，相对工频电压而言，避雷器的泄漏电流中既含有阻性分量，也含有容性分量。与容性分量相比，虽然泄漏电流中阻性分量要小很多，然而随着MOA使用年限的不断增加，功率损耗可能逐渐增大，也使得压敏电阻产生老化甚至劣化现象。

另一方面，连续冲击电流产生功率损耗，功率损耗的累计增加引起避雷器内部温升，会进一步加速压敏电阻的老化。在过去，评定压敏电阻性能，往往看重通流指标，忽略或不够重视平均功率和热阻这两个参数，最终往往导致避雷器使用不当，压敏电阻的失效概率增大。

2 外因分析

MOA的状态主要是与外部参数的配合关系决定的，若其非线性电阻特征曲线稳定，即小时域内，避雷器的工作状态由电网参数决定；若其特征曲线从大时域来看发生变化，则是受电网长期过电压以及外部环境所致。下面对外部影响参数分别加以分析。

（1）瓷套污秽

MOA在较大污秽情况下运行可能发生三种情况：即外部闪络现象，内部的局部放电，以及内部电阻片的温度升高。其中，放电效应是由避雷器内外径向电场改变或分布不均匀引起的，而ZnO阀片的温升则是由MOA外表面上的污秽层引起的非线性的暂态电压分布所导致的。阀片电流密度J随时间的变化特征与电场强度的变化密切相关[2]，当遭遇到较大的脉冲电压后，其响应为：

（2）

由此可以说明，阀片周围的电场强度会影响阀片的电流密度，进而改变阀片电阻的非线性特性，而瓷套的污秽可以改变阀片周围的电场强度大小以及分布的不均匀性。

（2）受潮

经过试验表明，MOA内部受潮直接造成阀片外表壁电流增大，功耗增加，散热增大，导致电阻片更易被热击穿或热穿孔，加速了MOA老化过程，同时由于避雷器瓷套内部温度骤增，可能使得内部压强过大而发生爆炸。此外，瓷套外壁的过度潮湿将对瓷套内间隙的电容分布造成影响，从而造成避雷器的动作特性降低，稳定性变差，保护动作频度增加，更易受到暂态过电压危害，进一步加速避雷器老化乃至失效[3]。

（3）强电流冲击

强电流冲击对避雷器的影响较大，因此雷击次数也是避雷器在线监测的一个重要指标。

（4）电网参数

暂态过电压和各次谐波对无间隙MOA影响较大。无间隙MOA的拐点电压（这里近似将参考电压作为拐点电压）偏低，仅为2.21～2.56倍的最大相电压，而暂态过电压可达2.5～3.5倍 [4]。

（5）机械振动

自然灾害（如台风、地震等）也有可能造成避雷器的安装损坏，从而影响避雷器的运行。

3 结论

通过MOA内因分析，只有突破了失效的多个局部临近点，才会有可能导致热崩溃的阻值退化，以及局部热穿孔、电穿孔乃至炸裂失效，这说明了平均功率和热阻是影响电阻特性和寿命的两个重要指标。通过外因分析，各项条件的改变，会改变MOA运行情况下的工作特征，尤其是电容电感特性，电位分布不均匀性，系统性和特性表征的外因主导性，从而使MOA逐步失效。

参考文献：

[1] GrandkeT.Interprolation algorithms for diserete four iertransforms of weighted signals.IEEETransonIM，2003，32：350-355.

[2] 杨晓东.氧化锌避雷器监测方法分析.新疆电力技术，2008，（2）：26-29.

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