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1、氧化锌避雷器(MOA)的在线监测西安交通大学电气学院汲胜昌2004.12本讲内容提要在线监测MOA的意义MOA避雷器的基本结构、等值电路及工作机理目前在线监测MOA的方法，包括原理、接线及各自的优缺点。在线监测MOA的意义随着氧化锌避雷器在电力系统广泛地应用，大大地提高了电力系统的安全性。产生了巨大的经济效益。经过现场的运行表明：由于目前采用的氧化锌避雷器大多不带有任何间隙,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及内部受潮等因素的作用，会引起避雷器阀片老化、阻性泄漏电流增加和功耗加剧,导致避雷器阀片温度升高直至发生热崩溃,从
2、而引发电力系统事故。因此，对氧化锌避雷器的阻性泄漏电流进行长期的在线监测是保证其安全运行的重要手段。中轴线均压环（与高压端相连）金属塔地面法兰节单元：由内向外依次为绝缘杆、ZnO阀片、SF6气体、瓷套MOA避雷器总体结构图高压端MOA避雷器实物图MOA阀片的基本结构MOA阀片的主要成分是ZnO，还掺有Bi2O3、Co2O3、MnO2、Sb2O3等其它金属氧化物。这种阀片具有极好的非线性保护特性。由于其晶界层的相对介电常数可达500～2000，使阀片具有相当大的电容量，在运行中流过阀片的电流主要是电容电流。MOA阀片的微观结构1-ZnO晶粒2-晶界层3-尖晶石晶粒Zn
3、o电阻片的等值电路Zno阀片的等值电路Rc—Zno晶粒本体的电阻C—晶界层的固有电容R—晶界层的电阻1）在正常运行电压下,ZnO阀片工作在其线性区a1时,一般只有数十μA的微小电流通过电阻R(常称为阻性电流分量),而通过阀片电容C的电流Ic则在几百μA以上,可见在正常情况下阻性电流分量只占全电流的5%～20%。当MOA存在缺陷时,其阻性分量往往成倍增大,容性分量却增加不大,所以对MOA阻性电流分量的监测十分重要。2）外加电压增加到一定数值后，U－I特性从a1区进入a2区。国内取1mA为准，认为在这时阀片开始由绝缘体变为导体。电流对电压的影响非常敏感，电压稍有增加，电
4、流急剧增加。MOA避雷器工作机理MOA避雷器ZnO阀片的伏安特性曲线3）在高场强区域a3，其特性相当于一个低阻值的线性电阻。雷电或操作过电压产生的能量大部分被MOA避雷器吸收释放，起到对电力设备保护的作用。当过电压结束后，MOA避雷器又会工作在正常运行电压下，保持高阻状态，流过很小的泄漏电流。MOA避雷器工作机理（续）MOA避雷器ZnO阀片的伏安特性曲线目前氧化锌避雷器的监测方法总泄漏电流法零序电流法（阻性电流三次谐波法）常规补偿法基波法氧化锌避雷器的总泄漏电流值的大小不能完全反映氧化锌避雷器的绝缘状况，而其阻性泄漏电流峰值的大小是表征绝缘特性优劣的重要指标。监测总
5、泄漏电流Ix由于MOA的泄漏电流的容性分量基本不变,因此可以简单地认为其总电流Ix的增加能在一定程度上反映其阻性分量电流的增长情况,测量总泄漏电流可以在避雷器放电记录器两端并联微安表(见图),流过微安表的电流约为避雷器的总泄漏电流。监测总泄漏电流的优缺点质量好的MOA，早期的事故较少，要有问题往往是受潮等引起的，这时以在线监测通过MOA的全电流的方法最为简便。一般认为当全电流比过去增加1～2倍时，MOA已达到危险的边缘。但全电流法对于发现MOA的早期老化很不灵敏。因为早期老化反映在阻性电流的显著增大，而由于阻性电流在全电流中只占很小的比例，因此测量全电流时变化并不会
6、很明显。监测阻性电流三次谐波分量的零序电流法零序电流法接线图三相MOA，通常都是相同型号且同批生产的。各项性能应当基本一致。 如果三相电压平衡、不含谐波分量，且三相MOA的电容及非线性电阻相同，三相电流中的基波分量互相抵消，接地线中只剩下三次谐波零序电流I0，它等于各相三次谐波阻性电流之和，即I0=3Ir3。三次谐波阻性电流随阻性电流的增加而增加,并且总的阻性电流与三次谐波分量之间成一定的比例关系。在线检测中，MOA正常工作时的Ir3数值较小，当一相或者三相避雷器出现问题时，三相电流不平衡,I0增大，且含有基波成份,因此能发现故障。零序电流法的优缺点此方法简便，缺点
7、是I0有变化时不易判断出是那一相出现异常。另外，系统电压中若含有谐波分量，则电容电流也将含有三次谐波Ir3，与Ir3叠加后将使测量到的I0比实际阻性电流的三次谐波分量增大很多，造成错觉。补偿法金属氧化物避雷器阀片的劣化或老化反映为阻性电流增大，因此直接测量阻性电流能反映金属氧化物避雷器的健康状况。补偿的原理就是抽取系统电压补偿总泄漏电流中的容性电流分量，以得到阻性电流分量。容性电流超前系统电压90°，因此将系统电压前移90°并反相将容性电流补偿掉。补偿法监测MOA阻性电流原理图用CT从MOA的引下线处取得电流信号I0，再从分压器或者PT取得电压信号Us。后者经移
