湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）
目录
1 绪论 ................................................................ 7
1.1 电力设备维修的发展概况 ......................................... 7 1.2 氧化锌避雷器在线监测的意义 ..................................... 8
1.2.1 氧化锌避雷器的主要特点 ................................... 9 1.2.2 氧化锌避雷器运行中存在的问题 ............................. 9 1.2.3 氧化锌避雷器在线监测的意义 .............................. 10 1.3 氧化锌避雷器在线监测的研究现状 ................................ 11 1.4 本文研究的主要内容 ............................................ 13 1.5 小结 .......................................................... 13 2 MOA在线监测系统的原理 .............................................. 14
2.1 MOA在线监测的总体原理及方法 .................................. 14
2.1.1 MOA在线监测原理 ......................................... 14 2.2 MOA在线监测系统的实施方案 ................................... 15
2.2.1 电流、电压信号采集 ...................................... 16 2.2.2 信号放大电路及滤波电路 .................................. 17 2.2.3 倍频跟踪电路及采样/保持电路 ............................. 17 2.2.4 A／D转换及数据采集 ..................................... 17 2.2.5 主机监测程序 ............................................ 18 2.2.6 系统工作步骤 ............................................ 18 2.3 小结 .......................................................... 18 3 在线监测方法误差原因及改进措施 ..................................... 19
3.1 相间杂散电容的干扰 ............................................ 19
3.1.1现在常用消除相间干扰的方法及其不足 ....................... 20 3.3 PT角差的影响 ................................................. 21 3.4 绝缘子表面污秽 ................................................ 22 3.5交流伏安曲线滞回特性的影响 .................................... 22 3.6 小结 .......................................................... 22 4 MOA在线监测的系统设计 .............................................. 23
4.1电流、电压信号的采集和处理 .................................... 23 4.2 温度、湿度的监测 .............................................. 36 4.3 数据处理程序的设计 ............................................ 41 4.4 在线监测的抗干扰问题 .......................................... 42 4.5 小结 .......................................................... 43 5 MOA在线监测系统的调试与实测 ........................................ 44
5.1 传感器及前置处理电路误差的校正 ................................ 44 5.2 MOA阻性泄漏电流线性模拟测试 .................................. 44 5.3 MOA阻性泄漏电流现场实测 ...................................... 48 5.4小结 .......................................................... 50 6 技术经济性分析 ..................................................... 51 7 结论 ............................................................... 51 参考文献 ............................................................. 52
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前言
避雷器是电力系统的重要设备之一，而氧化锌避雷器因其保护特性好，通流容量大、结构简单可靠，在电力系统中已经逐步取代了碳化硅避雷器，获得了日益广泛的应用。
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，会引起避雷器阀片老化、阻性泄露电流增加和功耗加剧，导致避雷器阀片温度升高至发生热崩溃，从而引发电力系统事故。
为了及时发现氧化锌避雷器的隐患，需要对其运行状况进行在线监测，目前，对氧化锌避雷器状态在线监测的主要手段是在线监测，采用的措施为：测量氧化锌避雷器在运行状态下的全电流变化，测量流过氧化锌避雷器阻性电流的变化来监测氧化锌避雷器性能的变化。通过对避雷器泄露阻性电流的监测，能对引起泄漏电流变化的原因进行进一步的分析。
1 绪论
1.1 电力设备维修的发展概况
运行电力设备的状态对电力系统的安全运行至关重要，尤其是提高供电安全性，减少停电给国民经济带来的损失，满足供电可靠性的根本要求。电力设备在运行中受到电、热、机械、环境等因素的作用，其性能将逐渐劣化，直至造成故障，引起供电中断。电力系统正向超高压、大电网、大容量、自动化方向迈进，随着电压等级的提高，有关电气设备绝缘问题就显得越来越重要。无论是大型关键设备如发电机、变压器，还是小型设备如电容器、避雷器、绝缘子等，一旦发生故障，将引起局部甚至片区停电，影响国民经济生产，破坏社会的正常秩序，造成难以挽回的损失。
提高电气设备的可靠性，一是提高设备的质量，二是进行检查和维修。最早是发生事故后才维修，称为事故维修，但突发性事故损失大。目前广泛采用定期检查与维修的制度，称为预防性维修制度，电力工业部专门为此制定了《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596-1996)。电力系统中当前推行的预防性试验是离线进行的，其缺点是：①需停电进行。而不少重要的电力设备，轻易不能停止运行；②周期性进行。设备仍有可能在试验间隔期间发生故障，即造成“维修不足”；③停电后设备状态(如作用电压、温度等)和运行中不符，且运行电压很高而常规预防性试验电压较
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低(一般在工频10kV以下)，从而影响判断准确度，可能出现预防性试验合格，而在运行中发生事故的现象；④定期的试验维修有时是不必要的，造成了人力、物力的浪费，即造成“过度维修”。由于逐渐发现和认识到定期停电进行预防性试验的缺陷和不足，在采用预防性检修制的同时，人们积极探索带电检测的试验方法．开始带电检测的思路与预防性试验并没有发生根本性变革，只是采用停电预防性试验的仪器以加强绝缘等手段来实现带电检测，这样不仅安全可靠性差，而且测得的数据分散性较大，缺乏推广应用的价值，但重要的是使人们认识到了在运行电压下带电检测比停电后加较低电压下的预防试验更能真实反映设备的运行状态。
随着传感器、光纤、计算机技术的迅猛发展，当前发展起了以在线监测(状态监测)和故障诊断为基础的状态维修。设备“在线监测”的重要特征是监测系统几乎不使用预防性试验的仪器，而是利用各种高灵敏度的传感器及测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测，以判明设备是否处于正常状态；设备的“故障诊断”是指专家(演变为具有丰富软件支持的计算机网络)根据状态监测所得的各测量值及其运算结果所提供的信息，采用所掌握的关于设备的知识和经验，进行推理判断，找出设备的故障类型、部位及严重程度，从而提出对设备的维修处理建议。在线监测技术的特点是可以对电气设备在运行状态下进行连续或随时的监测与判断，故可避免上述预防性试验的缺点。
在线监测系统是将传感器技术、电子技术、计算机技术与高电压技术相结合的产物。在线监测与离线试验不是对立的，而是相辅相成的。在线监测中发现事故隐患后，必要时在离线状态下进行更为彻底的全面检查。推行状态监测与故障诊断技术(在线诊断技术)，可以变预防性维修为预知性维修，即状态维修。从“到期必修”过渡到“该修则修”。在线监测为我们提供了以前离线测试时无法获得的数据，为我们从另一个角度研究设备的运行状况提供依据，随着在线监测技术的成熟及人们运行经验的积累，预知性检修替代预防性检修体系将成为必然的发展趋势。综上所述，对电气设备的检修，大约走过了事故后检修、预防性计划检修，现正向预知性的状态检修迈进[1]。
1.2 氧化锌避雷器在线监测的意义
避雷器主要用于限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压，是
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保证电力系统安全运行的重要保护设备之一，它的正常运行对保证系统的安全供电起着重要作用。传统的避雷器(分为保护间隙避雷器、管式避雷器、阀式避雷器)在使用时必须串联间隙。六十年代末、七十年代初，日本率先研制出了金属氧化锌避雷器(Metal Oxide Surge Arrester--MOA)，从八十年代开始在我国电力系统推广应用并已成为避雷设备的主流，因而本文主要讨论金属氧化锌避雷器的在线监测。
1.2.1 氧化锌避雷器的主要特点
氧化锌避雷器是由非线性电阻片叠装而成，具有非常优越的非线性伏安特性，可以取消串联火花间隙，实现避雷器无间隙无续流，且造价低廉，因而在国内外电力系统中各电压等级电网中得到了广泛应用。其主要具有以下优点；
1） 保护选择性好
由于MOA具有很好的非线性特性，所以在正常运行电压下呈现很高的阻值，正常工作时流过它的电流只是微安级；当施加在它上面的电压超过参考电压时，其伏安特性渐呈平坦曲线，通过它的电流增加很快，从而可以有效地抑制过电压，保护其它电气设备的安全运行。
2） 通流能力大
氧化锌阀片的密度高，比热大，通流能力大约是碳化硅阀片的4倍，因此在需要大通流能力的场合其优越性更加明显3） 结构简单，可靠性高
由于可以取消传统碳化硅避雷器的串联间隙，提高了可靠性，动作稳定性好，同时新一代MOA的抗污秽能力也得到了很大的改善。
1.2.2 氧化锌避雷器运行中存在的问题
虽然MOA与碳化硅避雷器相比具有很多优点，各种性能也有了很大的改善，但在投入电力系统使用之后，也出现了这样或是那样的问题，归纳起来主要有以下几个方面．
1） 由于MOA取消了串联间隙，在电网电压作用下，一定有泄漏电流流过氧化锌阀片，电流中的有功分量将使阀片发热，从而引起MOA伏安特性的变化，这是一个正反馈的过程，长期作用的结果将导致氧化锌阀片的老化，直到出现热击穿。
2） MOA受到冲击电压的作用，氧化锌阀片也会在冲击电压能量的作用下发生老化。
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3） MOA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，严重时可导致内部放电。
4） MOA时常受到雨、雪、凝露及灰尘的污染，由于MOA内外电位不同而使内部氧化锌阀片与外部瓷套之间产生较大的电位差，导致径向放电现象的发生，严重时可能损坏避雷器。根据统计，我国电力系统自1986年大量的高压MOA进入电网以来，到1990年10月为止电压等级在110kV及以上的国产MOA已达7060相，累计运行16789相，其中有48相发生事故，占0.68％；90相退出运行，占1.3％。统计事故率占0.286％相，百相年，其中受潮引起的事故占60％。1985年起，我国进口110kV及以上电压等级MOA近2000相，主要是日本：日立、明电舍、三菱；瑞典：ASEA、瑞士：BBC（ABB)和美国：GE等多家产品。不完全统计有23相损坏，退出运行有三十多相，事故率为O．34相／百相年，事故率高于国产避雷器的事故率，其主要故障是由于受潮、直流l mA参考电压UtmA过低、电位分布不均、运行不当等原因造成的[2]。一旦MOA发生故障，避雷器本身将造成损坏甚至爆炸，同时其它电气设备将失去过电压保护，影响电力系统的安全运行。因此，国内外从MOA投运起就十分重视其运行工况的检测。
1.2.3 氧化锌避雷器在线监测的意义
当MOA存在内部受潮和阀片老化等缺陷时，一般通过停电试验可以检查出来，但MOA为非线性电阻元件，在电网电压及环境等因素长期作用下会产生劣化，以至于有时在停电试验时未能发现任何问题，而在正常工作电压下运行几个月后突然爆炸，导致大面积停电事故，这充分说明对MOA性能的判断仅依赖停电试验还是不够的，主要原因如下：1） 停电试验所加电压，周围环境因素等与MOA正常工作时所承受的电压、环境是不同的，这时测得的试验数据就不能准确而有效地反映设备状况．
2） 由于停电试验的周期较长，MOA的性能是逐渐变化的，这个变化达到一定程度后其劣化速度加快。
因此，对MOA进行在线监测与带电测试，并由此来确定是否停电进行试验，能够有效发现MOA受潮和老化等缺陷；或者，用在线监测所测的数据，通过“纵比”(与同一设备连续监测的数据相比)可进一步判断属于何种潜伏性故障。