湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文） 1.3 氧化锌避雷器在线监测的研究现状
对MOA运行工况的监测方法研究时间比较长，检测方法也有多种，基本都以测泄漏电流为基础。根据国内外目前采用的测试方法，可归纳为下面几种：
1） 总泄漏电流法
总泄漏电流法是基于MOA泄漏电流的容性分量基本不变，可以简单地认为其总电流的增加能在一定程度上反映其阻性分量电流的增长情况。基本方法是在避雷器放电记数器两端并接低电阻的?A表，以此测量总泄漏电流的变化。显然，这种方法太粗糙，灵敏度较低，不宜广泛采用。实际上，仅是一种无高精度仪器时的简单观测方法。因此目前极少用此方法[3]。
2） 阻性电流三次谐波法
阻性电流三次谐波法是将全电流经带通滤波器检出三次谐波分量，根据MOA的总阻性电流与三次谐波阻性分量的一定的比例关系来得到阻性电流峰值。由于各厂生产的阀片以及同一厂生产的不同规格的阀片的特性不尽相同，导致三次谐波峰值而且Irx与Irx3的函数关系又是随阀片Irx与阻性电流峰值Irx3之间的函数关系不一样，
的老化而变化的；MOA端电压(母线电压)中的谐波含量也对测量结果产生直接影响；此外，也无法反应MOA表面污秽、受潮的情况。因此，三次谐波法既不具有通用性，也不能比较客观地反应MOA的实际运行工况，它只能局限于同一产品在同一试验条件下的纵向比较。其优点是只需取MOA的总泄漏电流，不需要参考电压，比较方便。但当系统电压中含谐波分量较大时，则电容电流也将含3次谐波，使测量存在较大误差，容易造成误判。
3） 补偿法测量阻性电流
补偿法认为导致阀片发热而产生有功损耗的原因是阻性电流分量，所以是以外加容性电流来去掉与母线电压成π／2相位差的容性电流分量从而获得阻性电流的方法。这种方法以LCD-4型泄漏电流检测仪为代表，可以测量总泄漏电流、阻性电流分量及功率损耗，有较好的测量效果。补偿法测量原理简单，测量精度能满足工程要求，使用也很方便。但这种方法只有在总泄漏电流中的阻性电流与容性电流成π／2相位差时才可以得到反应阀片老化的真实结果。在测试现场有干扰而三相成固定排列(如一字形)时，由于相间杂散电容的作用，容性电流与电压不成π／2相位差，
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测试仪器不能将容性电流完全补偿掉，使误差很大。此时A相和C相MOA受B相电压的影响，总泄漏电流的相位(以本相电压为参考量)将分别移后和移前约3°～5°，B相MOA同时受A相和C相电压影响，相位基本不变，从而导致测得的阻性电流A相增大，C相减小，B相基本不变，即不能反应MOA阀片老化的真实情况。但作为纵向比较是可以客观反应三相MOA的实际运行工况的。另外补偿法从PT上取电压信号，可能存在着相移；电网电压有谐波时，也要影响其测量的精度。
4） 高次谐波计算法
这种方法是对常规补偿法的改进，其基本思想是：只需从MOA取总泄漏电流，经过单片机分析计算得到阻性电流。将从MOA取到的总泄漏电流同时送入减法单元和逻辑分析单元；逻辑分析单元对总泄漏电流信号进行分析，计算出容性电流和阻性电流的相位差，由自动信号生成单元生成容性电流信号初值，并送入减法单元与总泄漏电流作差分运算。后面的处理与常规补偿法相同，最后可得到阻性电流。这种方法的优点是：测试人员可避开电压互感器的接线操作，使在线监测操作更简便，增强了电力系统在线测试的安全性；采用了单片机系统，智能化程度较高．但其准确性取决于系统电压高次谐波的含量．
5） 谐波分析法监测阻性电流的基波值
谐波分析法认为用阻性电流基波来研究MOA的小电流特性更合理，因为在正弦波电压作用下，MOA的阻性电流中有基波，也有高次谐波，但只有基波电流能作功产生热量，谐波电流则不作功也不产热。在各种MOA阻性电流值相等的情况下，因不同MOA的阻性电流基波与谐波的比例往往不同，则其发热、功耗也就不同。同时测量阻性电流基波还可以排除电网电压中含有谐波对阻性电流测量的影响，而不论其谐波量如何，阻性电流基波值总是一个定值。谐波分析法采用数字化测量和谐波分析技术，从总泄漏电流中分离出阻性电流基波值，整个过程可以通过单片机或微机在软件中得以实现。对于相间杂散电容的影响，可以利用谐波分析技术测出两个边相泄漏电流的相移予以纠正。这种方法可信度高，硬件电路简单，便于实现在线监测，采用适当的措施可以减小干扰，提高其测量精度。
6） 采用波点方法(Point-On-Wave)测试MOA泄漏电流
这种方法通过分析电压和泄漏电流的波形而得到阻性电流的一个周期内的值。
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它适用于便携式的MOA泄漏电流测试，但其可靠性尚需进一步验证。总之，上面的几种方法都有一定的局限性，总是或多或少地受电网电压谐波和相间干扰等因素的影响。因此，消除或减少相间电容电流的干扰，消除谐波电压和PT相移等因素的干扰，使测得的阻性电流更加真实地反映各相MOA的运行状况成为必要，而且根据现场工程实际选择合理、实用、可靠的方法成为MOA在线监测及诊断系统的主要任务。
1.4 本文研究的主要内容
MOA在线监测系统投入运行后应不影响变电站电气设备的正常运行，系统能自动地连续进行监测，数据处理和诊断分析、具有较好的抗干扰能力和合理的监测灵敏度、监测结果具有较好的有效性和可靠性、能及时准确地反映MOA的运行状况并指导检修工作。本文就MOA泄漏电流阻性分量的在线监测进行了研究，同时结合生产现场实际，探索以高档微机为核心，简化硬件电路，运用软件分析技术，以“软”代“硬”的在线监测方法。故需运用数字化测量和分析技术，把丰富的软件技术用于MOA的在线监测中．[4]
本文研究的主要研究工作为：
1） 一种工程中实用的MOA在线监测方法，相应MOA在线监测系统的实施方案的设计；
2） 分析MOA在线监测方法的误差原因，制定相应的改进措施； 3） 灵敏可靠传感器的研究，MOA在线监测系统的设计； 4） MOA在线监测实测数据的分析研究。 1.5 小结
1） 简述了电力设备维修从事故维修、预防性维修到状态维修的发展历程，论述了开展在线监测技术研究的必要性。
2） 分析了氧化避雷器运行出现故障的原因，说明了对MOA线监测的必要性和意义。
3） 综合阐述了现阶段MOA性电流测量的常用方法及原理，比较各种方法的优缺点。
4）提出了本文研究的目的和主要内容，拟研发以“软件分析技术”的电气设备在线检测系统，重点是对MOA阻性电流在线监测与诊断，通过剖析系统原理，分析
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误差原因，排除干扰因素，实现系统的安全稳定运行。
2 MOA在线监测系统的原理
随着电子技术和计算机技术的飞速发展和广泛应用，电气设备的在线监测技术也取得了重大进展。最近几年，在测试领域中发展起了一种新的技术应用——数字波形分析系统。它是一种兼有波形的数字采集、存储和分析功能的数字化、智能化测量系统。在对设备原始电压、电流波形进行采集的基础上，运用丰富的数字处理方法编制软件程序对数据进行分析，能实现对设备各种运行参数的监测[5]。这种技术具有相当大的灵活性。
在存贮和保留原始信号数据的基础之上，为了获得监测信号的某些新信息，可不改变硬件电路，只需修改软件即实现。随着在线监测技术的发展，可使监测和诊断技术相结合，对数据、结果进行更广和更深层次的分析和判断，不断开发适用的分析软件以达到能智能化地对电气设备绝缘状况进行监测和诊断。因此，以软件为主的监测技术具有很好的发展前景。
2.1 MOA在线监测的总体原理及方法
在交流作用下，避雷器的总泄漏电流(全电流)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，流过避雷器的电流主要为容性电流，阻性电流只占很小一部分，约为10％~20％左右。但当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时，容性电流变化不大，而阻性电流却大大增加，所以目前对氧化锌避雷器主要进行阻性电流的在线监测，而监测阻性电流的关键是要从阻容共生的总电流中分离出微弱的阻性电流。
2.1.1 MOA在线监测原理
因MOA无串联间隙，在持续运行电压作用下，由氧化锌阀片组成的芯片柱就要长期通过工作电流，即总泄漏电流。严格说来，总泄漏电流是指流过MOA内部阀片柱的泄漏电流，但测得的MOA总泄漏电流包括瓷套泄漏电流、绝缘杆泄漏电流及阀片柱泄漏电流三部分．一般而言，阀片柱泄漏电流不会发生突变，而由污秽或内部受潮引起的瓷套泄漏电流或绝缘杆泄漏电流比流过MOA内部阀片柱的泄漏电流小得多。因此，在天气好的条件下，测得的MOA总泄漏电流一般都视为流过MOA阀片柱的泄漏电流。 由于MOA芯片柱是由若干非线性的阀片串联而成的，通过MOA
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的总泄漏电流是非正弦的，因此不能用线性电路原理来求总泄漏电流。为此，国内外常用阻容并联电路来近似等效模拟MOA非线性阀片元件，见图2-1(a)。Rn是ZnO晶体本体的固有电阻，电阻率为1~10?2cm；Rx是晶体介质层电阻，电阻率为
10~10?2com，它是非线性的，随外施电压大小而变化；Cx是ZnO晶体介质电
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容，相对介电系数为1000-2000。由于Rx>>Rn，可略去Rn的影响，故又常将图2-l(a)简化为2-l (b)的等效电路[6]。
母线Uk母线UkIxRnIxIRxRxICxCxIRxRxICxCx
图2-1 MOA阀片芯柱的等效电路
Figure 2-1 MOA valve core columns in the equivalent circuit
流过MOA的总泄漏电流Ix可分为阻性电流Irx与容性电流Icx两部分[7]。导致阀片发热的有功损耗是阻性电流分量。因Rx为非线性电阻，流过的阻性电流不但有基波，而且还含有三次、五次及更高次谐波；只有阻性电流的基波才产生功率损耗；虽然总泄漏电流以容性电流为主，阻性电流仅占其总泄漏电流的10%~20％左右，但容性电流的变化很小，相对阻性电流随时间的变化量，容性电流的变化量可忽略不计。因此对MOA泄漏电流的监测应以阻性电流为主。
2.2 MOA在线监测系统的实施方案
为了实现以软件分析、计算为主的对MOA阻性电流在线监测系统，本文充分利用了微机计算速度快，处理能力强等特点，以工业控制计算机为中心，加上传感器、必要的外围硬件电路，构成了一个在线监测系统。通过传感器获取设备电压、电流信号，经电缆传送至前置处理箱，再由计算机控制进行A／D转换后，在计算机内根据不同设备类型的特点和要求进行数据分析、处理，得到监测结果，进而存贮数