氧化锌避雷器阻性电流的在线监测

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WANSi-wei1,2,CHENShi-yuan1
(1.ElectricPowerCollege,South China Univ.ofTechnology,Guangzhou510630,China;2.DongguanPowerSupply Bureau,GuangdongPowerGridCorp.,Dongguan,Guangdong523120,China)
表1 金属氧化物避雷器在线监测的主要方法
名称
说明
测量工具
全电流法
方法简单可行,但对早期老化产品 交流或整流
不灵敏
型电流表
方法较复杂, 但 对 早 期 老 化 产 品 测
阻性电流法
阻性电流仪
量较灵敏
因阻性电 流 而 产 生 的 测 量 功 率 损 耗
功率损耗法
功率损耗仪
增加
谐波法
通 过 测 得 的 谐 波 分 量 反 映 MOA 的 MOA 电流
2.1 电流信号的测取 总电流I·0 的 测 取 比 较 简 单, 一 般 从 MOA 的
引下线处取得。
2.2 电压信号的测取 2.2.1 利用电压互感器取电压
测取电压信号最常见的方法就是从电压互感器
(TV)或 电 容 式 电 压 互 感 器 (CVT)中 测 取 电 压 信 号。在同一个变电站内,电压互感器的一次侧电压
相并联。外施正弦交流电压,当电压信号过零时,
·
·
IR =0,电流信号为电容 电 流IC; 当 电 压 信 号 达 到
·
·
波峰时,IC=0,电流信号为阻性电流IR 。
图1 金属氧化物避雷器的等值电路和矢量分析
1.2 投影法
投影法的基本原理就是从被测 MOA 中 取 总的
·
电流信号I0,再取一个与被测 MOA 两端电压同相
氧化锌的阀片具有相当大的电容量,在运行电 压下经过阀片的电流主要为电容电流,为几百微安 以上,而阻性电流一般只有数十微安。
收 稿 日 期 :2005-07-05
氧化锌避雷器停电预防性试验主要项目有绝缘 电阻测量、通过 1 mA 直 流 电 流 时 的 电 压 51 的 测 量、0.7551电压时 的 电 流 测 量。 目 前 对 氧 化 锌 避 雷器在线 监 测 的 主 要 方 法 有 全 电 流 法、 阻 性 电 流 法、功率损耗法、谐波法和测温法等,各种方法的 特 点 见 表 1。
Abstract:Thispaperintroducessomecommon methodsforon-line monitoringoflightningarresters.Theprincipleandthe specificprocessofresistivecurrenton-line monitoringareexpounded.Possibleerrorsanddisturbanceareexplained with correspondingsolutionpresented. Keywords:arrester;resistivecurrent;on-linemonitoring
表2 >00kV 东莞变电站某线路校正前的测量数据
相序 L1
Us/V 60.2
I0/mA 2.15
IR/µA 530
φ/(f) 83.3
L2
60.2
2.10
260
86.1
L3
60.2
2.10
10
89.4
从表2可看到, 同 一 批 生 产 的 MOA, 在 线 测 得的全电流相差不大,而阻性电流分量和φ 相差很 大,而且 是 中 相 的 数 据 居 中, 两 个 边 相 中 一 个 偏 大,一个偏小。很显然,这样很难根据所测数据直 接判别该 MOA 的好坏。
阻性电流有效值
分析仪
测温法
测 量 因 功 率 损 耗 而 产 生 的 MOA 本 体温度升高
红外线 测温仪
$$
广东电力
第 18 卷
全电流法就是在 MOA 底部与地之间 串 接 全电 流监测装置,可以对运行中的 MOA 实行连 续 的 在 线监测,在110kV 及 以 上 电 压 等 级 电 力 系 统 中 已 普遍采用,大多数采取运行值班人员定期巡视记录 的方式,也有接入计算机系统集中显示。全电流法 对早 期 的、 已 老 化 的 MOA 很 不 灵 敏, 正 常 运 行 期,全电流中的阻性电流分量很小,在阻性电流分 量有显著变化时,测量出的全电流变化依然不大。 只有当 MOA 已严重受潮时,阻性电流分 量 进 一步 变大,全电流才可以明显地分辨出来。所以人们就 希望能够实现阻性电流的在线监测。
·
·
的电压信号 Us; 总 电 流 I0 在 电 压 矢 量 上 的 投 影,
·
即是 MOA 的阻性电流IR(如图1(b)所示)。
1.3 补偿法
·
补偿法的基本 原 理 是 把 所 取 得 的 电 压 信 号 Us
·
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经移相器前移90º相位(与I0 的电容电流分量IC 同
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相)后得Us0,再经 放 大 后 与I0 一 起 送 入 差 分 放 大
试验证明,这些问题主要是由于3 个 MOA 之 间的 相 间 电 容 耦 合 引 起 的。某 高 压 大 厅 对 一 台 MOA 外施交流高压,在距离它 F 处的一台同型号 MOA 在未加电压的 情 况 下, 下 端 明 显 测 到 感 应 电 流,且感应电流随距离 F 的增大而减小。在变电
站里面,相间耦合也是普遍存在的,特别是测阻性
与避雷器一次侧电压可以视为相同的,通过电压互
感器的二次侧就可以准确地测取到避雷器一次侧电
压的幅值和相位。
虽然通过电压互感器测取电压方便而且准确,
但是,由于一次设备是在运行状态,对电压互感器
二次侧接线时容易误碰二次端子,从而导致开关误
跳等一系列事故 发 生。 而 且 现 在 许 多 110kV 变 电 站已经不再配置电压互感器,这就要求我们另辟途
·
器。在差分放 大 器 中,Us0 乘 上 一 个 具 有 电 导 量 纲
·
·
的系数 G,将 GUs0与I0 相 减, 并 由 反 馈 器 反 馈 到
·
·
控制器,调 节 G 值 使 (GUs0 -IC )的 差 值 为 零, 也
就是把全电流中的容性分量补偿掉,剩下的仅为阻
·
性分量IR 。
2 电流信号和电压信号的测取
·
·
到 2- 的 测 量, 就 会 使 损 耗 因 数 和 2- 的 测 量 准 确
性大受影响。
以一组直 线排列 的三相 MOA(如图 3 所示)为
例作简单的分析。
图3 直线排列的三相金属氧化物避雷器
边相 L1相 底 部 电 流 测 量 值, 主 要 是 L1 相 外 施电压经 L1相 MOA 所 产 生 的 容 性 电 流 分 量 和 阻 性电 流 分 量, 另 外 还 有 邻 相 L2 相 与 L1 相 的 相 间 杂散电容 :L1,L2 所 产 生 的 容 性 干 扰 电 流。L3 相 离 L1相比较远, 故 其 杂 散 电 容 可 以 忽 略。 干 扰 电 流 虽然不大,但是它使原 来 L1 相 的 阻 性 电 流 分 量 明 显增大。同理,L3 相 的 阻 性 电 流 分 量 也 变 大。L2 相因为位置居中,L1相、L3 相 两边相 对其 的电容 耦合基本对称,影响也就可以忽略了。
第18卷 第12期 2005 年 12 月
广东电力 GUANGDONG ELECTRICPOWER
Vol.18 No.12 Dec.2005
文 章 编 号 :1007-290X(2005)12-0065-04
氧化锌避雷器阻性电流的在线监测
万四维1,2 ,陈世元1
(1. 华南理工大学 电力学院,广州 510630;2. 广东电网公司 东莞供电局,广东 东莞 523120)
研究表明,由于相间电容耦合的影响,使得边 相 MOA 上沿高度方向各处的电位已 不同 相, 也就 是不与外施电压的相位保持相同,而且相位的变化 与避雷 器 的 高 度 和 相 距 有 关。 试 验 证 明, 一 般 在 500kV 三 相 MOA 的 布 置 中, 边 相 MOA 最 低 阀 片上的电压梯度的相位与外施电压的相位之间可能
压信号,经过放大器放大就可以作为电压信号。电
·
·
压信号UG 与 避 雷 器 L2 相 一 次 电 压 UL2 的 关 系 如
图2所示。
·
·
当探 头 固 定 以 后,UG 与 UL2 的 夹 角 Ф1 也 稳
·
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定。取 L2相 MOA 电 流 2L2, 可 测 到 2L2与 5G 的
夹角 Ф2。而 Ф1 =Ф-Ф2,Ф 一 般 取 85f左 右, 这
摘 要:介绍了避雷器在线监测的几种常用方法,对阻性电流在线监测的原理和具体操作方法进行了详细的阐
述,对可能出现的误差和干扰进行了解释并提出了解决的办法。
关键词:避雷器;阻性电流;在线监测
中 图 分 类 号 :TM862
文 献 标 识 码 :B
Resistivecurrenton-linemonitoringofZnOarrestors
避雷器是电力系统的重要设备之一,它的正常 运行对电力系统的安全供电尤为重要。近年来,金 属氧 化 物 避 雷 器 (metaloxidearrester, MOA)以 其优异的技术性能逐渐取代了其它类型的避雷器, 成为电力系统的换代保护设备。 采 用 MOA 后, 往 往可使相对地的操 作 过 电 压 降 到 1.6~1.8 倍 相 电 压,各相间的过 电 压 降 到 1.7~1.8 倍 线 电 压, 也 可使 大 气 过 电 压 降 到 1.7~2.2 倍 相 电 压。 保 护 性 能的改善,可显著降低被保护设备的绝缘水平,因 而也降低成本,大大提高运行的可靠性。目前采用 的 MOA 大多数不再有间隙,这样在运行 期 间 总有 电流通过 MOA 的阀片,从而加速阀 片 劣 化。 而无 串联间隙的避雷器如有故障出现,则问题将会比有 串联间隙的阀型避雷器更为严重。
·
有3f左 右 的 相 移 角α。 这 个 相 移 角 会 对 2- 的 测 量 带来严重的误差。
怎样消除相移角的影响呢?目前有一种流行的 方法,就是在测量 MOA 边相电流时, 不仅 测取该 相 MOA 下端电流,而且测 取另外 一侧 MOA 下 端 电流。由于相间杂散电容的耦合,使两边相下端的 这两个电流之间的相位差已不是 120f, 而 是120f± 2α,因而可以求出相 移 角α, 再 经 过 校 正 基 准 电 压 后,就可以用上面所说的方法进行测量了。
1 阻性电流的测量原理
目前 大 多 数 MOA 阻 性 电 流 测 试 是 双 输 入 型
的,同时 输 入 电 压 和 电 流 信 号, 然 后 通 过 所 取 电
压、电流信号的相互关系来求得阻性电流。从测量
原理的角度来分,测量方法主要有瞬时法、投影法
和补偿法等。
1.1 瞬时法
在 MOA 等 值 电 路 (如 图 1(a)所 示)中,Rc相 对比较小,可以忽略掉,则将 MOA 看作为 R 和C
·
电流分量2- 和 损 耗 因 数 时, 影 响 更 大。 因 为 一 般
来说,对于电容型 试 品 或 MOA, 与 外 施 电 压 相 差
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90f的容性电流 2: 往 往 是 主 要 的, 而 阻 性 电 流 2-
只占很小的一部分,虽然相间电容耦合所产生的干
·
扰电流不大,但由 于 它 不 和 2: 同 相, 所 以 会 影 响
径寻找电压信号的测取方法。
要解决这个问题最重要的是必须有符合以下3 个条件的矢量:矢量频率与电网频率相同;矢量与
Baidu Nhomakorabea
电网三相的夹角稳定;矢量的模较稳定。
2.2.2 从运行现场取感应电压 把运行现场的高压带电体看作电容分压器高压
臂上的电极,特制一个探头作为高压臂的下电极,
再在探头下面连接电容分压器。从探头下端引出电
2.2.3 利用220V 电源取电压信号
·
将变电 站 内 的 220 V 电 源 电 压 作 为 5G, 该
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5G也是能够满 足 特 殊 矢 量 的 3 个 条 件, 同 样 可 以 实现三相电压测量,其原理与从运行现场取感应电 压的方法一样。
3 在线监测中相间干扰问题
现 场 试 验 发 现 , 特 别 是 在 500kV 场 地 , 当 同 类 型 的 MOA 组 成 三 相 而 呈 一 字 形 排 列 时 , 用 阻性电流测试仪进行阻性电流测试,三相的阻性 电流往往相差很大,甚至会有负值出现。表2为 500kV 东 莞 变 电 站 某 线 路 在 进 行 校 正 前 的 测 量 数据。
样,就 可 以 通 过 一 个 校 正 角 Ф1 和 Ф2 得 到 虚 拟 的
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5L2。5L1与 5L3分别和 5L2相差120f。
第 12 期
万四维等:氧化锌避雷器阻性电流的在线监测
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图2 从运行现场测取感应电压的原理分析 I·L1,I·L2,I·L3- 避 雷 器 L1相 、L2相 、L3相 的 电 流
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