避雷器的在线监测

8.4　避雷器的在线监测

8.4.1　无并联电阻避雷器在线监测

无并联电阻FS型避雷器广泛用于配电线路中，由于其量多分布广，每年试验非常繁琐。最有效的方法就是对其进行绝缘电阻和泄漏电流的在线监测。

1）绝缘电阻在线监测

图8－3表示用兆欧表带电监测无并联电阻FS型避雷器的绝缘电阻的接线图。测试前先将兆欧表的E端可靠接地，再断开避雷器下端的接地连线。测量时将兆欧表的L端依次接到避雷器的A、B、C接地端，指针由“∞”指向某一稳定值后便可读取避雷器的绝缘电阻值。

图8－3　避雷器绝缘电阻的在线监测原理图

由图8－3看出，电压互感器高压绕组中性点直接接地，因此测试时互感器PT、兆欧表接地端E、大地、兆欧表L端、避雷器、高压线路构成了回路。其中线路和电压互感器的直流电阻可以忽略不记，因此测量值是FS内部绝缘电阻R₁与外表下部绝缘电阻R2的并联值，由此避雷器绝缘电阻值可表示为：

从式（8－1）可以看出，绝缘电阻值受外表面脏污、潮湿或在雾雨天气影响较大，其测量值在2　500MΩ以上为合格。

2）泄漏电流在线监测

图8－4为无并联电阻FS型避雷器在线监测泄漏电流原理图。FS型避雷器是由间隙间电容极小的SiC阀片串组成，因此电容电流较小，一般不超过2μA。如果测得的电容电流增加较大，说明避雷器瓷套内部已经受潮。

流过避雷器的电流包括避雷器内部电容电流I_C、电阻电流I_R和避雷器外表面电流。其中外表面电流被接地抱箍屏蔽掉了，因此流过微安表的实际电流为：

规程规定在线监测10kV级避雷器时的泄漏电流不大于5μA。为了提高测量精度，微安表与避雷器之间的连线必须使用屏蔽线，以减少由杂散电容电流引起的误差。

3）工频放电电压的在线监测

图8－5为工频放电电压在线监测原理图。测试时试验电源与避雷器必须同相。分别记录在试验电源正、反相位时所测得的放电电压U1、U2，得到避雷器的放电电压Ud与试验电压U1、U2及运行电压U0间之间关系如下：

图8－4　FS型避雷器泄漏电流在线监测

图8－5　FS型避雷器工频放电电压的在线监测

实验结果表明，离线试验与在线测试结果相同。因此可以对10kV线路及以下的FS型避雷器用在线测试代替停电试验。

8.4.2　有并联电阻避雷器的在线监测

对FZ型避雷器的在线监测主要监测电导电流和电压分布。

1）电导电流在线监测

图8－6给出了35～220kV的FZ型避雷器电导电流的在线监测原理图。在瓷套内每组间隙上并联有均压电阻，以改善电压分布及放电特性，用2500V兆欧表测量其均压电阻值时约在1　200～1　800MΩ左右。

将测量的同一类试品三相电导电流作横向对比，再与同一试品的历次测值作纵向对比，找出三相电导电流的最大值I_max和最小值I_min，求出不平衡系数Vi：

如果Vi＞25%，则说明该避雷器问题较大，应退出运行，并作进一步的试验。

2）交流分布电压的在线监测

通过测量最下一节避雷器运行时三相最下节分布电压，就能判断避雷器是否存在缺陷。这主要是由于避雷器中并联电阻变质、老化、断裂、受潮时，会引起阻值变化，从而导致每个元件上分布电压发生变化。如图8－6中的D点测量所示。

实际测量时，应使用普通塑料线并悬空电压表高压引线，详细记录运行电压、环境温度和空气相对湿度三个参数。测得三相分布电压后，找出三相中最大分布电压Umax和三相中最小分布电压Umin，则求出电压不平衡系数VU：

图8－6　FZ型避雷器电导电流的在线监测

1—电阻杆；2—放电记录器；3—被试避雷器

当VU＜15%时，可以继续运行；当VU＞15%时，避雷器应停止运行，并送入实验室进一步鉴定。

8.4.3　氧化锌避雷器在线监测

正常运行情况下，流过避雷器的容性电流约为80%～90%，而阻性电流约为10%～20%。当出现避雷器受潮、内部绝缘部件受损、阀片老化以及表面严重污秽时，阻性电流会增加很多，而容性电流几乎不变，因此对氧化锌避雷器的在线监测主要通过全电流和阻性电流的测量来实现。

1）全电流在线监测

使用万用表并接在动作计数器上测量全电流，该法简便易行，使用广泛。如图8－7所示。

图8－7　全电流在线监测原理图

现场测量时，既可采用交流毫安表A₁，也可采用直流毫安表A₂。如果发现测得电流增大到2～3倍时，便可认为避雷器该退出运行。实验表明，该法可有效地监测氧化锌避雷器的劣化程度。

由于避雷器阀片为非线性元件，即使三相电源电压正弦且平衡，三相三次谐波电流之和仍会存在并被测出，因此可以利用此法来发现避雷器的缺陷。

2）阻性电流在线监测

通过监测阻性电流分量可以发现避雷器的早期老化，但由于全电流中阻性电流仅占5%～20%，故难以利用全电流来判断避雷器绝缘劣化，因此，必须测出阻性电流。

图8－8为阻性电流测量仪原理图。测量过程为：先利用钳形电流互感器取得信号I₀，再从分压器取得电压信号U_S。U_S前移90°相位后得U_S0，使U_S与I₀中的电容电流分量I_C同相，经放大后的U_S与I₀一起送入差分放大器实现GU_S0与I₀相减；通过由乘法器等组成的自动反馈跟踪环节，调节放大器增益G使同相的（I_C－GU_S0）变为零，即补偿掉I₀中的容性分量，提取I_R阻性分量，再根据I_R及U_R计算出避雷器电阻的功率损耗P。

这种方法简便实用，能自动补偿，关键是要选用质量好的钳形电流互感器。

图8－8　阻性电流监测仪基本原理