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避雷器状态监测和离线避雷器现场测试最新技术概览
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在线避雷器状态监测和离线避雷器现场测试最新技术概览

February 5, 2016 • Arresters / 避雷器, 最近文章汇总

随着对电力服务可靠性需求的不断上升, 使用更好的系统监测手段来降低断电率的 需求也随着上升。因为避雷器是雷电过电 压保护装置,而且能降低导致断电事件所 带来的潜在影响,所以在降低断电发生率 时经常会考虑到它们。在避雷器的主要寿 命周期内,它的作用就像一个绝缘子:在 绝缘表面的泄漏电流较小,氧化锌阀片上 的泄漏电流也很小。保持较低泄漏电流水 平对于确保避雷器20-40年的寿命预期是 必要的。当它出现故障或在限制冲击电压 时是唯一没有发挥绝缘子作用的时候。 自避雷器开始应用以来,多种显示避雷器 衰退或可能发生故障迹象的评估方法和 指标已经被使用。评估方法包括故障指示 器和脱离器,它们能显示全部的避雷器故 障,还有一些仪器能测量阻性泄漏电流的 微小变化和/或无间隙金属氧化物避雷器 的能量损失。
本文的目的是为那些对评估方法感兴趣的人提供指导。讨论的方法是热电和机械方法。本文还为金属氧化物避雷器的泄漏电
流测量提供了详细的信息。本文还讨论了离线或实验室进行避雷器评估的方法。
定义 避雷器状态监测:一般是在线和连续的。 避雷器现场测试:一般是离线,在避雷器 使用寿命周期内测试数次。

Figure 1: Surge counter mounted on arrester pedestal. 在线避雷器状态监测和离线避雷器现场测试最新技术概览 在线避雷器状态监测和离线避雷器现场测试最新技术概览 Topic 3 Oct 13 Weekly 2

图 一: 安装在避雷器底部的放电计数器

监测和现场测试的目的 在日益艰难的商业环境中,资产管理正受到越来越多的重 视。目前常用的资产管理模式之一是以维护计划为条件。这 种资产管理形式不需要特定的时间表,但是可以说它以时 间表作为更高效的条件。不过,为了实施这样的维护计划, 资产现状必须了解和受到监控。确定避雷器资产的状态是 一个正在发展的领域,目前已经有了一些可用的方法。因为 状态评估费用不低,所以避雷器的状态监测一般只在避雷 器的故障可能造成严重的断电和收入受损的重要地段进 行。在这样的情形下,就需要预测避雷器明显的故障并在故 障发生之前加以排除。 避雷器现场测试是另外一种资产管理形式,通常是为了确 定避雷器可以继续运行还是需要进行更换。
监测器类型:
1. 放电计数器: 放电计数器计量超过一定幅值的电流脉冲或者计量超过一 定电流幅值和持续时间相组合的电流脉冲。如果放电的时 间 间 隔 很 短( 不 到 5 0 m s ),放 电 计 数 器 可 能 计 量 不 出 所 有 的电流脉冲(这在多重雷击中很常见)。有些计数器需要碳 化硅避雷器中的工频续流,它们可能计量不出金属氧化物 避雷器中的短暂脉冲电流。 按照计数器的运行原理和灵敏度,它可能显示系统的过电 压现象,也可能显示与避雷器能量相对应的放电次数。请注 意:电子-机械放电计数器不能提供MOV型避雷器的任何 状态信息,除非能测量到超过一定幅值的冲击电流。有时 候知道系统是否出现冲击电压很重要,放电计数器对于这 样的情况就很有用。但是因为只有强度很大或持续时间很 长的冲击才能使MOV型避雷器受到损坏,冲击次数并不是 避雷器健全度的指标。避雷器可以承受数千次冲击,只要冲 击在避雷器的允许能力范围内。重复的冲击不会打坏MOV 型避雷器。 安装要点:为了使放电计数器正常运行,避雷器必须在 底部 用绝缘子与地面绝缘,计数器在电气上与避雷器串联安装。 放电计数器必须安装能在避雷器工作时能从地面读出读数 的地方,安装时不能明显地增加接地线的长度或减少其截 面积。另一个需要注意的是:绝缘子的强度必须足够大以 免降低避雷器的悬臂强度。
2. 交流泄漏电流表: 交流泄漏电流表通常是放电计数器的附件。如果是模拟计数器,则电流读数是避雷器的总电流值。避雷器的总泄漏 电流是避雷器阀片和外套的电容电流和电阻电流的总和。 如果避雷器配备有特殊的接地端子可以隔离内部和外部电 流,那么只有内部电流能被监测,且不受外部表面泄漏电流 的干扰。
如图所示的另一好处是,如果不必监测外部表面的泄漏电 流 ,则 避 雷 器 底 部 不 需 要 安 装 绝 缘 子 。对 于 很 高 和 / 或 地 震 频发地区的避雷器,这是一个很大的优势。 因为金属氧化物阀片相比导体在稳定状态下更近似绝 缘子,所以它们传导很少的电阻电流。但是它们能承载 2-10ma的电容电流,这样大的电容电流并不能提供避雷器 状况的真实数据。如果避雷器出现故障,泄漏电流表上的 电流可能有变化,或根本无变化。 不幸的是,5ma或更高的总电流(99%为电容电流)湮没了 电阻电流并妨碍了对电阻电流的真实检测,而电阻电流是 避雷器状态的真实指标。注意图四和图五,二者的电流轨 迹 非常相似,而功率损失却加倍。两条轨迹的均方根电流 值的差异很小,而且不能反映任何实际问题。但是,如果 避雷器的功率损失(电阻电流)加倍,则供电公司将要马上 进行检查。所以,如果使用模拟式交流表则不能获得避雷 器状态的真实信息。如果电阻电流大到足够能影响电流读 数,且在模拟式电流表上可以显示出来,则处于快速故障 模式,它不像有些故障在很长时间才能被检测到。 3. 三次谐波电流测量: 相比早期为碳化硅避雷器设计的放电计数器,带有三次谐
波电流传感功能的最新放电计数器能提供更多的避雷器状 态的信息。图6是ABB公司生产的一种多功能避雷器状态评 估工具。它不仅能计量低到10安培的冲 击电流,而且还能为冲击添加时间标签和将数据储存在 内存中,直到被远程控制设备下载。泄漏电流数据中冲击 的幅值和冲击的时间被记录,设备从总电流中计出电流的 三次谐波电流值,这个三次谐波电流值与电阻电流非常相 似。 基于三次谐波电流值,避雷器的状态可以被准确地评 估。即使电流值只上升了几个百分点,它也能被检测到并被 储存在本地数据库中。数据一直被保存,直到操作员用手 持设备下载它。一台手持设备可用于多个传感器。 第一台使用三次谐波电流作为主要评估指标的在线避雷器 状态评估设备来自一家叫做TransiNor的公司。Asle Schei 在上世纪80年代中期发明了这套评估系统。他的公司和发 明被 Doble Engineering 公司收购,后者很快推出了一台 基于 TransiNor 原型设备的高质量诊断工具。 Doble公司的LCM II型设备使用户能测量和储存最多1000 个 避 雷 器 的 数 据 。如 果 使 用 调 制 解 调 器 与 P C 连 接 ,它 还 支 持任何避雷器的连续在线监视。 第三个最新的经典评估工具是西门子公司生产的避雷器状 态监视器(ACM)。ACM设备同时提供避雷器状态的本地读 数和远程持续读数。按照西门子的设计,该设备在第一天确 定避雷器的特征后可以用此数据评估未来几天的状态。这 个诊断工具也是市面上唯一的符合IEC 61850规范的设备。 这意味着将来当完全一体化的电站状态监测系统普及后, 这个评估工具不需任何重大的修改即可与系统整合。
Figure 2: Typical surge counter face with analog leakage meter and electro/mechanical counter. 在线避雷器状态监测和离线避雷器现场测试最新技术概览 在线避雷器状态监测和离线避雷器现场测试最新技术概览 Topic 3 Oct 13 Weekly 3

图 二: 带有模拟泄漏电流计和电子/机械计 数器的典型放电计数器盘面

Figure 3: Arrester with special ground connection for internal leakage current measurement. 在线避雷器状态监测和离线避雷器现场测试最新技术概览 在线避雷器状态监测和离线避雷器现场测试最新技术概览 Topic 3 Oct 13 Weekly 4

图三: 避雷器安装有特殊的接地线以方便测量内部泄漏电流

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