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在電力系統(tǒng)里，避雷器——尤其是金屬氧化物避雷器（MOA）——是肯定少不了的過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備。想讓它長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)就慢慢發(fā)展出來(lái)了。它會(huì)實(shí)時(shí)分析運(yùn)行參數(shù)，判斷避雷器的絕緣狀況與老化程度，把以前的“定期檢修”改成“看狀態(tài)檢修”，這不僅大大提高了電網(wǎng)的安全性，還提升了經(jīng)濟(jì)性。
一、監(jiān)測(cè)的必要性：為何要在線監(jiān)測(cè)？
MOA長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，會(huì)受各種過(guò)電壓沖擊，還得一直承受工頻電壓，容易出幾類(lèi)問(wèn)題。一種是老化劣化，電阻片受電、熱還有環(huán)境影響慢慢老化，非線性特性會(huì)變差；另一種是受潮，密封沒(méi)做好，潮氣會(huì)鉆進(jìn)設(shè)備內(nèi)部，導(dǎo)致絕緣性能下降；還有一種是內(nèi)部缺陷，制造或者運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，可能留下肉眼看不見(jiàn)的損傷。
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這些問(wèn)題會(huì)讓MOA的泄漏電流變大，消耗的能量也跟著增加，最后可能引發(fā)熱崩潰甚至爆炸。在線監(jiān)測(cè)的主要目的，就是在它徹底壞了之前，及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些早期的問(wèn)題信號(hào)。
二、核心監(jiān)測(cè)原理：泄漏電流分析
在線監(jiān)測(cè)的核心思路，就是分析泄漏電流。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，狀態(tài)好的MOA就像個(gè)阻值特別大的電阻，流過(guò)它的泄漏電流特別小，通常在毫安級(jí)范圍。這個(gè)總泄漏電流——我們叫它I?——主要分兩部分。
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一部分是容性電流（Ic），由MOA自身帶的雜散電容產(chǎn)生。這個(gè)電流的相位比運(yùn)行電壓超前90度，大小主要由MOA的結(jié)構(gòu)決定，不管設(shè)備用多久，這個(gè)電流基本不變。
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另一部分是阻性電流（Ir），它是穿過(guò)氧化鋅電阻片的電流，和施加電壓的相位相同，有時(shí)候也會(huì)相反。這個(gè)阻性電流最能看出MOA的絕緣情況和老化程度，只要電阻片開(kāi)始老化，或者設(shè)備內(nèi)部受潮，它的電阻率就會(huì)降低，阻性電流也會(huì)跟著明顯變大。
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所以在線監(jiān)測(cè)的本質(zhì)，就是從總泄漏電流I?中，準(zhǔn)確分出微小的阻性電流Ir，再觀察它的變化趨勢(shì)。
三、主要的監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)
根據(jù)分離阻性電流的思路不同，常用的技術(shù)有以下幾種。
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先講三次諧波法。這種方法的原理是，MOA電阻片有非線性特性，給它加正弦波電壓，阻性電流的波形會(huì)變樣，里面有很多三次諧波。我們測(cè)泄漏電流里三次諧波的大小，就能大概算出阻性電流的數(shù)值。它實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，成本也低，早期很多場(chǎng)景都用它，但測(cè)量精度容易受系統(tǒng)電壓諧波影響，可能會(huì)判斷錯(cuò)。
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再看基波法，也叫容性電流補(bǔ)償法，這是目前用得最廣、測(cè)量精度也最高的方法之一。監(jiān)測(cè)裝置會(huì)通過(guò)電壓互感器（PT）同步收集系統(tǒng)電壓信號(hào)，把這個(gè)信號(hào)當(dāng)相位參考。我們先通過(guò)數(shù)字算法從總電流I?里，提取出和電壓相差90度的容性電流基波——我們叫它Ic1——之后從總電流里減去這個(gè)容性電流，剩下的就是阻性電流基波，我們叫它Ir1。簡(jiǎn)單說(shuō)，計(jì)算公式就是Ir1≈I? - Ic1。它的好處是阻性電流基波Ir1受系統(tǒng)電壓諧波的影響小，能更真實(shí)反映MOA的絕緣狀態(tài)，測(cè)量結(jié)果又穩(wěn)定又可靠。
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全電流監(jiān)測(cè)法就比較簡(jiǎn)單了，只測(cè)MOA接地線里總泄漏電流I?的有效值或者峰值。MOA嚴(yán)重受潮或者損壞時(shí)，總電流會(huì)明顯增大，這種方法能及時(shí)報(bào)警，但靈敏度低，早期輕微的劣化發(fā)現(xiàn)不了，因?yàn)槿菪噪娏骺赡軙?huì)蓋住阻性電流的微小變化。
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還有功率損耗（P）監(jiān)測(cè)，原理是測(cè)MOA在運(yùn)行電壓下消耗的有功功率，公式是P=UIr。阻性電流Ir一旦變大，功率損耗P會(huì)成平方倍增長(zhǎng)，電阻片的溫度也會(huì)跟著升高，老化得更快。通過(guò)功率損耗能直接判斷MOA有沒(méi)有熱崩潰的風(fēng)險(xiǎn)，是個(gè)非常重要的判斷參數(shù)。
四、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成
一套完整的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常有三個(gè)部分。
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第一個(gè)是現(xiàn)場(chǎng)采集單元，裝在MOA的接地線回路里，里面有高精度的電流傳感器——拿羅氏線圈來(lái)說(shuō)，就屬于這類(lèi)傳感器——還有電壓信號(hào)采集模塊。
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第二個(gè)是通信網(wǎng)絡(luò)，作用是把采集到的數(shù)據(jù)傳到主站，保證數(shù)據(jù)能及時(shí)、準(zhǔn)確地傳遞。
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第三個(gè)是后臺(tái)分析系統(tǒng)，收到數(shù)據(jù)后，會(huì)先把數(shù)據(jù)存起來(lái)，再做分析和判斷情況。系統(tǒng)會(huì)提前設(shè)好報(bào)警閾值，還會(huì)畫(huà)出參數(shù)的變化曲線，就Ir、P來(lái)說(shuō)，都屬于這類(lèi)關(guān)鍵參數(shù)，運(yùn)維人員看這些曲線的變化趨勢(shì)，就能準(zhǔn)確判斷MOA的健康狀況。
五、總結(jié)
避雷器在線監(jiān)測(cè)的核心，是通過(guò)精確測(cè)量并且分析泄漏電流，尤其是阻性電流，了解它內(nèi)部的絕緣老化狀態(tài)。這項(xiàng)技術(shù)就像給避雷器裝了“實(shí)時(shí)心電圖”，運(yùn)維人員能提前發(fā)現(xiàn)故障風(fēng)險(xiǎn)，避免停電事故。在智能電網(wǎng)和設(shè)備全生命周期管理里，它是項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)。
