工厂供电网络中金属氧化物避雷器的运用

　　摘    要：　雷击产生的过电压和过电流超过工厂用电设备耐压值时，会对用电设备造成损害，甚至引发电气事故，这需要运用避雷器进行过电压保护，将过电流引流至大地，为电子元器件与高低压电气设备提供安全保障。本文通过分析氧化锌避雷器的在线监测系统优化，研究金属氧化物避雷器的安装，以及MOA在线监测系统的优化设计，为工厂供电网络提供保护。结果显示，金属氧化物避雷器在工厂供电网络过电压保护中能够发挥重要作用，提高避雷器监测效果，有效地保护了工厂供电网络的高低压电网稳定运行。

　　关键词：　工厂供电; 过电压保护; 避雷器; 在线监测;

　　随着我国电力技术的不断提高，电压等级不断提升，一旦供电系统遭受雷击，将严重影响供电系统的安全、稳定运行，进而影响工厂的正常生活活动。工厂电气设备随着技术的提升，元器件性能大幅提升，尺寸则大大下降，进而带来耐过电压能力弱等问题，因此对工厂电器设备进行必要的过电压保护十分必要。由于雷电高电压、大电流、瞬态性等特点，需要在供电网络安装避雷器进行保护。在工厂供电网络中，常用避雷器为氧化锌避雷器，但其容易受到外界环境的影响，长时间不维护容易产生老化、受潮、损坏等问题，因此需要对避雷器的运行情况进行在线监测，并对系统进行适当的改造优化，进而维护工厂供电网的稳定运行。

　　1 、氧化锌避雷器的在线监测

　　1.1、 金属氧化物避雷器运行故障机理

　　实践总结发现，氧化锌避雷器在正常运行中，由于受潮而产的损坏占比过半，比外避雷器老化、阀片温度系数过大等也是造成避雷器故障的重要原因。研究表明，避雷器受潮导致其内部氧化物阀片老化，进而降低避雷器非线性特征。整体来看，造成金属氧化物避雷器运行故障的主要原因有老化现象、热击穿现象、受潮现象、受气候影响、避雷器外套表面的污秽状况等。金属氧化物避雷器运行故障的原因能够通过高次谐波测量来确定，因此对MOA在线监测，对降低金属氧化物避雷器运行故障十分必要。

　　1.2 、MOA在线监测因素与监测方法

　　试验表明，MOA氧化锌避雷器在线监测的稳定性、实时性与准确性受到多因素影响，从MOA的伏安特性来看，在限压与恢复两个阶段，其伏安特性曲线呈现两种形态。在小电流区域，电压与电流接近线性关系，进入中电流区域后阻性电流增加，避雷器内部电阻片的电压电流为非线性关系，当进入高电流区域后，电流电压迅速升高。当避雷器中阻性电流的增加导致热损耗增加时，避雷器容易引发热崩溃，进而造成故障。由此可知，氧化锌避雷器在线监测的方法可选择红外线测试法、POW法、数值计算法、零序电流法、基波监测法等。

　　1.3 、外界环境对MOA在线监测的影响

　　从外界环境的主要影响因素来看，温度和污秽容易引起避雷器泄露电流，改变避雷器绝缘参数，给其在线监测带来影响。信息传输误差是信号受到强电干扰而在传输过程产生的失真现象。二次负荷变化引起角差变化，造成TV相移，是测量结果出现偏差。两种电网谐波电流叠加产生复杂关系，使泄露电流里存在容性谐波电流，需在监测中考虑荣幸谐波分量，否则会出现误判。
 

　　2 、金属氧化物避雷器及在线监测系统安装

　　2.1 、安装问题及安装方式

　　电器工程实践发现，氧化锌避雷器安装中常出现的问题主要有：安装位置不当致使失去保护作用；避雷器数量不匹配影响保护效果，比如数量过多则造成经济上的浪费，数量不足则达不到保护要求；在选择避雷器连接用导线时，横截面积不准确也会导致保护效果不佳。

　　在氧化锌避雷器的安装中，需要结合工厂供电系统的实际情况，选择合理的额定电压避雷器。即额定电压需接近线路对地电压，过高则避雷器在过电压发生时无动作，过小则避雷器易损坏。在变压器侧，为对变压器实施保护，可选择近变压器端，与变压器并联，一端接于保护线路上，另一端接地。避雷器接地线遵循左进右出原则，而避雷器检测装置原则上加装在正后方或下方。

　　在低压电网中，氧化锌避雷器安装在TT系统中的负载侧，中性线、相线、地之间分别安装氧化锌避雷器，实现电网纵向保护。氧化锌避雷器安装在TT系统的电源侧，采取“3+1”模式，且中性线与接地线间选择开关型氧化锌避雷器，提高耐受力。在TN系统中的避雷器，中性线、保护线与地短接，在相线与保护线间安装避雷器，实现供电网过电压保护。

　　在不同保护等级的供电网络设备中，设备对过电压的耐受性不同，对绝缘造成的破坏亦不同。因此针对不通过保护等级的供电设备，氧化锌避雷器也应选择不同的型号。电气装置进线处装置的耐冲击过电压额定值为6kV,配电回路和末端回路耐冲击过电压额定值为4kV，一般用电设备冲击过电压额定值为2.5kV，需特殊保护的设备冲击过电压额定值为1.5kV。由此，针对不同耐压等级的设备，需要选择与之匹配的氧化锌避雷器型号和安装方式。

　　2.2 、MOA在线监测系统设计

　　MOA在线监测系统分为数据采集、处理和数据传输三部分。数据采集是最初环节，主要负责信号调制、转化以及设定数据的采样；数据处理是对采集到的数据进行必要的计算分析，并实时显示与服务器显示装置；数据传输则负责监测数据在客户端与服务器端的传输。在线监测的结构为：集控站状态监测后台—保护室一次设备状态监测系统屏—交换机—智能汇控柜—避雷器信号处理单元。

　　氧化锌避雷器MOA在线监测系统的内部模块设计中，为了满足所测数据能够真实反映参考电压与实际泄露电流，共包括五个功能模块，即电流信号采样模块、电压信号采样模块、雷击模块、通信模块、A/D模块。

　　在工厂供电网络过电压保护中，氧化锌避雷器MOA在线监测的故障诊断，可采用的方法主要是灰关联分析法和数学形态法。在灰关联分析法中，先确定比较序列因子为相对湿度、温度、热冷锋面、降雨降雪、系统电压等，然后通过计算得到各因子间的关联度系数，对避雷器运行状态进行判断。在数学形态法中，当现场测得避雷器泄露电流信号受外界环境干扰较大时，需要对信号进行降噪处理，以便得出较为准确的曲线。在信号降噪过程中，采用形态滤波器能够更有效的抑制干扰。实验结果证明，数学形态法能够相对准确的诊断氧化锌避雷器绝缘性能，进而实现对避雷器运行的在线监测。

　　3 、供电网络过电压保护系统应用效果分析

　　将优化改造后的氧化锌避雷器与在线监测系统应用于工厂供电网络过电压保护实践中发现，这种优化改造方法不用拆卸避雷器即可实现在线监测，并能够准确的按照核定的电压参数进行信息反馈，超出范围则发送信息显示不合格。此外，结合工厂供电实际需求，过电压保护参数的合格范围能够自定义。经过实践运用，改造优化后的氧化锌避雷器保护系统，在MOA在线监测下，能够获得准确的测量结果，且过电压保护系统运行可靠，极大限度的消除了因过电压引起的设备故障，而且在实时监测的支持下，还能够对故障做到实施维修，具有良好的效果。

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