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氧化锌避雷器的结构与在线监测存在的问题

传统氧化锌避雷器在线监测存在的问题由于具有良好的性能，氧化锌避雷器在电力系统中得到了广泛的应用，下图为传统的氧化锌避雷器结构示意图。

为了掌握氧化锌避雷器的健康状态，早期最主要的方法是安装氧化锌避雷器监测装置，在运行中监视氧化锌避雷器在运行电压下的泄漏电流全电流，从而判断氧化锌避雷器的健康状况。工程实践中氧化锌避雷器监测装置的安装方法下图所示。各类在线监测系统本质上都是监测装置的功能升级而已，具备了数据远传和实时分析、判断的功能。在线监测系统都需要接入氧化锌避雷器运行电压下泄漏电流的全电流，常用的方法是在下图中避雷器下法兰和监测装置间连接导线的位置安装电流互感器。导线穿心通过电流互感器作为电流互感器的一次绕组，电流互感器二次输出电流对应着泄漏电流全电流，该电流输出到在线监测系统。

从原理上讲，在线监测系统的方法能准确判断氧化锌避雷器的性能。但是，现有的氧化锌避雷器的结构、安装方式和这种监测方法配合，存在着固有的缺陷。引起了多种因素对避雷器泄露电流测量准确性和有效性的干扰，限制了在线监测系统作用的发挥，经常会造成误判，使得大量的监测装置和在线监测系统处于异常、无效状态。某电网中安装避雷器在线监测系统222套，其中异常设备为125套，异常占比达到了56.3%

正常、准确地测量运行电压下避雷器泄漏电流的前提是，流过导体和流过避雷器阀芯的电流完全一致。但实际工作中，却存在着一些干扰因素，其中最重要的是绝缘底座的绝缘特性和外部绝缘的污秽情况。下图为等效电路图。图中R1为避雷器氧化锌阀芯的等效电阻，R2为外部绝缘污秽的等效电阻，R3为绝缘底座的等效电阻，I1为流过避雷器阀芯的电流，I2为流过避雷器外部绝缘表面的污秽电流，I3为流过绝缘底座的电流，I为流过避雷器监测装置被在线监测系统测量到的电流。

由图可知，I=I1+I2-I3。当避雷器外部绝缘表面干燥洁净时，I2非常小；当避雷器绝缘底座绝缘良好时，I3非常小；这时I基本上等于I1，可以认为在线监测系统测量到的电流，即为流过避雷器阀芯的电流。但当避雷器外部绝缘存在较严重污秽，甚至叠加雨雪天气时，污秽电流I2数值会变得很大，造成避雷器在线监测系统检测到的电流大于流过避雷器阀芯的电流，也就是测量到的运行电压下避雷器泄露电流全电流比实际值大。当避雷器支撑绝缘子绝缘不好时，R3变小，I3变大，会造成避雷器在线监测系统检测到的电流小于流过避雷器阀芯的电流，即测量到的运行电压下避雷器泄露电流全电流比实际值小。如上所述，现有的避雷器及在线监测系统安装方式中，避雷器绝缘底座和避雷器外绝缘污秽会极大地影响避雷器泄漏电流测量准确性，从而也限制了监测装置和在线监测系统正常发挥作用。这是避雷器结构与对应的避雷器在线监测系统配合，固有的缺陷。这种情况在实际工作中经常发生，给准确判断避雷器健康状况带来了困扰，也是各种避雷器在线监测功能正确发挥作用的瓶颈。

一种内置电流互感器的氧化锌避雷器我们设计了一种内置电流互感器的氧化锌避雷器，其结构如下图所示。

内置电流互感器的氧化锌避雷器的整体结构与原有氧化锌避雷器结构基本相同。在原有结构的基础上，增加了电流互感器、电流互感器输出线和电流互感器输出接口三个新部件。电流互感器采用环形结构，布置在绝缘筒外部，外部绝缘内部，水平位置与电极平齐，电流互感器的位置如图中阴影部分所示。这种布置方式，使得运行电压下流过氧化锌阀芯的泄漏电流穿心流过电流互感器，成为电流电流互感器的一次电流。二次电流通过电流互感器输出线被传输到氧化锌避雷器外部的电流互感器输出接口。各种测量装置可以直接从电流互感器输出接口采集电流互感器二次电流，并通过计算得到电流互感器一次电流。此一次电流即为流过氧化锌阀芯的电流，也就是运行电压下氧化锌避雷器的泄漏电流全电流。内置电流互感器的氧化锌避雷器，及对应的在线监测系统安装方法如下图所示。

行电压下，避雷器泄漏电流流过氧化锌阀芯，经下法兰、接地引下线直接流入地网。泄漏电流穿心流过电流互感器。电流互感器二次电流经电流互感器二次输出线、电流互感器输出接口，输入放大控制电路。放大控制电路将输入信号放大，并输出到在线监测装置。

内置电流互感器的氧化锌避雷器，由于电流互感器布置在避雷器的内部，外部绝缘表面的污秽电流将从电流互感器外部流过，并不流经电流互感器的一次侧，因此也不会被电流互感器测量。

同时，内置电流互感器的氧化锌避雷器将不再需要绝缘底座，而是直接安装在架构上，因此原有安装方式下绝缘底座绝缘降低对泄漏电流分流的情况也不会再发生。内置电流互感器的氧化锌避雷器通过结构、安装方式、测量方法的改变，消除了外绝缘表面污秽电流和绝缘底座绝缘情况对测量准确度的影响，提高了避雷器运行电压下泄漏电流测量的准确度，也为氧化锌避雷器在线监测系统功能的正常发挥