避雷器的红外诊断和在线监测
对运行中的避雷器进行红外诊断和在线监测是电力设备带电诊断的行之有效的技术手段。本节将分析几种常用避雷器运行和受潮缺陷下的发热原因、特点和红外热像特征，运行中避雷器进行红外测温和故障分析的方法，并重点介绍金属氧化物的在线监测。
一、避雷器的红外诊断
对于运行中的各类型避雷器，将利用红外测温仪测出的避雷器的表面各部分的温度进行相间、上下元件间和同类设备间的相互比较，或用红外热像仪对避雷器的热像图谱进行分析，如果根据上述热像特征发现有不正常的发热或不正常的温度分布，可判断为避雷器存有受潮缺陷，应引起注意，进行跟踪监测或停电进行其它试验，以免故障进一步恶化而引起事故的发生。这里我们主要介绍一下金属氧化物避雷器的热像特征。
2、金属氧化物热象特征
目前电力系统所采用的氧化锌避雷器主要是无间隙氧化锌避雷器，由氧化锌阀片直接承受系统的运行电压。此类避雷器都是单柱式结构，瓷套体积较小。这种结构得益于氧化锌阀片的高涌流能力和极好的非线性。根据运行保护参数的设计，正常运行的无间隙氧化锌避雷器将有0.5～1.0 mA的工频电流流过，并且主要属于容性成分，阻性电流仅占10%～20%，因此，无间隙氧化锌避雷器正常运行时消耗一定的功率，由于几何布置较均匀，外表发热也是整体性的。因正常状态下的氧化锌避雷器有一定的阻性电流分量，因此，热像特征表现为整体轻度发热。其中小型瓷套封装的结构，最热点一般在中部偏上位置，且基本均匀；较大型瓷套封装的结构，最热点通常靠近上部，不均匀程度较大。
氧化锌避雷器受潮主要是密封系统不良引起的。氧化锌避雷器受潮会大大增加本身的电导性能，阻性电流明显增大，由于多数氧化锌避雷器没有串联间隙，所以，其阀片将长期承受工作电压的作用。氧化锌避雷器的阀片在小电流区域也有负的电阻温度系数，此外氧化锌避雷器的体积较其他型式小，内部受潮后容易造成沿瓷套内壁或阀片侧面的沿面爬电，引起局部轻度发热，严重时会产生闪络击穿。对于多元件串联结构的氧化锌避雷器，当轻度受潮时，通常因氧化锌阀片电容较大而只导致受潮元件本身阻性电流增加并发热，当受潮严重时，阻性电流可能接近或超过容性电流，在受潮元件温升增加的同时，非受潮元件的功率损耗和发热开始明显，甚至超过受潮元件的相应值。
氧化锌避雷器受潮时的热像特征：对于单元件结构表现为整体明显发热；对于多元件结构，受潮初期表现为故障元件自身发热增加，受潮严重后，可引起非故障元件发热超过故障元件，当受潮故障进一步恶化时，还会伴有局部温升高于整体温升的现象。
二、避雷器在线监测
1、在线监测概况
DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》规定，每年或雷雨季节前要对氧化锌避雷器进行预防性试验，但是常规试验却存在一些无法避免的问题：
(1) 需要停电。被测设备要退出运行状态，势必影响系统的正常的运行。单母线接线方式下避雷器的停电预防性试验必须将母线及其全部的馈线停电，十分不方便，影响生产。
(2) 试验所加的电压和实际运行电压不一致，不能真实的反映设备的实际绝缘状况。 (3) 一般预防性试验的时间间隔较长，而氧化锌避雷器的性能变化到一定程度会加剧，造成事故不可预测。对此在试验周期内发生的事故常规的预防性试验无能为力，从而难以避免事故的发生。
开展在线监测是电力设备状态维修发展的必然要求。计划检修实行“到期才修、到期必修”，致使盲目检修和过度检修现象，带来了人力和物力的浪费。状态维修应该实行“该修必修，不该修不修”，从而使检修具有较强的针对性和先见性，节约了检修成本，减少了停电时间，提高了设备利用率和可靠性。目前国外的状态维修已经进入了具有监测、判断、告警专家系统的高级阶段。开展在线监测技术正是顺应了这一发展趋势，必将在电力设备实施状态维修种发挥重要作用。对金属氧化物避雷器的运行状态进行在线监测，主要是针对以下几个方面：
(1) 金属氧化物避雷器老化与发生热击穿的情况。导致发生热击穿的最终原因是发热功率大于散热功率，积蓄的热量使阀片温度升高直到发生热击穿。只要氧化锌阀片温度不超过稳定温度阈值，就不会发生热击穿；反之，阀片的温度超过不稳定阈值，热击穿就不可避免。氧化锌阀片的发热功率取决于流过氧化锌阀片电流的有功分量，散热功率取决于氧化锌阀片所处的环境温度、周围介质特性和的结构和尺寸。因此，监测全电流中的有功分量，就可以了解其发热功率的变化，只要发热功率与散热功率之间有足够的裕度，就不会发生热击穿。据此监测阻性电流分量的变化可以对运行是否安全进行预报。
(2) 金属氧化物避雷器内部受潮。自身密封不严，会导致内部受潮，或在安装时内部有水分侵入，那么在运行中，全电流将出现增大现象，如果受潮严重，则在运行电压作用下，会发生沿氧化锌阀片柱表面或避雷器瓷套内壁表面的放电，严重时可能引起避雷器爆炸，这是必须要注意的一个问题。受潮引起的全电流的增加，主要是由于基波阻性分量增加成的，监测基波阻性电流分量的变化，并根据其变化的大小可以判断受潮的程度。
(3) 氧化锌阀片与外瓷套之间局部放电现象。当外瓷套受到污秽作用时，外部瓷套上电位分布发生变化，内部阀片与外部瓷套之间电位差加大，严重时可发生径向局部放电，产生脉冲电流。如果这种脉冲电流很大，会使氧化锌阀片在电流聚集的地方被烧熔，损坏氧化锌阀片，导致整个的损坏，这种情况对避雷器的危害很大，必须退出运行，以保证设备的安全运行。资料提出在发生阀片与外部瓷套之间放电、产生脉冲电流时，在避雷器阻性电流波形上会有脉冲电流尖峰出现，这个现象可以作为一个判断依据，用以及时发现内部径向放电故障，并加以处理保证的安全正常运行。
2、在线监测方法
(1)泄漏电流
评价MOA运行质量状况好坏的一个重要参数就是泄漏电流的大小。MOA的泄漏电流的大小。MOA的泄漏电流Ix（简称全电流）由阻性电流分量Ir（简称阻性电流）和容性电流分量Ic（简称容性电流）两部分组成。阻性电流Ir的基波分量与电压同相，Ic超前电压90°.全电流基波相位取决于Ir与Ic分量的大小，因此，可以用补偿容性电流的方法直接测量泄漏全电流及阻性电流的大小。
(2)检测方法
MOA的定期检查是指在不停电的情况下定期测量避雷器的泄漏电流或功率损耗，然后根据测试数据对避雷器的运行状况做出判断分析，对隐患做到早发现早处理，确保电网安全运行。目前经常采用的几种监测方法有：
a）全电流法 直接在MOA接地引下线中串接电流监测仪（交流毫安表），平时将其用闸刀短路，读数时则将闸刀打开，流过毫安表的电流可视为总泄漏电流。该法简便，适于在现场大量监测使用。但当阻性电流变化时，总泄漏电流的变化不是很明显、灵敏度也低。
b）基波法
基波法是通过采用数学谐波分析技术从总泄漏电流中分离出阻性电流的基波值，并以此来判断金属氧化物避雷器的健康状况。
c）谐波法
由于金属氧化物的非线性特性，当在其两端加正弦波电压时，泄漏电流的阻性电流中不仅含有基波还含有谐波。对于特定的MOA，其阻性电流和谐波量的关系是可以预先找到的。这样就可以通过测量谐波达到测量MOA阻性电流的目的。但当MOA两端施加的电压含有谐波时，就不能正确测量阻性电流；MOA受潮时也不能测量出来。
关于避雷器在线监测的内容在第七章有详细介绍，这里不再做太多阐述。
