昆明供电局，云南 昆明 650299
摘要：避雷器（氧化锌避雷器），是防护交流电力器件免于自然灾害雷电过电压及操纵过电压遭受损伤的关键设备，但因长时间遭受到外界因素作用而使设备逐渐陈旧，影响电力系统平稳运作。本系统设计基于对变电站避雷器进行实时在线监测，选取避雷器智能监测方法，选用全泄露电流与阻性电流监测方法，选择放电次数与时间方法，对抗干扰能力、信号隔离、通讯系统进行设计，并就对避雷器的智能监测进展方向进行研究。
关键词：避雷器；避雷器智能监测；避雷器传感器；RS485通信
前言：现今电力系统发展迅速，电力系统已趋于完善。因过电压而引发的电力事故锐减，不过雷电灾害导致的电力事故仍不容忽视。避雷器的智能监测是智能变电站的关键组成部分，且由于避雷器不存在任何间隙，在持续电压下泄露电流流过，可使避雷器产生老化。且受潮、电位分布不均以及存在污秽电流、过电压亦可引起避雷器劣化。而避雷器均安装有在线监测器，以往方法是分配人员按期巡视记录，已不适用于现今智能变电站。可将运行参数输送至智能电子设备中，实施智能监测。
1避雷器在线监测方法
变电站避雷器在线监测系统设计可更为直接、简便的对避雷器老化有大体掌握，摒弃了以前使用人工巡视记录模式，所耗费的人力物力巨大，并且可对故障的时限加以缩短，做到早发现早排除，对于电网的合理高效稳定运作都是不小的助力，也为整个电力系统安全保驾护航。不过由于雷击与线路走向所经区域的地形、地势均为作用因素，包括有海拔高度、地面倾角、土壤电阻率等，均无法实时的反映出来，另外。杆塔塔形、反击与绕击耐雷水平也是重要参照要数，就这该类避雷器的在线监测研究设计如何与雷区分布情况融合起来，还需要作深入分析。由于变电站中避雷器数量多、分布广以及距离远，可分配合适的智能电子设备，采用RS485进行通信，为提高通信可靠性和抗干扰能力，可使通信信号汇集之后转换为光信号输送至智能电子设备中。
1.1避雷器监测数据选取
普通型避雷器可监测避雷器的放电次数和全泄露电流值，因而智能监测器要对这两类数据进行监测，避雷器在正常运行状态下，所通过的大多数为容性电流，较少数为阻性电流。由于阀片的劣化，会导致流过阀片的阻性电流增加。此外，因为避雷器结构不当、密封性较差和潮湿环境下绝缘部件损坏，其阻性电流也会陡然提高。而全泄露电流数值中阻性电流的相应指标是判别避雷器好坏的重要标准。其中，全泄露电流中阻性电流骤升，会致使阀片温度过度高，产生热崩溃，甚至发生避雷器严重的爆炸事故。因此，通过对避雷器运行状态下的泄露电流、阻性电流进行采集并加以比较，可以很清楚地了解在线监测避雷器的性能状况，且由于智能监测器中使用的是单片机系统，还可对避雷器的放电时间进行监测。
1.2泄露电流监测
为提升智能监测器的运行可靠性和抗干扰能力，可通过电流互感器获得避雷器的泄露电流，电流互感器敏感度要求极高，但是避雷器在运行过程中雷电流和冲击电流均过高，电流互感器难以承受，可安装在小电流支路中，可防止电流互感器的损坏，且具有与主回路的电气隔离作用。
1.3阻性电流监测
可采用补偿法、谐波法、功耗测试法和相位测试法对阻性电流进行监测，由于氧化锌避雷器阻性电流分量有优越的非线性，阻性电流谐波分量大，其中的三次谐波分量所含成分占比最多，且其容性分量为线性，可对避雷器泄露电流的三次谐波分量进行测量，并通过校准方式确定阻性电流大小。另外，氧化锌电阻片等值回路是复杂的链式回路，阻性电流的峰值和电压峰值存在差异。故而，使用相位法进行测量误差也会产生，并且相间干扰问题也存在。而选用人为移相方式加以测量，人为因素亦会产生。在智能变电站中，广泛采用的是智能电压互感器，其电压信号可通过光信号进行传输，利用电压的方式对阻性电流进行测量，获得电压信号十分困难，难以采用这类方式。
1.4放电信号获得
可通过继电器获得放电信号，当避雷器放电时，取样的电压升高使得继电器处于闭合状态，并使继电器常开触点与单片机连接，可收集到放电信号。
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1.5抗干扰能力
单片机系统使用电磁隔离供电手段，RS485通信系统采用光电隔离方法，可提高系统抗干扰能力。
2功能设计
2.1通信系统
由于避雷器相隔距离较大，可采用12V直流电源进行供电，并可将变电站中监测器分为12个区域，使用12个接线盒，盒内安装有一12V开关电源分别给不同区域的监测器进行供电，电压衰减问题也可得到解决。此外，通信线的正负极连接要正确，并在其中一个接线盒中安装有RS485光纤转化器，使用光缆输送至变电站专门小室中，并将光信号转换为RS485电信号与智能电子设备连接。
2.2调试
对计算机与监测器间的通信进行检查，通信系统处于正常状态时，可使用计算器试验器放电计数性能进行试验，且对于避雷器的泄露电路和阻性电流均可监测，且符合实际值。
2.3氧化锌避雷器硬件结构
实际设计氧化锌避雷器硬件结构的过程中，可以采用互相感觉的方式流过MOA内部。此方式的最终目的是保证电路内部的信号不会互相干扰。但是，除了有源滤波外，还会存在少量更高级别的谐波。因此，需要采用24位AD码转换数据，并在运用DSP转化后进行全面处理，保证数据完全传输至接收端。
2.4氧化锌避雷针软件结构设计
设计氧化锌避雷针软件系统的过程中，可以利用手机APP有效显示数据，并有效进行谐波分析。MCU作为一种核心运算功能，能够更好地控制整个单元。整个系统的工作流程具体如下。将各个模块初始化，充分连接包括时钟信号、输入/输出模块及相关串口等。系统运行过程中，中断信号到达一定位置后，具体判断中断信号是否属于外部I/O中断信号。一旦手机接收到中断指令，MCU就会将手机APP端口发送的指令传送到I/O端口，指令传送成功后再执行相关操作。如果接收到由FPGA端口发送的信号时，则MCU端口就可以通过I/O端口接收各项数据信息，并将各项数据信息发送到连接口和手机APP端口。
3氧化锌避雷器的工作原理
每一个氧化锌避雷器内部都存在多个氧化锌阀片串，内部也会融合更多的线性电容和极间电容。从长远发展来看，氧化锌阀片的质量会直接决定避雷器的质量。当氧化锌避雷器在正常的电压下工作时，各种类型的有阻电流和容性电流会流过氧化锌避雷器[2]，其内部的避雷器阀片和非线性电阻就会呈现并联状态。氧化锌电阻片在氧化锌避雷器中发挥越来越重要的作用。当两端电压较低时，整个避雷器就会表现出一种高电阻和低流通的状态，不仅可以大大降低内部功耗，而且能够有效防止出现热现象。但是，当加载在氧化锌电阻片的电压上升到一个临界点时，一股巨大的电流会流过避雷器，避雷器就会在一瞬间被击穿，即常见的“隧道效应”。氧化锌避雷器在一定电压下运行的过程中，具有与绝缘子相差无几的绝缘性能。如果被保护的电气设备不能承受较大电流时，那么处于并联状态下的氧化锌避雷器能够自动降低本身的电阻值，引入更多的电流。有效运用氧化锌避雷器能够保证电力设备只承受一部分电力，并将多余电荷引向大地，使整个电网系统稳定运行。
4结论
氧化锌避雷器在电网设备安全运行中占据重要地位，但其长时间运行后会出现老化现象。本文结合实际案例，全面分析、研究了氧化锌避雷器在线监测装置。工作人员只有掌握了相关知识，了解氧化锌避雷器在实际使用过程中的作用，才能发挥该器件应有的作用。
参考文献：
[1]谢荣斌.电气设备在线监测技术的现状与发展[J].贵州电力技术，2015，（3）：169-174.
[2]卢挺.浅谈新型避雷器在线监测远传系统[J].大科技·科技天地，2016，（3）：69-74.
[3]陈珍莉，樊力.氧化锌避雷器在线监测系统的研制[J].电网技术，2015，（4）：169-174.
论文作者:吴尉民 杨进
论文发表刊物:《中国电业》2019年第9期
论文发表时间:2019/9/20
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