摘要：本文对氧化锌避雷器在线监测系统了进行了合理的优化设计。通过优化硬件系统中信号采集单元、处理单元、传输单元和供电单元的设计，提高了避雷器运行数据采集的精度和速度，有利于实现避雷器运行状态的实时监测。通过本文的优化设计，有效改善了氧化锌避雷器在线监测系统的效率与准确度，为电力系统的安全可靠运行提供了保障。
关键词：氧化锌避雷器；在线监测；硬件设计；客户端设计
1 引言
避雷器作为电力系统中重要的保护设备，其性能好坏关系到电力系统能否安全、可靠的运行。其中，氧化锌避雷器（MOA）因非线性特性突出、通流能力强和结构简单等优点，成为了目前电力系统中应用最广泛的避雷器[1]。但氧化锌避雷器在长期运行过程中，也会因自身结构特点和环境因素产生性能劣化[2]。由于氧化锌避雷器没有串联间隙，氧化锌阀片在工作电流的长期作用下温度会升高，从而加速老化，避雷器的老化会致使故障发生，从而使得电气设备失去过电压保护，影响电力系统的安全可靠运行。因此，有必要对避雷器的状态进行监测。
2 氧化锌避雷器在线监测系统的硬件设计
2.1 氧化锌避雷器在线监测系统的信号采集单元设计
本文的氧化锌避雷器在线监测系统的信号采集单元由电压互感器（PT）、电流互感器（CT）、雷击监测传感器和温湿度传感器组成。
为了进一步提高在线监测系统的精度，准确识别避雷器的健康状态劣化的原因，本文采用谐波法作为在线监测方法。谐波法以阻性电流基波分量和阻性电流各项谐波分量为特征量，对此，需采集避雷器的运行电压和泄漏电流。然而，健康状态下的避雷器的泄漏电流极小，通常为毫安级，常规的电流互感器难以精确的采集泄漏电流信号。并且，避雷器所处环境复杂，周围存在强烈的电磁干扰，会进一步降低电流互感器信号采集的精度。对此，需对电流互感器进行优化设计，从而提高信号采集的精确度。本文利用穿心式电流互感器采集泄漏电流。为了进一步加强泄漏电流的信号采集精度，对电流互感器进行增加线圈处理，并将线圈正反相接，在增加线圈匝数的同时，产生更高的感应电动势，提高了信号采集的精度。但线圈匝数的增加易引发低频电磁干扰，对此，使用金属罩遮蔽电流互感器。
2.2 氧化锌避雷器在线监测系统的信号处理单元设计
本文的氧化锌避雷器在线监测系统的信号处理单元包括放大电路、滤波电路、A/D转换电路和CPU。
经传感器采集的各种信号极为微弱，且含有干扰信号，需对所得信号进行预处理，才能用于进一步的分析处理。采用放大电路抑制信号中的共模信号，增强其中的差模信号，从而实现可用于分析份差模信号的放大。并且，避雷器所处的电力系统为高压电路，高压电路会劣化传感器采集信号的质量，致使采集的信号中存在高频信号。严重的信号干扰会显著降低信号的可用性，因此，有必要提高信号的信噪比，改善信号的质量。对此，需对采集的信号进行滤波处理。将经放大电路放大的信号接入滤波电路，即可实现信号的滤波处理，从而获得高信噪比的信号。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但经放大电路和滤波电路处理后的信号仍为模拟信号，CPU无法对模拟信号进行处理，需将其转换为数字信号方可进行进一步的分析处理。对此，利用A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号。其中，所用模数转换器（ADC）的转换速率和精度对检测系统的精确度至关重要。对此，本文选取AD7655作为模数转换器。
2.3 氧化锌避雷器在线监测系统的信号传输单元设计
本文采用分布式监测的方式进行氧化锌避雷器的在线监测。分布式监测系统的基础是对信号采集单元采集到的模拟信号就地处理，然后将得到的数字信号通过信号传输单元进行传输。
RS-485总线结构精简，便于多点互联，适用于分布式系统的数据传输。本文选用RS-485总线作为数据传输单元，通过RS-485总线将不同的信号采集单元、信号处理单元连接起来，构成数据传输网络，实现对不同避雷器监测数据的汇总分析。虽然RS-485总线存在诸多优点，但其自适用、自保护能力差，在复杂的电力系统中极易被干扰，从而降低数据传输质量。对此，可对RS-485总线进行针对的隔离、保护措施，以此提高信号传输单元运行的安全性、可靠性。
2.4 氧化锌避雷器在线监测系统的供电单元设计
电子电路及设备的正常运转需要安全可靠的电源。在氧化锌避雷器在线监测系统的设计中，为了保证系统的平稳运行，必须为系统提高安全可靠的电源。对此，本文将太阳能电池板与锂电池相结合作为供电单元。
太阳能是便于获取的可再生能源，将太阳能电池板作为监测系统供电单元的组成部分，在太阳光照充足的时候，既可为监测系统提供电能，又可为锂电池充电蓄能。而锂电池可在光照不足、太阳能电池板产能不足以支持系统运转时，作为监测系统的备用电源，为系统提供充足的电能。
3 氧化锌避雷器在线监测系统的客户端设计
对氧化锌避雷器进行在线监测的目的在于实时跟踪避雷器的运行状态，及时掌握避雷器的健康状态，以避免因避雷器老化等问题引发的大范围停电等严重事故的发生。为了实现该目的，本文进行了氧化锌避雷器在线监测系统的客户端设计。通过客户端将在线监测数据汇总分析，便于避雷器状态的直观呈现。用户可随时随地查看避雷器的运行状态、健康信息，便于用户掌握及时掌握避雷器的状态。并且，通过在移动客户端设置亚健康警报、故障警报等信息推送功能，可及时提醒用户处理相关问题，避免问题的进一步恶化。
4 结论与展望
本文对氧化锌避雷器在线监测系统进行了合理的优化设计，将谐波法作为作为在线监测的理论基础，通过优化各硬件单元和完善客户端功能，实现了对氧化锌避雷器运行状态的的实时、精确监测。能够准确监测避雷器的运行状态，并及时反馈避雷器的健康信息，便于避雷器的监控管理，有利于提高电力系统运行的安全可靠性。
参考文献:
[1] 王朝斌, 庞丹, 李国庆, et al. 高压电缆线路避雷器在线监测系统的研究[J]. 电测与仪表, 2015, 52(12):88-91.
[2] 潘翔, 鲍远慧, 朱春. 基于DSP金属氧化锌避雷器在线监测系统[J]. 仪表技术与传感器, 2013(5):57-59.
论文作者:仇伟杰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/5
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