摘要：为了保障变电站的安全运行，分析避雷器出现早期故障的变化机理，并依据研究机理研制避雷器故障监测诊断装置，使其具有采集避雷器日常状态数据和显示避雷器早期故障的功能，以此实现对避雷器早期故障的监测、判断和及时预警，杜绝因可克服因素造成的事故。
关键词：物联网技术；变电站避雷器；故障诊断
一、变电站避雷器早期的故障诊断现状
氧化锌避雷器（MOA）由于污秽、受潮、谐波、过电压等因素的影响，加剧了其阀片的劣化速度，严重时会引起损坏甚至爆炸，进而导致更大的事故，因此国内外对 MOA 状态的监测十分重视，也开展了许多相关的研究，并取得了一定的成就。最初避雷器的监测，只是在实验室进行，通过对实验数据的长期监测，判断估计避雷器可能发生的早期故障。后来，为了提高避雷器监测的准确性和多样性，开展了避雷器的带电测试研究，以实际运行的状态数据来判断避雷器的故障类型及发生的概率，这种方法的实施，极大提高了避雷器的安全性。不管是哪种监测方式，其监测原理多是通过监测分析避雷器的阻性电流或持续电流来判断的。但由于避雷器的出厂阻性电流并没有统一的标准，每个厂家的参数都会有所不同，通过阻性电流值的大小来判断好坏，必须要将其长期数据进行比对和分析后才能得到判断的依据。避雷器每年例行检修工作量很大，监测长期数据对比分析的方法已不能满足电力部门对高效工作的基本要求。因此，需要采用更为高效、准确的方法，来监测避雷器可能出现的早期故障。本文在前人研究的基础上，结合目前最为先进的物联网技术，研究设计避雷器早期故障监测终端装置及避雷器主站预警管控平台，实现对避雷器早期故障的快速、有效评估和分析。
二、基于物联网技术的避雷器早期故障诊断原理及方案
研究表明，流经避雷器的漏电电流由容性分量和阻性分量组成，容性分量在比重上虽然占据 80% 以上，但是，避雷器的老化、污秽、受潮、过电压等早期故障与该分量的变化无显著关系，而与仅占 10-20% 的阻性分量的关系密切。在理想情况下，避雷器的三相电流矢量和为零，当出现故障时，矢量和的大小取决于阻性电流增量的大小。而阻性电流增量一般取决于持续电流的幅值变化。本文基于上述避雷器故障与三相电流矢量和 3Io、阻性电流增量的关系，设计相应的避雷器早期故障监测终端装置和避雷器主站预警管控平台。通过主站预警管控平台对避雷器终端监测装置采集的三相矢量和数据和阻性电流数据进行分析和判断，确定避雷器可能出现早期故障的情况，并对故障情况及时预警。
三、变电站避雷器的主要特征
1.氧化锌避雷器的通流能力大。这主要体现在避雷器具有吸收各种雷电过电压、工频暂态过电压、操作过电压的能力。
2.氧化锌避雷器的保护特性优异。氧化锌避雷器是用来保护电力系统中各种电器设备免受过电压损坏的电器产品，具有良好的保护性能。因为氧化锌阀片的非线性伏安特性十分优良，使得在正常工作电压下仅有几百微安的电流通过，便于设计成无间隙结构，使其具备保护性能好、重量轻、尺寸小的特征。当过电压侵入时，流过发片的电流迅速增大，同时先治疗过电压的幅值，释放了过电压的能量，此后氧化锌阀片又恢复高阻状态，使电力系统正常工作。
3.氧化锌避雷器的密封性良好。避雷器元件采用老化性能好。气密性好的优质复合外套，采用控制密封圈压缩量和增图密封胶等措施，陶瓷外套作为密封材料，确保密封可靠，是避雷器的性能稳定。
4.氧化锌避雷器的机械性能。主要考虑以下三方面因素：承受的地震力；作用于避雷器上的最大风压力：避雷器的顶端承受导线的最大允许拉力。
5.氧化锌避雷器的高运行可靠性。长期运行的可靠性取决于产品的质量，及对产品的选型是否合理。影响它的产品质量要有以下三方面：避雷器整体结构的合理性；氧化锌阀片的伏安特性及耐老化特性；避雷器的密封性能。
6、工频耐受能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于电力系统中如单相接地、长线电容效应以及用负荷等各种原因，会引起工频电压的升高或产生幅值较高的暂态过电压，避雷器具有一定时间内承受一定工频电压升高能力。
四、变电站避雷器早期故障表现
1. 天气正常而发现避雷器瓷套有裂纹，应立即停止运行，即将故障相避雷器退出运行，更换合格的避雷器。雷雨中发现瓷套有裂纹，应维持其运行，待雷雨过后再进行处理。若因避雷器瓷套裂纹而造成闪络，但未引起系统接地时，在可能条件下应将故障相避雷器停用。
2. 避雷器内部异常或套管炸裂。这种现象可能会引起系统接地故障，处理时，人员不得靠近避雷器，可用断路器断开故障避雷器。
3. 避雷器在运行中突然爆炸。这种情况下，可在雷雨过后，将避雷器停用，并及时更换合格的避雷器。
4. 避雷器动作指示器内部烧黑或烧毁，接地引下线连接点烧断，避雷器阀片电阻失效，火花间隙灭弧特性变坏，工频续流增大，若有以上这些异常现象，应及时对避雷器作电气试验或解体检查。
五、避雷器故障监测诊断终端装置设计
本文设计的避雷器故障监测诊断装置的核心是对避雷器的三相电流矢量和（3Io）及阻性电流增量进行监测。其中，三相电流矢量和 3Io 是利用 uA 表监测；阻性电流增量用持续电流的幅值表示，大小用 mA 表进行监测。通过采用毫安表与微安表对流经避雷器的三相电流矢量和（3Io）及持续电流进行监测，来判断因污秽严重、电流过大、三相不平衡、谐波过电压、受潮等常见因素引起避雷器可能出现早期故障的情况。具体方法如下：
1.正常情况下，避雷器监测装置实时监测三相避雷器的单相持续电流，长期的运行过程中，测量元件中的三块 mA 表会随运行电压的升降而升降，但升降范围一般不会超过 ±5%。通过跟踪监视持续电流的幅值变化，如果幅值持续增大，则进入预警流程并在避雷器监测装置上以亮灯的形式体现，同时，以一定的通讯方式将监测数据传输至变电站主站系统，启动进一步的预警功能。
2.当 mA 表幅值无明显变化，而 uA 表幅值有明显增大的情况，观察 mA 表和 uA 表的变化是持续性的还是间歇性的。若为持续性的变化，判断为避雷器出现了早期故障。如果是间歇性的变化，可能是由于线路的三相不平衡或者是谐波过高等原因造成的，具体还需要作出进一步的判断。
3.当持续电流增量值持续增大，且三相持续电流矢量和的3Io 值明显增大，判断为避雷器出现了早期故障。造成这种故障的原因可能由于避雷器受潮或者污秽比较严重的情况所致。这种情况可以通过肉眼观察的形式排除。
4.避雷器预警主站管控平台。本文设计的避雷器早期故障诊断终端支持可扩展通信接口，支持 232、485、RJ45 接口，以适应各自网络环境进行应用。通过避雷器故障监测终端系统中的物联网无线通讯模块，将故障监测装置采集的持续电流数据和三相矢量和 3Io 数据传输至主站管控平台。主站平台采用 C/S 与 B/S 相结合的架构设计，数据库支持各主流商用数据库，也支持 MySQL 等开源数据库。主站平台将避雷器故障监测终端采集的数据进行分析处理，并以可视化图形界面显示，实现对避雷器故障运行状态的评估与趋势分析，并对出现的早期故障的情况进行及时告警。另外，平台建立告警筛查和统计功能，实现对告警信息的智能化统计，生成事项分析报告。运维人员根据告警类型和事项分析报告，分情况进行带电或者不带电故障处理。
结束语
避雷器的早期故障诊断预警，能够实现避雷器状态检修，破除避雷器单纯以时间为基础的检修制度，提高设备运行可靠性，提高电网运行安全性，减轻运维人员工作强度，优化检修模式，维修费用减少 约50%，设备事故率减少约 75%，产生显著的经济和社会效益。
参考文献：
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[2] 周志强 . 山区串联间隙氧化锌避雷器的运行与维护 [J]. 电工技术 .2018（11）93.
论文作者:冉子龙,杨清河,尹扬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：避雷器论文; 故障论文; 过电压论文; 电流论文; 氧化锌论文; 矢量论文; 终端论文; 《电力设备》2018年第31期论文;