許華淳++陳霖++林金芬

摘 要 由于配電網(wǎng)自動(dòng)化的快速發(fā)展，金屬氧化物避雷器（MOA）在保護(hù)電網(wǎng)設(shè)備中的應(yīng)用普及度顯著提高。但配電網(wǎng)線路較為復(fù)雜且分布面積廣，利用MOA避雷器保護(hù)舉措并不能完全保護(hù)電網(wǎng)設(shè)備，還較易出現(xiàn)絕緣老化和泄露電壓等問(wèn)題。基于此，本文結(jié)合目前配電網(wǎng)避雷器狀態(tài)裝置研究分析，闡述了避雷器的運(yùn)行現(xiàn)狀，并為在線監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)提出相一些改進(jìn)舉措，以供相關(guān)行業(yè)參考。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng) 避雷器 在線監(jiān)測(cè) 應(yīng)對(duì)策略

避雷器主要是用來(lái)限制過(guò)電壓和保護(hù)電氣設(shè)備的絕緣工具，廣泛應(yīng)用于配電網(wǎng)10kv變電站電力設(shè)備保護(hù)工作中，對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行具有實(shí)際作用。由于MOA相比碳化硅避雷器更具使用優(yōu)勢(shì)，在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中較易被采納，但隨著近幾年電力設(shè)備事故的頻繁發(fā)生，傳統(tǒng)避雷器的使用技術(shù)已經(jīng)不能滿足部分用戶的用電需求，國(guó)家電網(wǎng)部門必須做好MOA運(yùn)行性能在線監(jiān)測(cè)工作，以保障電力設(shè)備的安全運(yùn)行。我國(guó)電力系統(tǒng)一般選擇預(yù)防性避雷監(jiān)測(cè)，時(shí)間周期較長(zhǎng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)工作需要耗費(fèi)大量的財(cái)力和人力，不利于電力設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)線路的安全運(yùn)行。因此，做好避雷器在線監(jiān)測(cè)運(yùn)行工作，研制出一種造價(jià)便宜適用于10KV配電網(wǎng)的避雷器在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)預(yù)防電網(wǎng)事故具備實(shí)效意義。

1 配電網(wǎng)避雷器狀態(tài)裝置分析

1.1 帶間隙避雷器在線監(jiān)測(cè)

目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者增加對(duì)配電網(wǎng)避雷器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究力度，大大提升了避雷器對(duì)輸電線路的防雷性能，大量應(yīng)用于不超過(guò)220kv的線路防護(hù)工作中，其中帶間隙避雷器在線運(yùn)行監(jiān)測(cè)已逐步實(shí)現(xiàn)電源自帶和重復(fù)利用裝置特點(diǎn)。在開展配電網(wǎng)線路建設(shè)時(shí)，由于配電網(wǎng)多由10kv避雷器構(gòu)成，自身事故影響范圍并不全面，對(duì)其監(jiān)測(cè)重視程度不高，但長(zhǎng)期發(fā)展較易產(chǎn)生配電安全運(yùn)行故障，擴(kuò)展至嚴(yán)重程度可能會(huì)造成輸電線路整體癱瘓，為此需要充分發(fā)揮帶間隙避雷器的自身電壓進(jìn)波優(yōu)勢(shì)，保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備。從避雷器工作特點(diǎn)來(lái)看，主要是為電力設(shè)備安全運(yùn)行服務(wù)的，對(duì)于帶間隙線路而言，則是通過(guò)相關(guān)部分的金屬氧化物為其預(yù)防工頻電壓老化問(wèn)題，當(dāng)運(yùn)行沖擊狀態(tài)與沖擊電流振幅形成正比時(shí)，在保障正常電流值和通電次數(shù)的情況下（放電電流20kA），利用閥片對(duì)其開展保護(hù)工作，這也是避雷器在線監(jiān)測(cè)裝置順利運(yùn)行的關(guān)鍵因素。并且，在大電流技術(shù)支路計(jì)算器具運(yùn)行下，開關(guān)信號(hào)對(duì)其故障提出警示預(yù)防信號(hào)，將輻射較大的放電電流引入下線回路中，也是發(fā)出信號(hào)彈的前期準(zhǔn)備過(guò)程。

1.2 配電網(wǎng)避雷器監(jiān)測(cè)裝置

配網(wǎng)避雷器作為保護(hù)電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，在進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)時(shí)，將受到超出千萬(wàn)安培大型電流沖擊，極其容易出現(xiàn)“避雷失效”和“毀壞元件”等現(xiàn)象，對(duì)MOA非線性閥片造成難以估量的傷害。為解決配電網(wǎng)避雷器監(jiān)測(cè)裝置問(wèn)題，對(duì)于MOA在線監(jiān)測(cè)實(shí)施方式，需要從經(jīng)濟(jì)型來(lái)考慮，對(duì)研制成本實(shí)行節(jié)約理念，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)避雷器監(jiān)測(cè)設(shè)備的造價(jià)優(yōu)勢(shì)和運(yùn)行特色。在10kv系統(tǒng)避雷器的泄漏電流運(yùn)行過(guò)程中，MOA內(nèi)部絕緣損毀程度會(huì)加以深化，將阻性電流擴(kuò)展至幾倍，可選取100～200μA的配電型MOA監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)MOA出現(xiàn)內(nèi)部絕緣安全隱患問(wèn)題時(shí)，相對(duì)的阻性電流會(huì)出現(xiàn)一定變化，RC數(shù)值呈現(xiàn)激烈變化或平穩(wěn)趨勢(shì)，需要采取保護(hù)防御措施和巡視對(duì)策，及時(shí)替換避雷器保護(hù)裝置，盡量縮減輸電線路安全事故的發(fā)生機(jī)率。湖北興山天星供電公司對(duì)其110kV變電站采取配網(wǎng)避雷器在線監(jiān)測(cè)裝置設(shè)備優(yōu)化處理，為監(jiān)測(cè)裝置設(shè)備衍生至更多發(fā)展領(lǐng)域。

2 配電網(wǎng)避雷器運(yùn)行監(jiān)測(cè)裝置現(xiàn)狀

2.1 配電網(wǎng)避雷器密封老化

我國(guó)電網(wǎng)公司對(duì)其110kV～500kv的配電系統(tǒng)事故加以整合，發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)避雷器的累線保護(hù)水平較低，直接受到直擊雷和感應(yīng)雷的危害，造成部分變電站缺乏電網(wǎng)安全和供電可靠性的實(shí)際保障。對(duì)于配電網(wǎng)避雷器密封老化相關(guān)問(wèn)題，10kv配電系統(tǒng)具有高電阻特性，生產(chǎn)制造商使用的密封材料性能有待改善，當(dāng)遇到溫差劇烈變化或使用壽命達(dá)至極限時(shí)，電力設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造出現(xiàn)密封不良問(wèn)題，直接造成內(nèi)部絕緣壁損毀或電阻片裂化，受到雷電沖擊從而引起爆炸。由于氧化鋅避雷器具備理想伏安特性（非線性），如果沒(méi)有處理好內(nèi)部密封問(wèn)題，及其容易出現(xiàn)續(xù)流壓力差值過(guò)大，導(dǎo)致內(nèi)部過(guò)壓高電阻交流電流通受到阻礙，不利于避雷器充分發(fā)揮防雷性能。

2.2 電阻片抗老化性能較差

在配電網(wǎng)避雷器運(yùn)行后期程序中，內(nèi)部電阻片出現(xiàn)劣化問(wèn)題，泄漏電流突變上升，從而造成瓷套內(nèi)部放電，導(dǎo)致避雷器使用程序混亂和內(nèi)存溫度過(guò)高，監(jiān)測(cè)雷電性能降低，阻礙預(yù)防工作順利進(jìn)行。當(dāng)避雷器內(nèi)部供電不足時(shí)，內(nèi)部電力系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)“單相接地”現(xiàn)狀，如果內(nèi)部出現(xiàn)溫度過(guò)高和氣體壓力過(guò)大的情況時(shí)，最壞情況可能直接導(dǎo)致避雷器爆炸，造成電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)癱瘓。避雷器作為防雷裝置，在保護(hù)設(shè)備間隙和內(nèi)部絕緣方面具有重要作用，如若電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)后期電力運(yùn)行裝置系統(tǒng)會(huì)存在實(shí)際問(wèn)題，高電阻電流交接和無(wú)間隙限制都有可能出現(xiàn)嚴(yán)重阻力，提高電阻片內(nèi)部抗老性能在所難免。

2.3 避雷器抗沖擊能力不強(qiáng)

對(duì)于配網(wǎng)避雷器在線監(jiān)測(cè)裝置設(shè)備而言，設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)際維護(hù)情況對(duì)預(yù)防雷擊跳閘具有重要影響，也是構(gòu)建智能化電網(wǎng)的實(shí)際基礎(chǔ)保障。但在避雷器正常運(yùn)行中，長(zhǎng)期受到工頻電壓影響會(huì)導(dǎo)致絕緣老化問(wèn)題，其中對(duì)電阻片的沖擊能力具備嚴(yán)格制作要求，以便能夠防御電壓過(guò)大和雷電直擊等現(xiàn)狀。MOA非線性閥片對(duì)其耐受沖擊能力非常敏感，避雷器工藝質(zhì)量控制稍微出現(xiàn)偏差，在電壓能量直線沖擊時(shí)，電阻片及其他構(gòu)造設(shè)備較易損失其技術(shù)穩(wěn)定性，造成故障點(diǎn)事故頻發(fā)，對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行具備內(nèi)在隱患。并且，在進(jìn)行兩次或多次避雷器在線監(jiān)測(cè)設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，如果不能強(qiáng)化承受方的沖擊性能，也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部設(shè)備構(gòu)造電阻電壓?jiǎn)栴}。

2.4 避雷器高次諧波較嚴(yán)重

在室外工作的配電避雷器較易接觸到外部環(huán)境污染物，對(duì)瓷套表面形成污閃現(xiàn)象，致使表面電流持續(xù)不均勻分布特點(diǎn)，影響電網(wǎng)的高次諧波值比例。避雷器內(nèi)部電流經(jīng)過(guò)電阻片會(huì)呈現(xiàn)1～3數(shù)量級(jí)升降現(xiàn)象，通過(guò)升溫加熱使其吸收電壓電能供給，對(duì)電阻片非線性產(chǎn)生限制阻力作用。對(duì)于大噸位整流變頻設(shè)備、軋鋼沖擊負(fù)荷設(shè)備，非線性電阻片通過(guò)正弦電壓作用，裂化電阻片使用速度加快，出現(xiàn)奇次諧波影響問(wèn)題，從而再次造成電網(wǎng)系統(tǒng)高次諧波數(shù)值超出極限，對(duì)電阻片和電阻特性具有負(fù)面通用作用，限制電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行狀態(tài)。

3 對(duì)改進(jìn)配電網(wǎng)避雷器狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的建議

3.1 優(yōu)化在線監(jiān)測(cè)精度網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

在配網(wǎng)避雷器狀態(tài)指示器運(yùn)行情況下，泄露電流阻性主要用來(lái)分辨6～10kv金屬氧化物避雷器損壞程度，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)定閥值超出原有電流阻性量性時(shí)，其運(yùn)行監(jiān)測(cè)狀態(tài)完成警示工作。對(duì)于配電網(wǎng)避雷器在線監(jiān)測(cè)裝置設(shè)備運(yùn)行問(wèn)題，可從其監(jiān)測(cè)精度網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案入手，優(yōu)化避雷器的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和通信可靠方式，實(shí)現(xiàn)避雷器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)。我國(guó)避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備多處于戶外環(huán)境，工作環(huán)境條件較差，對(duì)在線監(jiān)測(cè)通信系統(tǒng)具有較高的要求限制，需要提高其反應(yīng)性能（對(duì)雷電沖擊速度要求），盡量選擇超輕型和物質(zhì)構(gòu)造及小的設(shè)備材料，保障可靠性、實(shí)時(shí)性和抗干擾能力；在避雷器在線監(jiān)測(cè)裝置設(shè)備系統(tǒng)中，光纖通信、電力無(wú)線載波通信和高傳輸率通信都已被普遍采用，需要對(duì)其制定具體實(shí)施設(shè)計(jì)方案，將面向用戶服務(wù)的配電網(wǎng)輸電線路建設(shè)納入其中，利用GPRS和CDMA 通信方式，注重避雷器的數(shù)據(jù)傳輸、運(yùn)行設(shè)備和組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其電網(wǎng)通信優(yōu)化。武漢中融科技有限公司素來(lái)以配電網(wǎng)科研工作為發(fā)展方向，在國(guó)內(nèi)對(duì)MOA在線系統(tǒng)研究處于領(lǐng)先水平，在設(shè)計(jì)高精度網(wǎng)絡(luò)通信方面制定了優(yōu)秀方案，為我國(guó)電力公司提供硬件平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研究條件。

3.2 選擇合適監(jiān)測(cè)閥值決策算法

對(duì)于配網(wǎng)避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析以選擇合適的閥值定位，也是特征信號(hào)處理技術(shù)的關(guān)鍵所在。在LCD-4監(jiān)測(cè)儀器對(duì)三相氧化鋅避雷器研究中，對(duì)避雷器監(jiān)測(cè)運(yùn)行環(huán)境和過(guò)程惡化機(jī)理進(jìn)行深入分析，對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)錄波數(shù)據(jù)予以處理，得出阻性電流對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行具有重要干擾能力，可利用合適傳感器對(duì)其完成高精度測(cè)量工作，決策算法為其提供了根本監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)條件。在A/D精度和DSP芯片技術(shù)中，先進(jìn)的特征信號(hào)測(cè)量技術(shù)也成為提升避雷器在線監(jiān)測(cè)運(yùn)行設(shè)備的關(guān)鍵因素，結(jié)合單判據(jù)阻性電流在線監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)和缺陷，利用先進(jìn)避雷器狀態(tài)監(jiān)測(cè)工具了解具體的溫度、電壓和電流變化情況，為電網(wǎng)電力設(shè)備提供安全運(yùn)行機(jī)制保障。除監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)了解問(wèn)題，對(duì)避雷器在線監(jiān)測(cè)中斷測(cè)量和計(jì)算也需要應(yīng)用與電網(wǎng)子站系統(tǒng)控制空心，從而開展檢修和防御工作。

3.3 處理樣品實(shí)驗(yàn)硬件布置設(shè)計(jì)

為適應(yīng)電阻片遇到特殊情況的電流電壓變化，對(duì)MOA在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要實(shí)行微功率監(jiān)控技術(shù)，利用串口對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算。當(dāng)避雷器出現(xiàn)閥值下發(fā)管或二極管閃爍現(xiàn)象時(shí)，對(duì)置于下部的指示工具進(jìn)行恒定電壓處理，將微功率信號(hào)串聯(lián)至無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊中，對(duì)最終信號(hào)接受主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比和分析，以便工作人員發(fā)現(xiàn)避雷器運(yùn)行突發(fā)狀態(tài)。在設(shè)計(jì)避雷器樣品實(shí)驗(yàn)硬件布置方案時(shí)，結(jié)合工業(yè)遙控或自能遙測(cè)技術(shù)，將其微功率通信發(fā)射范圍控制在10dbm之內(nèi)，實(shí)際傳輸距離不超過(guò)350m，對(duì)其轉(zhuǎn)換信號(hào)實(shí)行9孔串行PC接口方式，通過(guò)接口芯片MAX對(duì)下位微功率型無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行整合，最后通過(guò)傳輸信號(hào)對(duì)其傳遞至控制主機(jī)中，對(duì)避雷器內(nèi)部阻性電流的設(shè)定閥值實(shí)現(xiàn)報(bào)警預(yù)示工作。

3.4 發(fā)展新型在線監(jiān)測(cè)終端功能

在配網(wǎng)避雷器在線監(jiān)測(cè)運(yùn)行中，終端功能選擇逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化和集成化，對(duì)內(nèi)部構(gòu)造的電流電壓監(jiān)測(cè)信號(hào)具有輔助作用。為此，但配電網(wǎng)過(guò)電壓防護(hù)出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，對(duì)過(guò)電壓誤動(dòng)防護(hù)進(jìn)行單性接地運(yùn)行處理（不超過(guò)2h），保證泄露電流不會(huì)出現(xiàn)增大問(wèn)題；在監(jiān)測(cè)避雷器的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)其缺陷問(wèn)題予以處理和檢修工作，增加防雷性能和檢修效率。在信號(hào)傳感、通信接口和安裝調(diào)試扥維護(hù)問(wèn)題方面，對(duì)MOA表面泄露電流進(jìn)行集成處理，防止終端功能因阻力電壓而出現(xiàn)突出情況。上海桑博電子科技有限公司采用STR-18型無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，對(duì)避雷器運(yùn)行情況的阻性電流、溫度變化和電網(wǎng)工況進(jìn)行記錄儲(chǔ)備工作，以實(shí)現(xiàn)避雷器在線監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)的綜合處理分析，也是解決在線監(jiān)測(cè)終端選擇功能的重要途徑。

4 總結(jié)

綜上所述，我國(guó)配電網(wǎng)避雷器運(yùn)行狀態(tài)裝置設(shè)備對(duì)維護(hù)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要作用，在“密封老化”、“抗老化性能”、“沖擊能力”和“高次諧波”等方面還存在問(wèn)題，需要不斷優(yōu)化精度網(wǎng)絡(luò)通信方式和選擇合適閥值決策算法，為樣品硬件布置和監(jiān)測(cè)終端功能提供發(fā)展條件，以實(shí)現(xiàn)避雷器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)。從避雷器的終極工作效益來(lái)看，改進(jìn)預(yù)防性試驗(yàn)工作要求，利用科學(xué)合理的試驗(yàn)手段，對(duì)雷擊跳閘安全隱患問(wèn)題具有實(shí)際成效，在電網(wǎng)發(fā)展中具備巨大的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的應(yīng)用情景。

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作者單位

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州供電局 廣東省潮州市 521000