毛慧明，張?zhí)爝\(yùn)

（1.西安西潤電器技術(shù)有限責(zé)任公司，西安 710075；2.廈門ABB高壓開關(guān)有限公司，廈門 361009）

0 引言

避雷器的智能監(jiān)測是針對于普通避雷器的監(jiān)測提出的。早期避雷器一般是只監(jiān)測放電次數(shù)，但隨著無間隙金屬氧化物避雷器的廣泛應(yīng)用，避雷器在持續(xù)運(yùn)行電壓下都有一定的泄漏電流。避雷器在受潮、老化等情況下出現(xiàn)故障時(shí)，泄漏電流都會增加。所以監(jiān)測避雷器泄漏電流的變化情況，能確認(rèn)避雷器是否正常工作。避雷器的泄漏電流由容性電流和阻性電流組成，避雷器老化時(shí)，阻性電流不斷增大，功耗增加，是避雷器運(yùn)行溫度升高，從而老化速度加快[1-3]。而普通避雷器監(jiān)測器只能監(jiān)測全泄漏電流，監(jiān)測避雷器老化的性能較差。而且要運(yùn)行人員巡檢才能觀測避雷器的泄漏電流。避雷器智能監(jiān)測就是通過通訊方式將避雷器的全泄漏電流、阻性電流、放電次數(shù)和放電時(shí)間遠(yuǎn)傳到主控室計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)記錄避雷器的泄漏電流和放電次數(shù)。當(dāng)避雷器泄漏電流超過設(shè)定值以后可以報(bào)警，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)有故障的避雷器[4-7]。

1 變電站避雷器智能監(jiān)測方法

目前隨著智能變電站的發(fā)展，變電站避雷器采用智能監(jiān)測的已經(jīng)較多。主要的監(jiān)測方法有以下幾種。

1.1 避雷器智能在線監(jiān)測器

避雷器智能在線監(jiān)測器[3]是在原普通監(jiān)測器基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。它是將取樣單元，單片機(jī)系統(tǒng)，光電隔離RS485通訊系統(tǒng)，供電系統(tǒng)等安裝在原普通監(jiān)測器內(nèi)部，485通訊線及供電電源通過航空插座引出。智能監(jiān)測器具有普通監(jiān)測器的功能，又能通過RS485通訊系統(tǒng)將避雷器的全電流，阻性電流，放電次數(shù)和放電時(shí)間遠(yuǎn)傳到計(jì)算機(jī)或IED。再通過IED將避雷器運(yùn)行數(shù)據(jù)通過61850規(guī)約傳送到后臺計(jì)算機(jī)中。優(yōu)點(diǎn)安裝方便，又具有普通檢測器的功能。

智能在線監(jiān)測器阻性電流測量一般采用諧波法。無需從PT取系統(tǒng)電壓信號，安全性高。

1.2 通過零磁通電流互感CT器取樣方式在線監(jiān)測器

通過CT取樣，單片機(jī)系統(tǒng)和避雷器沒有直接接觸，兩個(gè)系統(tǒng)不共地，避雷器放電時(shí)的地電位升高對測量系統(tǒng)影響較小。

阻性電流的測量一般采用相位法。也就是將避雷器泄漏電流中對應(yīng)于從PT獲得的同相系統(tǒng)電壓信號峰值點(diǎn)對應(yīng)的值，記為阻性電流。

CT取樣的避雷器智能監(jiān)測系統(tǒng)雖然系統(tǒng)沒有直接和避雷器接地線相連接。但是當(dāng)避雷器放電時(shí)，通過電磁感應(yīng)，雷電流在取樣CT和電子線路中也會產(chǎn)生極高的過電壓，對測量系統(tǒng)會造成傷害。而大部分CT是采用不會受雷擊的測量套管末屏電流用CT，又未進(jìn)行高電壓大電流沖擊試驗(yàn)。也存在隱患[8-10]。

1.3 無源無線智能避雷器在線監(jiān)測器

無源無線智能避雷器在線監(jiān)測器是在智能避雷器在線監(jiān)測器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。它采用避雷器的泄漏電流對高性能法拉電容器充電獲得電能，給單片機(jī)測量系統(tǒng)提供電源。避雷器的泄漏電流，阻性電流，放電次數(shù)和放電時(shí)間通過無線通訊方式直接發(fā)送到后臺計(jì)算機(jī)中。優(yōu)點(diǎn)是安裝方法和普通檢測器相同，無需布線，無需外接電源。施工很方便。對應(yīng)老舊變電站的智能化改造很方便[11-13]。對應(yīng)某些特殊場所沒有接地端的避雷器，如直流系統(tǒng)中的某些避雷器。

此種的避雷器智能監(jiān)測方法也可以做成電阻片樣，安裝在避雷器內(nèi)腔內(nèi)將避雷器泄漏電流，阻性電流放電次數(shù)，避雷器內(nèi)部溫度和濕度發(fā)送到計(jì)算機(jī)中。

1.4 幾種避雷器智能監(jiān)測器中阻性電流監(jiān)測方法的優(yōu)缺點(diǎn)

目前，國網(wǎng)系統(tǒng)對避雷器阻性電流的測試精度很重視，但阻性電流測試方面還沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，由于阻性電流的非線性很強(qiáng)，持續(xù)運(yùn)行電壓下占全電流的比例又很小。所以不同的測試方法的測試精度都不高。但是阻性電流的變化趨勢和峰值的大小都能監(jiān)測到避雷器是否運(yùn)行正常[14-15]。

智能監(jiān)測器一般采用諧波法測量阻性電流。由于避雷器泄漏電流中容性電流基本不含諧波分量。全電流中的諧波分量大小就表示了阻性電流的大小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，通過不同范圍內(nèi)諧波分量值乘以不同的系數(shù)就能得實(shí)際阻性電流值。諧波法測量的優(yōu)點(diǎn)是不需要參考電壓，使用方便，布線簡單，對系統(tǒng)電壓互感器沒有影響，相對安全性高。測量阻性電流不受相間干擾的影響，但精確度受系統(tǒng)電壓中諧波分量大小的影響。

相間干擾就是中間相（B相）電壓通過空間雜散電容產(chǎn)生的電流改變了A和C相泄漏電流的相位。使A相阻性電流變大，C相阻性電流變小。根據(jù)實(shí)測結(jié)果，系統(tǒng)電壓越高，影響越大。根據(jù)實(shí)際測量，對于超高壓系統(tǒng)的避雷器，C相測到的避雷器功率損耗都是負(fù)值?？梢钥吹礁鶕?jù)參考電壓方法測量阻性電流已經(jīng)不能使用了。這種外取參考電壓的方法，在實(shí)驗(yàn)室測量阻性電流或?qū)?10 kV及以下系統(tǒng)避雷器阻性電流的測試精度較高。一般CT取樣測量阻性電流采用相位法。也就是比較避雷器泄漏電流和電壓的相位差測量阻性電流。

1.5 避雷器智能監(jiān)測中全電流與阻性電流最大值的監(jiān)測問題

根據(jù)文獻(xiàn)[2]規(guī)定，普通避雷器在線監(jiān)測器的泄漏電流最大監(jiān)測只是6 mA。智能監(jiān)測裝置全電流的最大監(jiān)測只是30 mA，而阻性電流最大監(jiān)測只是10 mA。但是常常有招標(biāo)文件要求，智能監(jiān)測裝置泄漏電流最大監(jiān)測范圍達(dá)100～650 mA。這很明顯已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了避雷器最大持續(xù)電流一般不超過數(shù)毫安的實(shí)際值。如220 kV避雷器，若阻性電流達(dá)到100 mA，其避雷器的功耗已達(dá)10 kW以上。這明顯已經(jīng)超出了避雷器安全運(yùn)行的功耗范圍。

2 線路避雷器的智能監(jiān)測

線路避雷器由于安裝在桿塔上，監(jiān)測很困難，也很難進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)和帶電監(jiān)測，所以更適合于智能監(jiān)測。

對于35 kV及以下系統(tǒng)大量使用的防斷線絕緣子，實(shí)際與線路避雷器是一樣的。由于避雷器擊穿后流過故障避雷器的只是健全相對地容性電流。避雷器并不會爆炸，從外觀也很難觀測到避雷器已發(fā)生故障。我們使用防斷線絕緣子故障指示器已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多發(fā)生故障的防斷線絕緣子。說明線路避雷器的故障率還是比較高的。另外避雷器標(biāo)準(zhǔn)有避雷器整體殘壓可以通過單片殘壓相加得到的規(guī)定。使大量沒有經(jīng)過整體避雷器沖擊電流耐受試驗(yàn)的劣質(zhì)產(chǎn)品流入市場。從目前我們進(jìn)行的避雷器整體殘壓的試驗(yàn)結(jié)果看，35 kV及以下系統(tǒng)用金屬氧化物避雷器能通過額定沖擊電流試驗(yàn)的并不多。實(shí)際運(yùn)行中避雷器的故障率明顯低于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，這應(yīng)該是運(yùn)行中的避雷器受到額定電流沖擊的概率并不大。

2.1 傳統(tǒng)型的線路避雷器監(jiān)測方法

過去多用GSM網(wǎng)絡(luò)，通過短信或數(shù)據(jù)傳送將避雷器的運(yùn)行參數(shù)發(fā)送到后臺，大部分線路避雷器都帶有間隙，所以一般都只發(fā)送避雷器的放電次數(shù)及放電時(shí)間信號。監(jiān)測裝置一般采用太陽能充電方式供電。用于采用GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號，系統(tǒng)耗能很大，監(jiān)測裝置的供電系統(tǒng)很關(guān)鍵。為了節(jié)約能量，一般在信號發(fā)送結(jié)束后關(guān)閉系統(tǒng)或使系統(tǒng)進(jìn)入休眠節(jié)能工作方式。為了確認(rèn)系統(tǒng)工作正常，常常每日自動向后臺計(jì)算機(jī)發(fā)送一次驗(yàn)證信號。

采用GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本相對較高，必須按月繳納手機(jī)卡月租費(fèi)和通訊費(fèi)，否則系統(tǒng)將會欠費(fèi)停機(jī)，系統(tǒng)就不能正常工作。

2.2 新型線路避雷器智能監(jiān)測與故障定位系統(tǒng)

對于線路避雷器監(jiān)測放電次數(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，線路避雷器受雷擊后會發(fā)生內(nèi)部芯體損壞。對于配電網(wǎng)系統(tǒng)避雷器，由于工作電流小不發(fā)生爆炸。而對于髙電壓等級的線路避雷器，避雷器擊穿后重合閘系統(tǒng)恢復(fù)正常，尋找發(fā)生故障的避雷器都不容易。

采用新型物聯(lián)網(wǎng)線路避雷器故障定位系統(tǒng)，能快速找到發(fā)生故障的避雷器。故障定位系統(tǒng)是通過傳感器獲取避雷器的放電信號和避雷器故障信號，再傳送到單片機(jī)與衛(wèi)星定位系統(tǒng)。當(dāng)單片機(jī)收到信號后，就會立即將放電次數(shù)或故障信息發(fā)送到后臺計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)。通過電子導(dǎo)航系統(tǒng)就能快速找到發(fā)生故障的線路避雷器或防斷線絕緣子。

新型線路避雷器智能監(jiān)測與故障定位系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)，運(yùn)行成本大幅度降低。

3 開關(guān)柜避雷器的智能監(jiān)測

35 kV及以下系統(tǒng)，有大量的避雷器安裝在開關(guān)柜內(nèi)。如采用普通計(jì)數(shù)器或監(jiān)測器安裝和觀測都比較麻煩，且成本比較高。采用新型電子式監(jiān)測器，顯示儀表可以安裝在易于觀測的開關(guān)柜面板上，通過傳感器在避雷器下端獲取信號，再通過信號線送到儀表。這種監(jiān)測器記錄的數(shù)據(jù)較多，且易于附加RS485數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)。開關(guān)柜避雷器發(fā)生爆炸后，對柜內(nèi)設(shè)備危害很大，對于有些場所大量使用組合式避雷器（過電壓保護(hù)器）事故率更高。所以智能也很重要。

3.1 開關(guān)柜使用3只普通避雷器的智能監(jiān)測

開關(guān)柜如采用普通的放電計(jì)數(shù)器或在線監(jiān)測器，一般只能安裝在開關(guān)柜底部，而且需要在柜門上開玻璃窗才能觀測。運(yùn)行人員讀表也比較麻煩。所以開關(guān)柜避雷器一般采用組合式電子式智能監(jiān)測儀，一臺監(jiān)測儀同時(shí)顯示三相避雷器的泄漏電流、放電次數(shù)和放電時(shí)間。顯示儀表安裝在開關(guān)柜面板上。避雷器泄漏電流和放電次數(shù)通過傳感器獲得后送入儀表顯示。當(dāng)避雷器泄漏電流超過設(shè)定值以后，監(jiān)測儀也會發(fā)出聲光報(bào)警信號，通知運(yùn)行人員避雷器發(fā)生了故障。監(jiān)測儀能記錄數(shù)千組避雷器的放電信號，某相或幾相避雷器在什么時(shí)間放電都可以一一查詢。這是普通計(jì)數(shù)器無法記錄的。監(jiān)測儀也可以采用485通訊方式，將避雷器的運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺計(jì)算機(jī)。當(dāng)避雷器泄漏電流增大到一定值以后，監(jiān)測系統(tǒng)就會發(fā)出報(bào)警信號，防止避雷器爆炸。

3.2 開關(guān)柜使用組合式避雷器（過電壓保護(hù)器）的智能監(jiān)測

開關(guān)柜使用組合式避雷器（俗稱過電壓保護(hù)器）的較多，但組合式避雷器目前相對故障率很高。大多數(shù)過電壓保護(hù)器只配置了智能計(jì)數(shù)器，記錄4相避雷器的放電次數(shù)和時(shí)間。這對于過電壓保護(hù)器的安全運(yùn)行并無幫助。由于過電壓保護(hù)器A、B、C三相中性點(diǎn)在系統(tǒng)單相接地時(shí)處在高電位，所以用監(jiān)測三相泄漏電流的方法，發(fā)現(xiàn)有問題的保護(hù)器并不現(xiàn)實(shí)。但是我們可以監(jiān)測接地相泄漏電流的方法。這實(shí)際是監(jiān)測過電壓保護(hù)器的中性點(diǎn)電流。當(dāng)過電壓保護(hù)器正常時(shí)，三相平衡，流過中性點(diǎn)的泄漏電流很小，而當(dāng)某相避雷器損壞時(shí)，三相就不平衡了，中性點(diǎn)泄漏電流會急速增加。當(dāng)中性點(diǎn)泄漏電流大于設(shè)定值以后，監(jiān)測儀會聲光報(bào)警。從而可以有效提前發(fā)現(xiàn)有隱患的過電壓保護(hù)器，防止其爆炸。當(dāng)然中性點(diǎn)電流和避雷器放電次數(shù)及放電時(shí)間也可以通過485通訊系統(tǒng)遠(yuǎn)傳到后臺計(jì)算機(jī)，使智能監(jiān)測很完善。

以上幾種避雷器的智能監(jiān)測方式只是作者的一些經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。當(dāng)然可能會有一些新穎的避雷器智能監(jiān)測方式，由于作者不熟悉，未能論述，在此深表歉意。