武超，逯憲斌，羅福星，謝忠明，郭樹峰

（國網(wǎng)西藏電力有限公司檢修公司，西藏 拉薩 850000）

避雷器是保護輸配電線路免受雷擊跳閘的重要電氣設備，避雷器的運行狀況將影響輸配電線路的運行安全。為了能夠及時準確地了解避雷器絕緣系統(tǒng)的運行狀況，需要對避雷器配置智能采集監(jiān)測終端，實現(xiàn)對避雷器的在線實時監(jiān)測。本文首先分析了對高海拔地區(qū)避雷器進行在線監(jiān)測的必要性，之后闡述了具體的避雷器在線智能監(jiān)測技術現(xiàn)狀及技術原理，最后介紹了避雷器在線智能監(jiān)測技術在實際中的相關應用情況。

1 高海拔地區(qū)避雷器監(jiān)測的必要性

1.1 避雷器的結(jié)構(gòu)及運行原理

避雷器主要是給輸電線路提供雷擊過電壓保護，工頻過電壓保護一般由其他保護裝置來完成。在高海拔地區(qū)，經(jīng)常出現(xiàn)雷電天氣，給輸配電線路的可靠運行帶來了一定的挑戰(zhàn)。避雷器當運行時間較長時，會出現(xiàn)一定程度的劣化現(xiàn)象。如果避雷器的劣化程度較為嚴重，則可能會使得避雷器失效，難以給輸電系統(tǒng)提供過電壓安全保護。以氧化鋅避雷器為例，由于避雷器長時間被雨水浸泡而受潮，容易出現(xiàn)劣化現(xiàn)象，圖1為氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)。

圖1 氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)

從圖1中氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)中可以看出，氧化鋅避雷器在組成結(jié)構(gòu)中主要包括瓷套、熔絲、氧化鋅、彈簧以及密封墊等組成。當雷擊到輸電線路上時，會在輸電線路上產(chǎn)生較大的感應電流，并且沿著輸電線路進入到變電站中，對變電站中的變電一次設備的安全運行構(gòu)成較大的威脅。為了保證變電站中電氣設備的運行安全，一般都在配置了避雷器設備，以為變電設備提供過電壓保護。避雷器在運行的過程中具有顯著的特征，在電壓水平較高時，呈現(xiàn)出低電阻特性，而在電壓水平較低時，則呈現(xiàn)出高電阻特性。當輸電線路遭受雷擊時，避雷器中的感應電壓很高，故能夠?qū)⑤^大的感應電流導入到地下，這樣和避雷器相互并聯(lián)的電氣設備就可以免受雷擊，達保護電氣設備的目的。當雷電波在輸電線路中消失之后，則避雷器所承受的電壓恢復為工頻電壓，重新恢復為高電阻狀態(tài)，為此應保證避雷器具有較強的絕緣恢復能力。

1.2 高海拔地區(qū)避雷器監(jiān)測的必要性

當輸配電系統(tǒng)中的避雷器出現(xiàn)了劣化情況時，如果沒有及時保養(yǎng)，則當該輸配電系統(tǒng)再次遭受雷擊時，可能會使得電氣設備遭受雷擊，導致設備損壞，為此有必要采用高海拔地區(qū)避雷器監(jiān)測終端設備。通過對高海拔地區(qū)輸配電系統(tǒng)中的避雷器采用高精度采集智能監(jiān)測終端，進行在線監(jiān)測，可以實現(xiàn)對避雷器劣化程度的實時監(jiān)測。一旦避雷器出現(xiàn)劣化時，智能監(jiān)測終端根據(jù)避雷器的劣化程度，及時發(fā)出相應的告警信息，并及時通知運維人員進行維護保養(yǎng)，避免因為避雷器劣化損壞而造成避雷器后端設備達不到應有的避雷效果，達到快速高效判斷出避雷器工作狀態(tài)的目標，這也是避雷器在線智能實時監(jiān)測系統(tǒng)的主要作用?？紤]到高海拔地區(qū)輸配電線路運行環(huán)境的特點，合理配置避雷器在線智能實時監(jiān)測系統(tǒng)具有較強的實際應用價值。

2 避雷器在線智能監(jiān)測的硬件系統(tǒng)分析

2.1 避雷器監(jiān)測技術現(xiàn)狀

當避雷器運行時間較長時，其內(nèi)部會受潮，同時，避雷器的閥門也會發(fā)生老化。目前，對避雷器的維護有采用人工的方式，及定期測量避雷器的絕緣電阻以及避雷器的泄漏電流等參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)避雷器中的絕緣系統(tǒng)擊穿或者出現(xiàn)了較為嚴重的劣化現(xiàn)象，則對避雷器進行更換。這種避雷器的維護方式難以及時發(fā)現(xiàn)避雷器中所存在的缺陷，使得避雷器在運行過程中存在著一定的安全隱患。并且在維護過程中也需要耗費較多的人力資源成本，不利于提高維護工作中的經(jīng)濟性及運維效率。為了提高對避雷器的運維效率，在實際中也采用了避雷器監(jiān)測系統(tǒng)，通過評估避雷器泄漏電流大小來判斷避雷器的運行狀況。在目前現(xiàn)有的避雷器監(jiān)測系統(tǒng)中，系統(tǒng)的功能較為單一，并且監(jiān)測系統(tǒng)在抗干擾性能上也相對不足，難以滿足實際的應用要求，并且監(jiān)測數(shù)據(jù)也不夠準確，以下介紹避雷器在線智能監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2 避雷器在線智能監(jiān)測的硬件系統(tǒng)

由于避雷器的運行環(huán)境具有電磁干擾強、溫度變化大的特點，故在避雷器在線智能監(jiān)測硬件系統(tǒng)的設計過程中，應采取抗干擾的技術措施，保證避雷器在線智能監(jiān)測系統(tǒng)應用功能的穩(wěn)定。在避雷器在線智能監(jiān)測系統(tǒng)中，在避雷器的接地端連接了多個不同的報警傳感器，同時，各個報警傳感器和數(shù)據(jù)信息中繼器相連，并將數(shù)據(jù)信息通過中繼器傳輸至避雷器的在線智能監(jiān)測平臺中。其中報警傳感器在整個避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)中扮演著重要的角色，一般該報警傳感器是安裝在接地排和避雷器之間，可以用來采集避雷器中的泄漏電流信息。

對于報警傳感器中的報警電路，在組成上包括壓敏電阻、電流互感器、電壓比較電路、三極管、二級管、繼電器和報警器等。當報警電路監(jiān)測到避雷器出現(xiàn)了較為嚴重的劣化現(xiàn)象后，可以通過聲音報警器發(fā)出聲音報警信息，提醒運維人員對避雷器開展預防性試驗，從而達到節(jié)約避雷器檢測資源，并提高檢測效率的目的，提高線路運行的可靠性。對于避雷器監(jiān)測系統(tǒng)中的采集電路，主要包括時鐘電路模塊、儲存電路模塊和調(diào)試電路模塊等，在監(jiān)測系統(tǒng)中分別承擔著不同的功能。同時，在避雷器監(jiān)測的硬件系統(tǒng)中，還包括數(shù)據(jù)通信電路模塊、防雷保護功能模塊、電源電路模塊等，這些子硬件模塊共同組成了整個避雷器監(jiān)測硬件系統(tǒng)。通信電路模塊一般是采用無線通信技術，以方便各個監(jiān)測終端之間的通信組網(wǎng)。由于避雷器監(jiān)測硬件在實際使用的過程中，也可能會遭受到雷擊，故在硬件系統(tǒng)中配置防雷保護功能模塊具有較強的必要性，能夠提高避雷器監(jiān)測硬件系統(tǒng)的使用壽命。由于避雷器監(jiān)測硬件也需要額外的電源進行供電才能夠使用，故在該硬件中還設置了電源電路模塊。

3 避雷器在線智能監(jiān)測的軟件系統(tǒng)分析

3.1 避雷器監(jiān)測軟件系統(tǒng)中的主程序

在避雷器在線智能監(jiān)測系統(tǒng)中，除了硬件系統(tǒng)，還需要軟件系統(tǒng)配合運行。在監(jiān)測系統(tǒng)軟件的設計中，需要對軟件系統(tǒng)的主程序、采樣程序、數(shù)據(jù)處理程序等分別進行設計，保證各個軟件子系統(tǒng)的功能正常發(fā)揮。其中主程序起著主要的邏輯分析及判斷作用，能夠?qū)Σ蓸映绦蛑械臄?shù)據(jù)進行合理的利用。在避雷器在線智能監(jiān)測軟件系統(tǒng)的開發(fā)中，首先應加強對主程序的流程設計，圖2為避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的主程序流程圖。

圖2 避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的主程序流程圖

從圖2的避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的主程序軟件流程圖中可以看出，軟件程序首先判斷是否收到了啟動監(jiān)測的消息幀，如果收到了，則對消息幀進行解析，并啟動后續(xù)的數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)發(fā)送到中繼器等一系列環(huán)節(jié)，完成整個避雷器運行狀況的在線監(jiān)測任務。當監(jiān)測到避雷器中出現(xiàn)了異常情況時，可以以告警的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，達到在線實時監(jiān)測的目的。當這些流程都運行完畢后，監(jiān)測系統(tǒng)中的軟件程序會繼續(xù)運行在監(jiān)測狀態(tài)，保證對避雷器監(jiān)測的連續(xù)性。在具體的監(jiān)測程序設計過程中，采樣程序、數(shù)據(jù)處理程序都可以通過額外編寫相應的函數(shù)來實現(xiàn)，并在監(jiān)測主程序中對這些函數(shù)進行調(diào)用。

3.2 避雷器監(jiān)測軟件系統(tǒng)中的采樣及數(shù)據(jù)處理程序

在避雷器監(jiān)測數(shù)據(jù)采樣環(huán)節(jié)，需要采集的主要避雷器特征量包括泄漏電流、阻性電流、基波電流、諧波電流以及容性電流等。對于采集周期的選取，可以在采集程序中設置每隔一分鐘發(fā)送一次避雷器運行狀況數(shù)據(jù)采集廣播信息，廣播信息主要是用來通知系統(tǒng)中的前端采集模塊開始進行數(shù)據(jù)采集工作。當發(fā)送完廣播信息后，就可以接著再依次發(fā)送單播信息，用來提取避雷器監(jiān)測系統(tǒng)中各個監(jiān)測器中所采集的特征數(shù)據(jù)。這種特征數(shù)據(jù)在加上一定的時間戳后，就可以送入數(shù)據(jù)存儲模塊進行保存。如果發(fā)送完一次單播信息后，沒有采集到所需要的特征量數(shù)據(jù)，則可以再次向監(jiān)測器發(fā)送數(shù)據(jù)采集單播信息。如果多次都沒有收到采集信息，則可以認定該監(jiān)測器運行故障，并發(fā)出相應的告警提示信息，方便運維人員對該監(jiān)測器進行更換。

其中基波電流和諧波電流，需要采用相應的算法提取才能夠獲取得到。可以對避雷器監(jiān)測系統(tǒng)中的采樣數(shù)據(jù)，采取快速傅里葉變換的算法進行處理，如果出現(xiàn)了信號頻率波動的情況，也可以采用算法進行插值修正，保證基波電流和諧波電流能夠正常提取。隨著避雷器在線智能監(jiān)測技術的發(fā)展，在監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)中，可以對數(shù)據(jù)處理所采用到的算法進行優(yōu)化，以便提高對數(shù)據(jù)分析及處理的效率，更好地掌握避雷器的運行狀況信息，保證避雷器處于良好的運行狀態(tài)。

4 結(jié)語

雷擊給高海拔地區(qū)的輸配電線路運行帶來了較大的安全風險，故在雷擊危害較嚴重的地區(qū)，應推廣應用避雷器在線智能監(jiān)測技術。通過在高海拔地區(qū)采取避雷器在線智能監(jiān)測技術，有利于提高避雷器設備運行的健康水平，從而更好地保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，提高高海拔地區(qū)電網(wǎng)的供電可靠性。