唐驥釗 黃余鳳 胡志途 陳正雍 朱培青

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕尾供電局）

0 引言

受環(huán)境因素、技術(shù)因素及操作因素的影響，輸電線路避雷器在運(yùn)行過(guò)程中很容易出現(xiàn)采集靈敏度低、落雷計(jì)數(shù)錯(cuò)誤、雷擊數(shù)據(jù)缺失等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了輸電線路的安全系數(shù)和可靠性能［1-3］。輸電線路避雷器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可在智能采集和遠(yuǎn)程傳輸基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)避雷器性能參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，其可靠性強(qiáng)、精確度高、適用面廣，已經(jīng)開(kāi)始在我國(guó)電力系統(tǒng)中大范圍應(yīng)用［4-5］。尤其是基于GSM網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)作信息傳輸監(jiān)測(cè)裝置，可將避雷器動(dòng)作機(jī)構(gòu)系統(tǒng)化、信息化進(jìn)行改進(jìn)，使避雷器智能監(jiān)測(cè)效益得到本質(zhì)上的改善，值得深入研究和拓展［6-8］。

1 缺陷分析

本研究過(guò)程中主要從某地區(qū)110kV輸電線路避雷器落雷檢查現(xiàn)狀出發(fā)，分析避雷器信息電子化改造的關(guān)鍵性和必要性，其具體內(nèi)容如下。

某市位于我國(guó)廣東省南部沿海地區(qū)，其110kV輸電線路覆蓋范圍較廣，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，降雨量較為頻繁。該地區(qū)雷雨季節(jié)期間，110kV輸電線路落雷次數(shù)多，經(jīng)常遭受雷擊，造成部分線路斷電或大面積供電癱瘓，嚴(yán)重影響了用戶用電質(zhì)量。

在上述雷擊事故處理過(guò)程中，某地區(qū)110kV輸電線路檢修人員主要通過(guò)雷電系統(tǒng)或避雷器計(jì)數(shù)器排查雷擊范圍。一般情況下，通過(guò)雷電系統(tǒng)查詢的落雷范圍較大，因此排查需要較多時(shí)間，而通過(guò)查看避雷器的計(jì)數(shù)器則比較直觀，但是現(xiàn)有避雷器計(jì)數(shù)器只能通過(guò)上塔近距離觀察，十分消耗人力物力和時(shí)間。因此，本文提出一種避雷器動(dòng)作的電子化改造，通過(guò)對(duì)避雷器的動(dòng)作機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)化、信息化改進(jìn)，使得避雷器在動(dòng)作的時(shí)候觸發(fā)信息系統(tǒng)動(dòng)作發(fā)送避雷器的動(dòng)作時(shí)間及避雷器位置等信息到輸電管理人員手機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)雷擊的精準(zhǔn)定位。

2 改造方案

2.1 技術(shù)原理

（1）計(jì)數(shù)監(jiān)測(cè)原理。避雷器計(jì)數(shù)器主要包括機(jī)械式和電子式兩大類。其中，機(jī)械式計(jì)數(shù)方法簡(jiǎn)單，但現(xiàn)場(chǎng)操作難度大，往往要登高進(jìn)行計(jì)數(shù)檢查；電子式支持遠(yuǎn)程計(jì)數(shù)監(jiān)測(cè)，效率高且計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，但需配置供電系統(tǒng)和遠(yuǎn)程傳輸裝置，設(shè)置較為復(fù)雜，需針對(duì)具體環(huán)境進(jìn)行合理選擇。

本次設(shè)計(jì)的輸電線路避雷器電子化動(dòng)作機(jī)構(gòu)主要采用在線采集＋遠(yuǎn)程傳輸模式，可直接新裝電子計(jì)數(shù)器或在原有機(jī)械計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)上配置輔助遠(yuǎn)傳裝置，如圖1所示。

圖1 計(jì)數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

上述采集箱中內(nèi)置取樣閥片、整流電路、分壓電路、保護(hù)電路、電磁計(jì)數(shù)器、磁電式指針電表、空接點(diǎn)信號(hào)遠(yuǎn)傳接口和光纖信號(hào)遠(yuǎn)傳接口等。

（2）電流監(jiān)測(cè)原理。避雷器在遭受雷擊后閥片性能將發(fā)生明顯變化，此時(shí)泄露電流數(shù)值異常。針對(duì)上述現(xiàn)象，在輸電線路避雷器動(dòng)作機(jī)構(gòu)電子化改造時(shí)可設(shè)置泄露全電流監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)實(shí)時(shí)泄露電流分析，確定是否存在避雷器動(dòng)作并自動(dòng)計(jì)數(shù)，將其與計(jì)數(shù)器信息對(duì)比，從而增強(qiáng)避雷器在線監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性，如圖2所示。

圖2 電流監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

上述電流監(jiān)測(cè)過(guò)程中以前端電流采集電阻R為參照，測(cè)其電流幅值。該電流值一般為毫安級(jí)，直接測(cè)量難度較大，故監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中增加信號(hào)放大電流，由兩級(jí)信號(hào)放大器分別進(jìn)行處理，并配合濾波電路抑制諧波信號(hào)，從而保證前端電流監(jiān)測(cè)裝置可直接采集到避雷器中的泄露全電流數(shù)值，并將其傳輸?shù)皆诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。

2.2 技術(shù)方案

本次設(shè)計(jì)的輸電線路避雷器電子化動(dòng)作機(jī)構(gòu)由一套動(dòng)作觸發(fā)器、信息處理系統(tǒng)及供電系統(tǒng)組成。該套系統(tǒng)通過(guò)采取太陽(yáng)能提供電源，信息處理系統(tǒng)不間斷檢測(cè)避雷器動(dòng)作，當(dāng)避雷器動(dòng)作的時(shí)候，觸發(fā)信息系統(tǒng)動(dòng)作，系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄避雷器動(dòng)作時(shí)間并將相應(yīng)的位置信息通過(guò)系統(tǒng)發(fā)送至輸電管理人員手機(jī)進(jìn)行通知，如圖3所示。

圖3 輸電線路避雷器動(dòng)作機(jī)構(gòu)改造方案

（1）數(shù)據(jù)采集。輸電線路避雷器動(dòng)作信息傳輸過(guò)程中主要采用兩種方式實(shí)現(xiàn)，其“采集箱＋監(jiān)測(cè)器組”可直接采集各類計(jì)數(shù)器中的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)GSM專用網(wǎng)絡(luò)直接上傳到監(jiān)測(cè)終端中；電流監(jiān)測(cè)單元可采集避雷器中的泄露全電流數(shù)據(jù)，通過(guò)A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換通道進(jìn)行數(shù)字化處理后，再上傳到監(jiān)測(cè)終端中，用于準(zhǔn)確識(shí)別避雷器的運(yùn)行情況和動(dòng)作次數(shù)。

計(jì)數(shù)器采集較為簡(jiǎn)單，可通過(guò)計(jì)數(shù)器顯示數(shù)值的實(shí)時(shí)傳輸直接判斷放電次數(shù)。泄漏電流采集過(guò)程中根據(jù)泄露全電流數(shù)值可直接判斷避雷器的性能情況，并通過(guò)泄露全電流計(jì)算其與阻性電流相位差，判斷雷擊嚴(yán)重程度，分析絕緣性能是否滿足安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

（2）通信傳輸。由于本項(xiàng)目為在特殊環(huán)境（雷電、雷擊、電磁風(fēng)暴）下的電子化裝置，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率、抗干擾性、可靠性、功耗等具有較高的要求，故通信網(wǎng)絡(luò)選擇GSM專用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)對(duì)比其他網(wǎng)絡(luò)或云平臺(tái)而言，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

1）具有更高的覆蓋率，尤其在偏遠(yuǎn)地區(qū)優(yōu)于其他網(wǎng)絡(luò)通信方式；

2）由于采用更低的頻段和低數(shù)據(jù)傳輸模式，使其具有更好的可靠性；

3）采用低數(shù)據(jù)傳輸模式，只在觸發(fā)狀態(tài)下形成網(wǎng)絡(luò)鏈接，所以具有更低的功耗。

基于GSM的輸電線路避雷器動(dòng)作信號(hào)傳輸系統(tǒng)中前端采集單元中安裝GSM模塊，在雷擊事件發(fā)生后，監(jiān)測(cè)器組或電流監(jiān)測(cè)單元中有信號(hào)發(fā)出，激活GSM模塊，使其通過(guò)發(fā)送／接收指令快速傳輸雷擊動(dòng)作的有關(guān)數(shù)據(jù)，其傳輸效率快、可靠性強(qiáng)，更適用于在輸電線路避雷器動(dòng)作中的信息傳輸告警目的。

（3）在線監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)終端主要由在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和通信防護(hù)系統(tǒng)兩部分組成。其中，通信防護(hù)系統(tǒng)設(shè)置防火墻保護(hù)、秘鑰認(rèn)證，用戶在取得相關(guān)權(quán)限后方可進(jìn)行后臺(tái)監(jiān)測(cè)及管理界面；在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用B／S服務(wù)模式，可針對(duì)避雷器雷擊動(dòng)作信息直接顯示雷擊次數(shù)并快速確定故障范圍，生成可視化圖像。同時(shí)，配合移動(dòng)終端打破傳統(tǒng)時(shí)間和空間的限制，確保檢修人員能夠隨時(shí)隨地獲取雷擊信息并進(jìn)行雷擊故障告警，實(shí)現(xiàn)了輸電線路避雷器的全方位監(jiān)測(cè)。

上述過(guò)程中嵌入式微機(jī)將前端采集到的數(shù)據(jù)整合并通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)上傳，后臺(tái)服務(wù)可在客戶端中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析動(dòng)作信號(hào)、泄漏電流等數(shù)據(jù)，確定避雷器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和故障風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。一旦輸電電纜避雷器泄漏電流異常，服務(wù)器終端將通過(guò)聲音報(bào)警裝置或移動(dòng)終端發(fā)送短信方式提醒，使檢修人員及時(shí)到場(chǎng)維修。

（4）綠色供電。本次設(shè)計(jì)的輸電線路避雷器動(dòng)作機(jī)構(gòu)主要采用太陽(yáng)能電池供電方式，其太陽(yáng)能板直接安裝在取電裝置上，在直流轉(zhuǎn)換電路中直接進(jìn)行供電。同時(shí)，配置環(huán)保型鋰電池，將多余的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能存儲(chǔ)到電池中，以便于智能SOC控制，增強(qiáng)本地系統(tǒng)的長(zhǎng)期供電效果。

3 效益評(píng)估

本次設(shè)計(jì)的輸電線路避雷器動(dòng)作機(jī)構(gòu)達(dá)到了系統(tǒng)化、數(shù)字化改造的預(yù)期效果，其計(jì)數(shù)監(jiān)測(cè)采用采集箱＋監(jiān)測(cè)器組配合的方式，增強(qiáng)了技術(shù)的可靠性和準(zhǔn)確性；電流檢測(cè)應(yīng)用非接觸式測(cè)量，實(shí)現(xiàn)全隔離無(wú)殘壓的取樣方式，對(duì)避雷器工作不產(chǎn)生任何影響。將該裝置應(yīng)用到110kV輸電線路避雷器監(jiān)測(cè)過(guò)程中，其系統(tǒng)在線率達(dá)到100%，監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠性達(dá)到100%，且僅需要根據(jù)顯示數(shù)據(jù)和告警信息定期監(jiān)測(cè)、檢修和維護(hù)即可，不需要到場(chǎng)大范圍檢查，從根本上降低了輸電線路落雷檢驗(yàn)的人工成本，有效地保障了人身安全和設(shè)備安全。

在將輸電線路避雷器動(dòng)作機(jī)構(gòu)數(shù)字化改造后，其應(yīng)用信息集成和全數(shù)字通信新技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理、系統(tǒng)化管理、智能化管理，提升了避雷器監(jiān)測(cè)的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。尤其是在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，利用多信號(hào)檢測(cè)和線性化處理，保障了傳輸數(shù)據(jù)的精確度和可靠性，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量和傳輸效果。而在供電過(guò)程中采用新型環(huán)保技術(shù)，通過(guò)太陽(yáng)能取電和環(huán)保型鋰電池供電，最大限度降低了系統(tǒng)能耗。同時(shí)，設(shè)置外部保護(hù)裝置和溫度補(bǔ)償裝置，減少了環(huán)境對(duì)輸電線路避雷器動(dòng)作機(jī)構(gòu)數(shù)字化改造的影響，達(dá)到了“實(shí)時(shí)、在線、智能、遠(yuǎn)傳”監(jiān)測(cè)效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)的輸電線路避雷器電子化動(dòng)作機(jī)構(gòu)可通過(guò)GSM專網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)信息，配合電流監(jiān)測(cè)單元展開(kāi)有效泄露電流采樣，從根本上改善了雷擊在線監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度和可靠性。同時(shí)，利用太陽(yáng)能自取電大大降低了在線監(jiān)測(cè)能耗，起到了非常好的節(jié)能環(huán)保效果。在多雷區(qū)及高山等易受雷擊的線路避雷器上進(jìn)行改進(jìn)使用，通過(guò)使用加裝改造動(dòng)作機(jī)構(gòu)的避雷器后，能對(duì)落雷進(jìn)行精準(zhǔn)定位，極大縮小的查雷的范圍，顯著提高輸電班人員的工作效率，提高設(shè)備的管理水平整體具有很好的推廣價(jià)值。