一種新型避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)在智能變電站中的研究與應(yīng)用

田吉剛

摘 要：針對傳統(tǒng)避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的不足，研制了新型避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了光電隔離，避免了雷電過電壓串入站內(nèi)低壓系統(tǒng)及二次系統(tǒng)，有效保證了二次系統(tǒng)的安全；實現(xiàn)了數(shù)字化的數(shù)據(jù)可靠精確的測量傳輸，為避雷器的在線監(jiān)測提供物理基礎(chǔ)；實現(xiàn)雷擊計數(shù)器的遠傳，代替人工巡視，實現(xiàn)避雷器遠程的狀態(tài)維護；采用數(shù)字化傳輸，光纖數(shù)據(jù)傳輸，增強抗干擾能力；建立了專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)，為避雷器的設(shè)備維護，優(yōu)化管理流程提供了理論和數(shù)據(jù)依據(jù)，上述技術(shù)填補了國內(nèi)該領(lǐng)域的空白。

關(guān)鍵詞：避雷器；在線監(jiān)測；智能變電站

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A

金屬氧化物避雷器是電力系統(tǒng)安全運行中重要的過電壓保護設(shè)備，在電力系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)避雷器監(jiān)測，避雷器的接地回路上普遍都安裝有帶泄漏電流指針表的雷擊計數(shù)器，用人工抄表記錄的方式，來監(jiān)視避雷器泄漏電流的大小和變化趨勢，這種定時巡視方式，無法解決無人值守變電所要求的自動在線監(jiān)測的問題。

1 傳統(tǒng)避雷器監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的主要問題

傳統(tǒng)避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)由全電流、雷擊計數(shù)器、巡測報警裝置等組成，包括以下設(shè)備：（1）避雷器； （2）雷擊計數(shù)器，泄露電流表； （3）AD轉(zhuǎn)換器；（ 4）巡測報警儀。其主要缺點是：（1）運行維護不方便；2）傳統(tǒng)泄露電流表及雷擊計數(shù)器直接串接到避雷器末屏接地回路中，高低壓未完全隔離，設(shè)備安全運行得不到保障；（3）無法對避雷器的運行工況進行分析決策；（4）通訊規(guī)范不匹配，很難與其他監(jiān)測系統(tǒng)進行集成。

2 新型避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)原理

四川省電力公司組織四川電力設(shè)計咨詢有限責任公司、四川電力試驗研究院、南京新寧光電工程有限公司依托220kV 泰興變電站新建工程對新型避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)進行了研究并在工程中成功應(yīng)用。

新型避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)由兩個部分組成：泄露電流信號采集部分、數(shù)字信號遠傳后臺分析處理部分。

（1）泄露電流信號采集部分（圖1）

零磁通小電流傳感器是專門為高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測而研制的一種小電流傳感器，能夠?qū)﹁F芯全自動補償，使鐵芯工作在理想的零磁通狀態(tài)。穿芯結(jié)構(gòu)設(shè)計更能保證設(shè)備的安全，傳感器能夠準確檢測100μA—700mA的工頻電流。具有極好溫度特性和電磁場干擾能力，滿足變電站復(fù)雜的電場干擾下設(shè)備取樣的精確度。采集到的小信號經(jīng)過采樣分辨率為16bit的采集器，通過通信規(guī)約提供給位于主控室內(nèi)的數(shù)據(jù)集中器。

（2） 雷擊次數(shù)的統(tǒng)計

雷擊次數(shù)靠全電流閥值、雷擊持續(xù)時間以及雷擊閉鎖時間三個整定定值判斷。當泄露全電流超過全電流閥值且在雷擊持續(xù)時間內(nèi)判斷為發(fā)生一次雷擊，且在緊接著一小段雷擊閉鎖時間內(nèi)如仍有超過全電流閥值的采樣點，不判定為下一次雷擊。

（3） 數(shù)字信號遠傳后臺分析處理部分

全站所有采集器數(shù)據(jù)傳輸給主控室的數(shù)據(jù)集中裝置，通過IEC61850通信規(guī)約接入全站在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺，使用避雷器專用分析系統(tǒng)軟件，統(tǒng)計雷擊次數(shù)，監(jiān)測全電流的變化，幫助完成停電檢測的決定，避免事故的發(fā)生，真正實現(xiàn)狀態(tài)檢修和變電站的智能化管理。

4 主要研究成果

通過對變電站避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究，實現(xiàn)避雷器實時泄露電流和雷擊次數(shù)信號的采集以及數(shù)據(jù)遠傳進入后臺系統(tǒng)分析，建立全站的避雷器在線監(jiān)測和專家系統(tǒng)，取得一項實用新型專利“新型避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)”（專利號為ZL201120240017.6），并在220kV 泰興變電站的220kV以及110kV避雷器進行了實踐應(yīng)用，設(shè)備投運至今運行穩(wěn)定良好。新型避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)具有以下特點：

（1）實現(xiàn)了光電隔離，與傳統(tǒng)方案比，避免了雷電過電壓串入站內(nèi)低壓系統(tǒng)及二次系統(tǒng)，有效保證了二次系統(tǒng)的安全。

（2）數(shù)字化測量，提高了測量回路的精度，靈敏度高。實現(xiàn)了數(shù)字化的數(shù)據(jù)可靠精確的測量傳輸，為避雷器的在線監(jiān)測提供物理基礎(chǔ)。

（3）實現(xiàn)雷擊計數(shù)器的遠傳，避免了人工巡視，減少了維護工作量，實現(xiàn)避雷器遠程的狀態(tài)維護。

（4）數(shù)字化傳輸，光纖數(shù)據(jù)傳輸，增強抗干擾能力。

（5）智能化在線監(jiān)測主機的引入，提供了專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)，為避雷器的設(shè)備維護，優(yōu)化管理流程提供了理論和數(shù)據(jù)依據(jù)。

4 新型避雷器在線監(jiān)測技術(shù)經(jīng)濟效益分析

與傳統(tǒng)設(shè)備配置相比，新型避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)濟效益優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）準確度、安全性、雷擊次數(shù)統(tǒng)計。傳統(tǒng)設(shè)備配置：表計接入避雷器接地回路，一、二次不隔離安全可靠性差；新型避雷器在線監(jiān)測：穿心互感器及獨立的交流電源系統(tǒng)使一、二次可靠隔離，系統(tǒng)含錄波及波形實時查詢功能。具有安全可靠，采樣精度高，原理先進，采樣數(shù)據(jù)實時波形查閱及雷擊時的錄波系統(tǒng)可積累作為運行分析的依據(jù)。

（2）通信遠傳無需規(guī)約轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)設(shè)備配置：采用485協(xié)議通信，信號遠傳通過屏蔽電纜或通過無線通信傳輸，需要進行規(guī)約轉(zhuǎn)換；新型避雷器在線監(jiān)測：通過光纖按照符合61850通信協(xié)議將泄露電流、雷擊次數(shù)進行遠傳，與智能站配套，無需規(guī)約轉(zhuǎn)換。

（3）在線分析監(jiān)測。傳統(tǒng)設(shè)備配置：不具備此功能。避雷器存在內(nèi)部受潮或閥片老化等缺陷時，一般通過停電試驗可以檢查出來。新型避雷器在線監(jiān)測：具有專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)積累，提供狀態(tài)檢修的依據(jù)。數(shù)據(jù)均可通過后臺系統(tǒng)遠傳，無需對設(shè)備進行定檢，節(jié)省檢修費用，無需每年停電對設(shè)備安排人員進行定檢，實現(xiàn)狀態(tài)檢修。

（4）后臺系統(tǒng)。傳統(tǒng)設(shè)備配置：按間隔配置泄露電流及雷擊次數(shù)監(jiān)測設(shè)備，并通過規(guī)約轉(zhuǎn)換與專用后臺系統(tǒng)接入；新型避雷器在線監(jiān)測：符合IEC61850通訊協(xié)議，可與智能變電站的監(jiān)控、遠動主機兼容，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、畫面、信息的輕松調(diào)入，可融入全站統(tǒng)一的在線監(jiān)測后臺中。

（5）運行維護。傳統(tǒng)設(shè)備配置：安排人員對設(shè)備巡檢，抄表；新型避雷器在線監(jiān)測：后臺顯示，分析，節(jié)省運行維護費用。

結(jié)語

主要研究了避雷器泄露電流的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)遠傳，改變了過去避雷器計數(shù)監(jiān)測回路接入回路，避雷器計數(shù)監(jiān)測回路無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳等缺陷，為智能變電站的無人值班以及狀態(tài)檢修提供基礎(chǔ)。新型避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)可以適用于交流110（66）kV～750kV變電站新建工程避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)。

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