變電站避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

顧黎明　倪勇

摘 要：本系統(tǒng)主要結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集、傳輸氧化鋅避雷器上泄漏電流數(shù)據(jù)信息，方便地進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)的功能。并通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)避雷器數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理成數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)奖O(jiān)控后臺(tái)，由主控室監(jiān)測(cè)終端或集控中心監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：變電站 避雷器 在線監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM934.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）02（a）-0093-01

雷電災(zāi)害事故在現(xiàn)代電力系統(tǒng)的跳閘停電事故中占有很大的比重，特別是伴隨著開(kāi)關(guān)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓的降低及其導(dǎo)致的事故的減少，從而使得大氣過(guò)電壓引起的事故率進(jìn)一步的提高，從而危及變電站設(shè)備和輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的避雷器出現(xiàn)異常運(yùn)行時(shí)，目前普遍采用的人工監(jiān)視檢查的方法，但是只能讀取避雷器全泄漏電流，卻無(wú)法準(zhǔn)確判斷是表計(jì)問(wèn)題還是避雷器本身故障的問(wèn)題，安全性、實(shí)時(shí)性、可靠性較低。

1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

金屬氧化物避雷器已在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，其作為電力設(shè)備的過(guò)電壓保護(hù)裝置，對(duì)電力設(shè)備安全運(yùn)行起著很大的作用。

正常工作電壓下，流過(guò)氧化鋅電阻片的電流僅為微安級(jí)，但是由于閥片的劣化，導(dǎo)致流過(guò)閥片的泄漏電流增加。另外，由于避雷器結(jié)構(gòu)不良，密封不嚴(yán)使內(nèi)部和閥片受潮，也會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行中避雷器泄漏電流的增加。泄漏電流中阻性分量的急劇增加，會(huì)使閥片溫度上升而發(fā)生熱崩潰，嚴(yán)重時(shí)，甚至引起避雷器的爆炸事故。因此通過(guò)測(cè)量氧化鋅避雷器在運(yùn)行電壓下的全電流、阻性電流對(duì)比分析，就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部存在的缺陷，反映出該避雷器受潮情況及老化程度并作為該設(shè)備能否繼續(xù)可靠運(yùn)行的一個(gè)重要判據(jù)。

本系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)異常運(yùn)行的避雷器的泄漏電流值，并由軟件矢量分析出其容性電流分量、阻性電流分量及阻性電流和容性電流分量的比值，結(jié)合歷史泄漏電流曲線，綜合判斷避雷器的好壞。

2 變電站避雷器遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)總體系統(tǒng)

本系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氧化鋅避雷器泄漏電流，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理成數(shù)字信號(hào)，無(wú)線傳輸?shù)阶冸娬颈O(jiān)控后臺(tái)，由主控室監(jiān)測(cè)終端或集控中心監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)包含下列三部分：由包含PT電壓采集節(jié)點(diǎn)、泄漏電流采集節(jié)點(diǎn)、路由中繼節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)組成的2.4 GHz無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控服務(wù)器以及報(bào)警裝置。

2.1 硬件構(gòu)成

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)避雷器的泄漏電流進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)隔離、放大、疊加直流信號(hào)和進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最后通過(guò)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控終端，經(jīng)后臺(tái)軟件分解出容性電流和阻性電流，并計(jì)算出阻性電流和容性電流的比值，由此來(lái)衡量避雷器的優(yōu)劣。

變電站避雷器遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通訊采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要由傳感器節(jié)點(diǎn)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)軟件三個(gè)部分組成。空間分布的測(cè)量節(jié)點(diǎn)通過(guò)與傳感器連接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氧化鋅避雷器的泄露電流進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送至相鄰節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)與有線系統(tǒng)相連接，這樣就能使用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、分析和顯示。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有自動(dòng)組網(wǎng)冗余功能。每個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成相應(yīng)的電壓或電流的采集，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間均能相互通訊，既能接收到相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)，又能將本節(jié)點(diǎn)和相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送出去，起到接力傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)、延長(zhǎng)發(fā)送距離以及增加數(shù)據(jù)傳輸可靠性的作用，從而保證任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的崩潰，也不會(huì)將雷電流引入控制室，所以不會(huì)給變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)帶來(lái)任何額外的風(fēng)險(xiǎn)，具有高度的系統(tǒng)可靠性和安全性。無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)需鋪設(shè)電纜、電線，相比于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自然具有更大的靈活性，易于擴(kuò)展升級(jí)。同時(shí)，靈活性也帶來(lái)了成本的降低。除了電纜的成本，系統(tǒng)配置及安裝、維護(hù)均降低了成本。

2.2 監(jiān)控后臺(tái)

監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用客戶機(jī)-服務(wù)器架構(gòu)。運(yùn)行在監(jiān)控服務(wù)器上的labview服務(wù)器程序是系統(tǒng)的核心部分。在每一個(gè)輪詢周期到來(lái)時(shí)，監(jiān)控服務(wù)器發(fā)出廣播喚醒消息，喚醒所有睡眠的無(wú)線節(jié)點(diǎn)，同時(shí)廣播采樣同步消息啟動(dòng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)樣本，在收集齊所有節(jié)點(diǎn)的電壓和電流樣本數(shù)據(jù)后，廣播睡眠同步消息要求所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠低功耗模式，從而有效保證采樣數(shù)據(jù)的同步性。監(jiān)控軟件對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行DFT處理得出電流與電壓之間的相位差，全電流的幅值以及有效值，容性以及阻性分量，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警閥值來(lái)決定是否觸發(fā)報(bào)警裝置。

顯示為某變電站塘樹(shù)5860線A相避雷器后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控的泄漏電流值讀數(shù)曲線圖和其阻性電流和容性電流的比值圖，通過(guò)其描繪出避雷器泄漏電流值的實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線，由于阻性電流一般不能超過(guò)容性泄漏電流的25%（即阻性電流與泄漏全電流夾角不低于75 °），避雷器泄漏電流值的變化和優(yōu)劣情況一目了然。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)避雷器的泄漏電流超標(biāo)時(shí)，后臺(tái)監(jiān)控界面就會(huì)出現(xiàn)聲光報(bào)警，提醒運(yùn)行人員注意。運(yùn)行人員可以隨時(shí)隨地查看避雷器的狀態(tài)，包含每相漏電流實(shí)時(shí)的矢量圖以及相位角值，通過(guò)歷史記錄查看以及分析模塊，可以查看任一時(shí)間段的數(shù)據(jù)資料。

3 結(jié)語(yǔ)

變電站避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人監(jiān)視和不拆除現(xiàn)場(chǎng)避雷器表計(jì)的情況下，將現(xiàn)場(chǎng)避雷器泄漏電流和系統(tǒng)電壓以同步采樣的方式，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)監(jiān)控后臺(tái)；此外，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備自主組網(wǎng)冗余配置功能，每個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)都是潛在的中繼站，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕挥?jì)算機(jī)監(jiān)控后臺(tái)通過(guò)對(duì)異常運(yùn)行的避雷器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成數(shù)據(jù)表格并繪制成劣化趨勢(shì)圖，并提供歷史記錄的查詢和對(duì)比分析功能，能直觀地判斷出避雷器的劣化程度，以便相關(guān)人員能及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握避雷器運(yùn)行的健康狀況，從而保障人身、電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧維.MOA泄漏網(wǎng)絡(luò)化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].高電壓技術(shù)，2003（9）：29：22-23.

[2] 陳靖.金屬氧化物避雷器在線測(cè)試方法改進(jìn)[J].江蘇電機(jī)工程，2009，28（5）：49-51.endprint