氧化鋅避雷器在線監測系統設計

王延廷 劉興山 姜黎丹

摘 要：本文將傳統避雷器進行優化，針對氧化鋅避雷器在線監測系統進行設計，采集就地數據并通過RS485進行通訊，系統采用數字化總線技術，杜絕被測信號的長距離傳輸及地電位的影響。系統將數據信號傳輸至上位機進行整合，計算，存儲。方便現場工作人員及監測員進行時刻的數據觀測和回顧，且報警裝置處理能夠提供越值報警，提高現場自動化程度。

關鍵詞：避雷器；在線監測；RS485

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.145

0 引言

避雷器是輸變電系統中的重要設備。 由于在遭受雷擊或限制過電壓時，泄掉能量，保護設備免受傷害。隨著避雷器長時間的運行，其電阻片會因直接承受工頻電壓而產生劣化現象，或者結構不良、密封不嚴等導致內部受潮，從而引起泄漏電流急劇增大（特別是阻性電流），致使電阻片溫度上升而發生熱擊穿，甚至發生爆炸[1-3]，所以對避雷器的監測顯得尤為重要。

1 系統概述

系統通過安裝在每只氧化鋅避雷器接地線上的泄漏電流傳感器和沖擊電流傳感器，對氧化鋅避雷器的工頻泄漏電流、過電壓動作電流進行采樣[4-5]。通過分布式安裝的在線監測單元或子IED對信號進行采集、處理、轉換為數字信號。由屏蔽通訊電纜或光纖進行現場RS485或CAN總線組網，組網總線連接到間隔層智能組件柜內的主IED或站控層的網關服務器。主IED或網關服務器完成數據分析、保存和數據遠傳。工作站或客戶端完成數據訪問、處理及打印。

系統采用數字化總線技術，杜絕被測信號的長距離傳輸及地電位的影響。

采用穿芯式雙屏蔽零磁通傳感器技術，在線監測單元快速采集大動態范圍的電流信[6]，電流采樣信號均采用浮點放大技術，即程控放大倍數由硬件自動控制，能真實有效地反映氧化鋅避雷器正常運行時的阻性基波電流及1、3、5、7、9 次諧波電流并在軟件上采用數字信號處理技術及分析診斷算法，可有效的濾除干擾，使采集信號不受環境溫度及電磁干擾的影響。

2 系統特點

實時監測：實時監測靜態（工頻泄漏）電流和動態（過電壓動作）電流。

系統架構：分層分布式系統結構、模塊化設計實現，硬件的通用性強。

傳感器技術：采用超微晶材料、雙層電磁屏蔽、單匝穿心式零磁通傳感器。

測量原理：分布式同步采樣、分時處理技術。

單元通訊：采用高可靠性的RS485或CAN總線，雙層屏蔽通訊電纜或光纖。

主IED通訊：支持TCP/IP網絡協議，滿足智能化變電站IEC61850的通訊規范，網線或光纖。

數據處理：傅立葉頻譜分析，多次諧波電壓測量。

分析周期：用戶可設定，默認為1小時。

診斷算法：系統采用橫比與縱比相結合、規程定標與數據分析相結合的智能診斷算法。

顯示方式：報表方式/趨勢圖方式。

報警方式：有兩級報警，報警信號可就地和遠傳。

系統施工：分布式就近安裝，施工簡便。配置靈活，擴展性好維護簡單。

系統維護：支持遠程監測、維護和更新。

系統安全：與設備一次側電磁隔離，不改變被測設備運行接線方式。

3 系統組成

ZXBLQ-U系統電壓監測單元；

ZXBLQ-H現場環境監測單元；

ZXBLQ-C氧化鋅避雷器監測單元；

ZXBLQ-I氧化鋅避雷器在線監測IED；

ZXBLQ-Z氧化鋅避雷器在線狀態信息系統。

4 測試項目

泄漏電流全電流波形、基波有效值、峰值；泄漏電流阻性分量基波有效值及3、5、7次有效值；泄漏電流阻性分量峰值：正峰值Ir+、負峰值Ir-；系統頻率；容性電流基波；全電壓、全電流之間的相角差；運行電壓有效值；避雷器功耗；雷擊動作電流峰值；雷擊動作電流次數；環境溫度，濕度。

5 技術指標

系統通過RS485或CAN總線連接分布式安裝的現場監測單元；通過RJ45或光纖連接到合并單元獲取PT電壓信號；通過RJ45或光纖連接到變電站內的數據通訊環網；通過RJ45或光纖連接到變電站內的B碼對時通訊環網；接收在線監測單元采集到的監測數據以及傳送站控層智能輔助控制器（CAC）的控制命令；對監測單元采集到的數據進行分析，并對故障信息進行存儲、本地顯示和報警；嵌入IEC 61850協議，實現設備信息共享以及設備的互操作性。

系統采用DL/T860標準通信協議，接收現場IED的監測數據；具有數據采樣周期控制等功能；系統具有分析診斷、數據值、波形、報警信息的顯示功能；系統具有WEB瀏覽、數據遠傳等功能；系統具有按I2標準協議與遠方狀態監測主站端系統的通信接口；良好的人機交互界面，操作簡單，直觀。

6 測試結果分析

采用數學形態學對具有較強干擾背景的避雷器泄露電流現場監測信號進行消噪處理，通過平滑避雷器泄露電流在線監測數據中的突變點，在單片機和DSP等上實現有效提取真實信號。

圖7和圖8是氧化鋅避雷器電流信號，在進行濾波前后的對比結果，此見數學形態學在出現氧化避雷器電流信號的干擾顯著，可以使得數據分析的可靠性和準確性大大提高。

7 結論

本文對傳統氧化鋅避雷器在線監測系統進行改進，實現了就地操作和遠程監控的雙重需求，可有效的濾除干擾，使采集信號不受環境溫度及電磁干擾的影響，提高監測精度，且為現場通訊電纜走線節約了大量成本，實用于現場實際。

參考文獻：

[1]王金海.金屬氧化鋅避雷器在線監測原理及系統研究[D].華北電力大學，2014.

[2]鄧誼柏.避雷器在線監測儀的研究與設計[D].湖南大學，2010.

[3]徐肖慶，王任，賀牧，董偉.基于虛擬儀器的氧化鋅避雷器在線監測[J].云南電力技術，2013，41（02）：20-22.

[4]郭家晨.換流變閥側避雷器在線監測方法研究[D].哈爾濱理工大學，2015.

[5]丁國成，律方成，劉云鵬，邢麗娜.數學形態學用于抑制MOA在線監測現場干擾[J].高電壓技術，2006（04）：44-46.

[6]許小鵬.氧化鋅避雷器阻性電流提取方法的研究[D].華北電力大學，2016.