氧化鋅避雷器在線監測方法的研究

崔 興，毛 興，唐志宇，賴 秋

（南方電網曲靖供電局，云南 曲靖 655000）

0 引 言

電力一直和人們的生活息息相關。只有電力系統全面正常運行，才能保證人們的生活質量更上一層樓。只有全面監測電力設備的運行狀況，才能夠全面監測電力系統的運行狀況。系統日常運行過程中，需要重點防護和監護雷電高發地區。不同類型的雷電都可能破壞電力設備的正常運行，甚至對相鄰設備造成損壞。因此，必須提前做好防雷工作。目前，常用的氧化鋅避雷器雖然比傳統避雷器更具優勢，但是其在實際運行過程中還會出現一定問題。因此，在線監測氧化鋅避雷器愈發重要。本文結合實際案例，主要分析氧化鋅避雷器在線監測的方法。

1 研究背景

避雷器作為一種常用的電壓保護器，其性能的優劣不僅對電氣設備的安全運營發揮很大作用，而且能夠對電力系統的經濟效益產生更大影響。我國的避雷器制造業基本在建國初期開始發展。我國很多廠家和科研單位進行了大量的研發工作，并吸收了國外的先進技術，在研制氧化鋅避雷器方面取得了豐富成果，很多產品甚至已經接近國際先進水平。但是，氧化鋅避雷器在使用過程中仍會出現各類不良現象。傳統避雷針監測系統故障主要包括以下幾方面的內容。

1.1 監測系統的誤判斷

調查超過50套在線監測設備后得知，因為很多檢測系統都不可靠，所以經常會監測到諸多錯誤數據[1]。全面分析監測系統后發現，由于器件多數存在誤差比較大和不穩定的現象，導致有關監測系統的抗干擾能力相對較差。

1.2 方法漏洞諸多

傳統模式下，可以在避雷器下安裝一部漏電計數器。這種分散式的電流監測方式其實不屬于一種在線監測方式。集中式處理方法主要運用屏蔽線纜，將被測信號引入工作室內部，在工作室內部進行全面分析和處理。但是，這種監測方式各個環節的連接非常緊密，信號在傳輸過程中會一直被干擾，一旦其中一個環節發生故障，可能導致整個系統癱瘓。

1.3 其他故障

氧化鋅避雷器在使用過程中可能出現老化、內部結構錯誤和其他各種類型的故障，不能更好地發揮作用。因此，人們在平時工作中一定要注重氧化鋅避雷器的全方位保養。

2 氧化鋅避雷器的結構和工作原理

2.1 氧化鋅避雷器的工作原理

氧化鋅電阻片在氧化鋅避雷器中發揮越來越重要的作用。當兩端電壓較低時，整個避雷器就會表現出一種高電阻和低流通的狀態，不僅可以大大降低內部功耗，而且能夠有效防止出現熱現象。但是，當加載在氧化鋅電阻片的電壓上升到一個臨界點時，一股巨大的電流會流過避雷器，避雷器就會在一瞬間被擊穿，即常見的“隧道效應”。

氧化鋅避雷器在一定電壓下運行的過程中，具有與絕緣子相差無幾的絕緣性能。如果被保護的電氣設備不能承受較大電流時，那么處于并聯狀態下的氧化鋅避雷器能夠自動降低本身的電阻值，引入更多的電流。有效運用氧化鋅避雷器能夠保證電力設備只承受一部分電力，并將多余電荷引向大地，使整個電網系統穩定運行。

2.2 氧化鋅避雷器的內部結構

每一個氧化鋅避雷器內部都存在多個氧化鋅閥片串，內部也會融合更多的線性電容和極間電容。從長遠發展來看，氧化鋅閥片的質量會直接決定避雷器的質量。當氧化鋅避雷器在正常的電壓下工作時，各種類型的有阻電流和容性電流會流過氧化鋅避雷器[2]，其內部的避雷器閥片和非線性電阻就會呈現并聯狀態。

3 氧化鋅避雷器在線監測方法的主要類型

3.1 全電流法

全電流法主要是串聯一個特制的電流表和避雷器，常應用于氧化鋅避雷器的運作過程。這樣的裝置不僅能夠在一瞬間內測量出流過氧化鋅避雷器的電流量，而且能夠計算出避雷器發生故障的次數。全電流法的主要結構如圖1所示。

圖1 運行電壓下MOA全電流和阻性電流測量接線圖

從結構可以看出，無論氧化鋅避雷器在使用過程中是否發生嚴重事故，采用全電流法都可以快速檢測出故障。正常運行條件下，阻性電流占據總電流的比例相對較小。氧化鋅避雷器發生前期故障時，雖然局部電流會在短時間內增大，但是總體泄漏電流沒有增大。因此，如果僅采用全電流法進行檢測，檢測結果的準確性則相對較低。盡管全電流法的準確性不夠高，但整體操作方式比較簡單。

3.2 各次諧波分析法

諧波分析法是在三次諧波法的基礎上形成的方法。操作過程中，需要以阻性電流和三次諧波電流為基礎進行全面分析。因為諧波分析法都是以數字信號為基礎進行全面分析，所以也可以稱為數字波形法。一般當氧化鋅避雷器出現受潮或者老化現象時，其內部的三次阻性諧波會隨著內部結構的變化而變化。因此，需要以三次諧波為基礎全面測量電壓和電流，將檢測到的信息轉化成FFT，并結合相對應的結果計算幅度值和相角。采用各次諧波分析法，往往能夠在第一時間判斷氧化鋅避雷器是否發生老化或者受潮現象。

3.3 溫度測量法

單純應用溫度測量法不能直接知道系統的運行狀態，但溫度變化會對氧化鋅避雷針產生一定影響。如果氧化鋅避雷針在運行過程中無端吸收了能量，但沒有超過其損耗的能量，內部溫度不會發生太大變化。如果氧化鋅避雷針的內部電壓值較大，溫度會在某一段時間內迅速升高，但一段時間后會逐步復原[3]。但是，如果氧化鋅避雷器的性能發生變化，則溫度不能在短時間內迅速恢復。氧化鋅避雷器的外部不能直接安裝溫度檢測儀，如果將合適的裝置直接放置入避雷器內部，會使避雷器出現密封不良的現象。

4 氧化鋅避雷器硬件和軟件結構

4.1 氧化鋅避雷器硬件結構

實際設計氧化鋅避雷器硬件結構的過程中，可以采用互相感覺的方式流過MOA內部。此方式的最終目的是保證電路內部的信號不會互相干擾。但是，除了有源濾波外，還會存在少量更高級別的諧波。因此，需要采用24位AD碼轉換數據，并在運用DSP轉化后進行全面處理，保證數據完全傳輸至接收端。

4.2 氧化鋅避雷針軟件結構設計

設計氧化鋅避雷針軟件系統的過程中，可以利用手機APP有效顯示數據，并有效進行諧波分析。MCU作為一種核心運算功能，能夠更好地控制整個單元。整個系統的工作流程具體如下。將各個模塊初始化，充分連接包括時鐘信號、輸入/輸出模塊及相關串口等。系統運行過程中，中斷信號到達一定位置后，具體判斷中斷信號是否屬于外部I/O中斷信號。一旦手機接收到中斷指令，MCU就會將手機APP端口發送的指令傳送到I/O端口，指令傳送成功后再執行相關操作。如果接收到由FPGA端口發送的信號時，則MCU端口就可以通過I/O端口接收各項數據信息，并將各項數據信息發送到連接口和手機APP端口。

5 結 論

氧化鋅避雷器在電網設備安全運行中占據重要地位，但其長時間運行后會出現老化現象。本文結合實際案例，全面分析、研究了氧化鋅避雷器在線監測裝置。工作人員只有掌握了相關知識，了解氧化鋅避雷器在實際使用過程中的作用，才能發揮該器件應有的作用。