基于雷擊能量估計方法的氧化鋅避雷器在線失效預警裝置設計

尹程臣 肖繼云

摘? 要：由于氧化鋅避雷器能夠通過對過電壓的限制來保護設備，因此被廣泛的應用到了電力系統中。在露天長期處于高壓運行狀態下的氧化鋅避雷器，更易出現失效和動作的錯誤，進而對其他電氣設備構成威脅，使其運行無法得到安全的保證。因此，本文通過對雷擊能量的估算，對在線氧化鋅避雷器實效預警裝置進行了設計，以供參考。

關鍵詞：雷擊能量;估計方法;氧化鋅避雷器;預警裝置

目前，在定期對氧化鋅避雷器進行檢查和維護的過程中，主要是以離線方式為主，通過對專用儀器的操作，來檢測氧化鋅避雷器是否有著良好的性能。此類方法不僅對勞動量有著較大的需求，并且也缺乏科學的規則來對安裝使用時間進行檢查。

一、雷擊能量估算

針對雷擊脈沖來說，對其的捕獲和能量估算，其相關原理可以通過對RC回路的采用來進行比擬說明，在發生雷擊的時候，如果能量E（1）公式能夠表示二次線圈在互感器中的電流脈沖用能量，那么采用電容對雷擊脈沖能量的捕獲，能夠得知其在內電場中的電壓為 （2）;在經過脈沖后，能量按照公式（3）的形式泄放電流，然后通過對該泄放電流的檢測，采用公式（4）能夠實現對脈沖能量的估算[1]。

由于一次、二次這兩個線圈在互感器中是線性電流關系，通過對式（4）結果的計算能夠得知，該結果與氧化鋅避雷器能夠承受的實際雷擊能量之間為當量關系。根據這一當量關系能夠在試驗臺上進行離線雷擊實驗，通過對某一失效避雷器的雷擊效應的統計，以及對回歸計算法的采用，能夠獲取到在線預警所需的閾值。

二、在線預警裝置的設計

（一）工作原理

在線監測對防雷裝置的應用有著如下應用情況和工作原理：在線監測系統在防雷裝置中的應用，通過對防雷模塊和接地電阻的設計，能夠實現對相關數據的監測，主機系統在現場通過有線或無線網絡能夠獲取到此類數據;防雷模塊監測儀通過對浪涌的實時監測，能夠了解到雷擊是否對避雷器造成劣化，能夠作為依據，對使避雷器裝置性能進行更加可靠的檢測，遠程監測記錄儀所獲取到的數據是由無線或有線網絡所傳送的;接地電阻監測儀所獲取到的接地電阻值，通過對無線網絡或有線網絡的采用，能夠向遠程監測記錄儀輸送相關數據[2]。

（二）系統構成及運行

遠程監測記錄儀中涉及到了I2RAM片外存儲器電路、供電采集電路以及開關電源電路等構件，其對微控制器這一主控制器的采用，在速度、抗干擾能力以及功能等方面有著一定的優勢，主控制器在遠程監測記錄儀中通過電路與雷電數據采集系統的連接，能夠實現對雷電數據的采集，然后遠程監測記錄儀通過總線對此類數據的獲取，能夠由主控制器實現對其的處理;主控制器在遠程監測記錄儀中通過電路與接地的連接，能夠實現對接地電阻的判斷，然后光耦隔離能夠向遠程監測記錄儀中輸送此類比較電路，再由主控制器對其進行處理;用于監測避雷器模塊的電路在連接主控制器后，能夠將狀態信號從避雷器中傳送到遠程監測記錄儀中，再由主控制器對其進行處理;主控制器在遠程監測記錄儀中通過電路與I2RAM片外存儲器的連接，能夠實現對原始的系統數據和原始的雷電數據的存儲，以此來避免數據在停電時的丟失;主控制器、開關電源在遠程監測記錄儀中通過電路與指示燈進行連接;主控制器通過電路與溫度采集系統與遠程監測記錄儀的連接，能過實現對周圍溫度數據的采集，然后由總線向主控制器輸送此類數據;主控制器中通過電路與時鐘的連接、與U盤數據采集系統和遠程監測記錄儀的連接，能夠由U盤實現對各項當前數據的采集記錄;主控制器在遠程監測記錄儀中通過對電路與溫度采集系統的連接，能夠由各個開關來實現對記錄儀的控制;通過RS-485通信電路能夠實現與現場部分系統和記錄儀的通信;記錄儀前所顯示的是液晶顯示電路面板;通過開關電源模塊能夠使系統中所獲取到的電壓由交流轉變為多路直流。

（三）在線預警裝置電源設計

由于雷電發生時電網中存在著過電壓，并且所收到的電磁干擾較為復雜和強大，通常來說，引入電壓源型電流會導致測量時出現較大的噪音，所以，對電源進行合理的設計，能夠通過對電流互感器的利用，能夠使電源轉變為電流源型。通過電流互感器的采用能夠實現對直流電源的供應，此外，還將鐵磁諧振交流穩壓器應用到了變電站操作電源中。由于穩壓器的交流需要電感電磁諧振器，因此導致電源有著較大的體積和重量，所以，在線裝置中對微功率電子的應用并不適合。為了實現對以上問題的解決，在預警裝置中對單個全電子器件進行了設計，并在穩壓電路中進行了并聯[3]。穩壓電路中通過與該電子元件的并聯，能夠與鐵磁諧振穩壓器實現對直流穩壓的等效輸出。為了使供電能夠具有可靠性，在兩路輸出端并聯設計了兩個完全相同的互感器和穩壓電路。并聯電路的穩壓原理為，通過R1、R2對檢測支路的構成，當電壓在負載側比設定的閾值更低時，斷開開關，能夠使供電電流流向負載側;如果負載側出現了比設定的閾值更高的閾值時，通過對開關的導通，能夠使電源側斷路的電流源實現對閉合回路的形成[4]。

結束語：

本文對氧化鋅避雷器在受到雷擊時所能承受的能量進行了估算和檢測，當雷擊能量累計到特定值時，則可以判定避雷器即將失效，為了實現對在線失效的預警，特對這一在線失效預警裝置進行了設計。

參考文獻

[1]? 王恩國，蘇成志，李振輝. 避雷裝置失效實時監測系統[J]. 現代建筑電氣，2015（08）：22-25.

[2]? 楊慶林. 基于雷擊能量估計方法的氧化鋅避雷器在線失效預警裝置設計[J]. 山東工業技術，2015，000（012）：210-210.

[3]? 趙煜，呂慶升，崔興，等. 變電站避雷器在線監測儀故障分析及整改措施[J]. 中國設備工程，2019，000（010）：39-40.

[4]? 郝致遠. 基于LabVIEW的氧化鋅避雷器在線監測系統的研究與設計[D]. 山東大學，2011.