高海拔地區避雷器在線智能監測技術分析

武超，逯憲斌，羅福星，謝忠明，郭樹峰

（國網西藏電力有限公司檢修公司，西藏 拉薩 850000）

避雷器是保護輸配電線路免受雷擊跳閘的重要電氣設備，避雷器的運行狀況將影響輸配電線路的運行安全。為了能夠及時準確地了解避雷器絕緣系統的運行狀況，需要對避雷器配置智能采集監測終端，實現對避雷器的在線實時監測。本文首先分析了對高海拔地區避雷器進行在線監測的必要性，之后闡述了具體的避雷器在線智能監測技術現狀及技術原理，最后介紹了避雷器在線智能監測技術在實際中的相關應用情況。

1 高海拔地區避雷器監測的必要性

1.1 避雷器的結構及運行原理

避雷器主要是給輸電線路提供雷擊過電壓保護，工頻過電壓保護一般由其他保護裝置來完成。在高海拔地區，經常出現雷電天氣，給輸配電線路的可靠運行帶來了一定的挑戰。避雷器當運行時間較長時，會出現一定程度的劣化現象。如果避雷器的劣化程度較為嚴重，則可能會使得避雷器失效，難以給輸電系統提供過電壓安全保護。以氧化鋅避雷器為例，由于避雷器長時間被雨水浸泡而受潮，容易出現劣化現象，圖1為氧化鋅避雷器的結構。

圖1 氧化鋅避雷器的結構

從圖1中氧化鋅避雷器的結構中可以看出，氧化鋅避雷器在組成結構中主要包括瓷套、熔絲、氧化鋅、彈簧以及密封墊等組成。當雷擊到輸電線路上時，會在輸電線路上產生較大的感應電流，并且沿著輸電線路進入到變電站中，對變電站中的變電一次設備的安全運行構成較大的威脅。為了保證變電站中電氣設備的運行安全，一般都在配置了避雷器設備，以為變電設備提供過電壓保護。避雷器在運行的過程中具有顯著的特征，在電壓水平較高時，呈現出低電阻特性，而在電壓水平較低時，則呈現出高電阻特性。當輸電線路遭受雷擊時，避雷器中的感應電壓很高，故能夠將較大的感應電流導入到地下，這樣和避雷器相互并聯的電氣設備就可以免受雷擊，達保護電氣設備的目的。當雷電波在輸電線路中消失之后，則避雷器所承受的電壓恢復為工頻電壓，重新恢復為高電阻狀態，為此應保證避雷器具有較強的絕緣恢復能力。

1.2 高海拔地區避雷器監測的必要性

當輸配電系統中的避雷器出現了劣化情況時，如果沒有及時保養，則當該輸配電系統再次遭受雷擊時，可能會使得電氣設備遭受雷擊，導致設備損壞，為此有必要采用高海拔地區避雷器監測終端設備。通過對高海拔地區輸配電系統中的避雷器采用高精度采集智能監測終端，進行在線監測，可以實現對避雷器劣化程度的實時監測。一旦避雷器出現劣化時，智能監測終端根據避雷器的劣化程度，及時發出相應的告警信息，并及時通知運維人員進行維護保養，避免因為避雷器劣化損壞而造成避雷器后端設備達不到應有的避雷效果，達到快速高效判斷出避雷器工作狀態的目標，這也是避雷器在線智能實時監測系統的主要作用。考慮到高海拔地區輸配電線路運行環境的特點，合理配置避雷器在線智能實時監測系統具有較強的實際應用價值。

2 避雷器在線智能監測的硬件系統分析

2.1 避雷器監測技術現狀

當避雷器運行時間較長時，其內部會受潮，同時，避雷器的閥門也會發生老化。目前，對避雷器的維護有采用人工的方式，及定期測量避雷器的絕緣電阻以及避雷器的泄漏電流等參數，一旦發現避雷器中的絕緣系統擊穿或者出現了較為嚴重的劣化現象，則對避雷器進行更換。這種避雷器的維護方式難以及時發現避雷器中所存在的缺陷，使得避雷器在運行過程中存在著一定的安全隱患。并且在維護過程中也需要耗費較多的人力資源成本，不利于提高維護工作中的經濟性及運維效率。為了提高對避雷器的運維效率，在實際中也采用了避雷器監測系統，通過評估避雷器泄漏電流大小來判斷避雷器的運行狀況。在目前現有的避雷器監測系統中，系統的功能較為單一，并且監測系統在抗干擾性能上也相對不足，難以滿足實際的應用要求，并且監測數據也不夠準確，以下介紹避雷器在線智能監測系統。

2.2 避雷器在線智能監測的硬件系統

由于避雷器的運行環境具有電磁干擾強、溫度變化大的特點，故在避雷器在線智能監測硬件系統的設計過程中，應采取抗干擾的技術措施，保證避雷器在線智能監測系統應用功能的穩定。在避雷器在線智能監測系統中，在避雷器的接地端連接了多個不同的報警傳感器，同時，各個報警傳感器和數據信息中繼器相連，并將數據信息通過中繼器傳輸至避雷器的在線智能監測平臺中。其中報警傳感器在整個避雷器在線監測系統中扮演著重要的角色，一般該報警傳感器是安裝在接地排和避雷器之間，可以用來采集避雷器中的泄漏電流信息。

對于報警傳感器中的報警電路，在組成上包括壓敏電阻、電流互感器、電壓比較電路、三極管、二級管、繼電器和報警器等。當報警電路監測到避雷器出現了較為嚴重的劣化現象后，可以通過聲音報警器發出聲音報警信息，提醒運維人員對避雷器開展預防性試驗，從而達到節約避雷器檢測資源，并提高檢測效率的目的，提高線路運行的可靠性。對于避雷器監測系統中的采集電路，主要包括時鐘電路模塊、儲存電路模塊和調試電路模塊等，在監測系統中分別承擔著不同的功能。同時，在避雷器監測的硬件系統中，還包括數據通信電路模塊、防雷保護功能模塊、電源電路模塊等，這些子硬件模塊共同組成了整個避雷器監測硬件系統。通信電路模塊一般是采用無線通信技術，以方便各個監測終端之間的通信組網。由于避雷器監測硬件在實際使用的過程中，也可能會遭受到雷擊，故在硬件系統中配置防雷保護功能模塊具有較強的必要性，能夠提高避雷器監測硬件系統的使用壽命。由于避雷器監測硬件也需要額外的電源進行供電才能夠使用，故在該硬件中還設置了電源電路模塊。

3 避雷器在線智能監測的軟件系統分析

3.1 避雷器監測軟件系統中的主程序

在避雷器在線智能監測系統中，除了硬件系統，還需要軟件系統配合運行。在監測系統軟件的設計中，需要對軟件系統的主程序、采樣程序、數據處理程序等分別進行設計，保證各個軟件子系統的功能正常發揮。其中主程序起著主要的邏輯分析及判斷作用，能夠對采樣程序中的數據進行合理的利用。在避雷器在線智能監測軟件系統的開發中，首先應加強對主程序的流程設計，圖2為避雷器在線監測系統的主程序流程圖。

圖2 避雷器在線監測系統的主程序流程圖

從圖2的避雷器在線監測系統的主程序軟件流程圖中可以看出，軟件程序首先判斷是否收到了啟動監測的消息幀，如果收到了，則對消息幀進行解析，并啟動后續的數據采樣、數據處理以及數據發送到中繼器等一系列環節，完成整個避雷器運行狀況的在線監測任務。當監測到避雷器中出現了異常情況時，可以以告警的方式將數據發送出去，達到在線實時監測的目的。當這些流程都運行完畢后，監測系統中的軟件程序會繼續運行在監測狀態，保證對避雷器監測的連續性。在具體的監測程序設計過程中，采樣程序、數據處理程序都可以通過額外編寫相應的函數來實現，并在監測主程序中對這些函數進行調用。

3.2 避雷器監測軟件系統中的采樣及數據處理程序

在避雷器監測數據采樣環節，需要采集的主要避雷器特征量包括泄漏電流、阻性電流、基波電流、諧波電流以及容性電流等。對于采集周期的選取，可以在采集程序中設置每隔一分鐘發送一次避雷器運行狀況數據采集廣播信息，廣播信息主要是用來通知系統中的前端采集模塊開始進行數據采集工作。當發送完廣播信息后，就可以接著再依次發送單播信息，用來提取避雷器監測系統中各個監測器中所采集的特征數據。這種特征數據在加上一定的時間戳后，就可以送入數據存儲模塊進行保存。如果發送完一次單播信息后，沒有采集到所需要的特征量數據，則可以再次向監測器發送數據采集單播信息。如果多次都沒有收到采集信息，則可以認定該監測器運行故障，并發出相應的告警提示信息，方便運維人員對該監測器進行更換。

其中基波電流和諧波電流，需要采用相應的算法提取才能夠獲取得到。可以對避雷器監測系統中的采樣數據，采取快速傅里葉變換的算法進行處理，如果出現了信號頻率波動的情況，也可以采用算法進行插值修正，保證基波電流和諧波電流能夠正常提取。隨著避雷器在線智能監測技術的發展，在監測系統的開發中，可以對數據處理所采用到的算法進行優化，以便提高對數據分析及處理的效率，更好地掌握避雷器的運行狀況信息，保證避雷器處于良好的運行狀態。

4 結語

雷擊給高海拔地區的輸配電線路運行帶來了較大的安全風險，故在雷擊危害較嚴重的地區，應推廣應用避雷器在線智能監測技術。通過在高海拔地區采取避雷器在線智能監測技術，有利于提高避雷器設備運行的健康水平，從而更好地保障電網的穩定運行，提高高海拔地區電網的供電可靠性。