輸電線路避雷器動作信息傳輸監測技術研究

唐驥釗 黃余鳳 胡志途 陳正雍 朱培青

（廣東電網有限責任公司汕尾供電局）

0 引言

受環境因素、技術因素及操作因素的影響，輸電線路避雷器在運行過程中很容易出現采集靈敏度低、落雷計數錯誤、雷擊數據缺失等問題，嚴重影響了輸電線路的安全系數和可靠性能［1-3］。輸電線路避雷器監測系統可在智能采集和遠程傳輸基礎上實現避雷器性能參數和狀態數據的動態監測，其可靠性強、精確度高、適用面廣，已經開始在我國電力系統中大范圍應用［4-5］。尤其是基于GSM網絡的動作信息傳輸監測裝置，可將避雷器動作機構系統化、信息化進行改進，使避雷器智能監測效益得到本質上的改善，值得深入研究和拓展［6-8］。

1 缺陷分析

本研究過程中主要從某地區110kV輸電線路避雷器落雷檢查現狀出發，分析避雷器信息電子化改造的關鍵性和必要性，其具體內容如下。

某市位于我國廣東省南部沿海地區，其110kV輸電線路覆蓋范圍較廣，屬亞熱帶季風氣候，降雨量較為頻繁。該地區雷雨季節期間，110kV輸電線路落雷次數多，經常遭受雷擊，造成部分線路斷電或大面積供電癱瘓，嚴重影響了用戶用電質量。

在上述雷擊事故處理過程中，某地區110kV輸電線路檢修人員主要通過雷電系統或避雷器計數器排查雷擊范圍。一般情況下，通過雷電系統查詢的落雷范圍較大，因此排查需要較多時間，而通過查看避雷器的計數器則比較直觀，但是現有避雷器計數器只能通過上塔近距離觀察，十分消耗人力物力和時間。因此，本文提出一種避雷器動作的電子化改造，通過對避雷器的動作機構進行系統化、信息化改進，使得避雷器在動作的時候觸發信息系統動作發送避雷器的動作時間及避雷器位置等信息到輸電管理人員手機上，從而實現雷擊的精準定位。

2 改造方案

2.1 技術原理

（1）計數監測原理。避雷器計數器主要包括機械式和電子式兩大類。其中，機械式計數方法簡單，但現場操作難度大，往往要登高進行計數檢查；電子式支持遠程計數監測，效率高且計數準確，但需配置供電系統和遠程傳輸裝置，設置較為復雜，需針對具體環境進行合理選擇。

本次設計的輸電線路避雷器電子化動作機構主要采用在線采集＋遠程傳輸模式，可直接新裝電子計數器或在原有機械計數器基礎上配置輔助遠傳裝置，如圖1所示。

圖1 計數監測設計

上述采集箱中內置取樣閥片、整流電路、分壓電路、保護電路、電磁計數器、磁電式指針電表、空接點信號遠傳接口和光纖信號遠傳接口等。

（2）電流監測原理。避雷器在遭受雷擊后閥片性能將發生明顯變化，此時泄露電流數值異常。針對上述現象，在輸電線路避雷器動作機構電子化改造時可設置泄露全電流監測裝置，通過實時泄露電流分析，確定是否存在避雷器動作并自動計數，將其與計數器信息對比，從而增強避雷器在線監測結果的可靠性，如圖2所示。

圖2 電流監測設計

上述電流監測過程中以前端電流采集電阻R為參照，測其電流幅值。該電流值一般為毫安級，直接測量難度較大，故監測系統中增加信號放大電流，由兩級信號放大器分別進行處理，并配合濾波電路抑制諧波信號，從而保證前端電流監測裝置可直接采集到避雷器中的泄露全電流數值，并將其傳輸到在線監測系統中。

2.2 技術方案

本次設計的輸電線路避雷器電子化動作機構由一套動作觸發器、信息處理系統及供電系統組成。該套系統通過采取太陽能提供電源，信息處理系統不間斷檢測避雷器動作，當避雷器動作的時候，觸發信息系統動作，系統實時記錄避雷器動作時間并將相應的位置信息通過系統發送至輸電管理人員手機進行通知，如圖3所示。

圖3 輸電線路避雷器動作機構改造方案

（1）數據采集。輸電線路避雷器動作信息傳輸過程中主要采用兩種方式實現，其“采集箱＋監測器組”可直接采集各類計數器中的數據信息，通過GSM專用網絡直接上傳到監測終端中；電流監測單元可采集避雷器中的泄露全電流數據，通過A／D模數轉換通道進行數字化處理后，再上傳到監測終端中，用于準確識別避雷器的運行情況和動作次數。

計數器采集較為簡單，可通過計數器顯示數值的實時傳輸直接判斷放電次數。泄漏電流采集過程中根據泄露全電流數值可直接判斷避雷器的性能情況，并通過泄露全電流計算其與阻性電流相位差，判斷雷擊嚴重程度，分析絕緣性能是否滿足安全運行標準。

（2）通信傳輸。由于本項目為在特殊環境（雷電、雷擊、電磁風暴）下的電子化裝置，對無線網絡的覆蓋率、抗干擾性、可靠性、功耗等具有較高的要求，故通信網絡選擇GSM專用無線網絡。該網絡對比其他網絡或云平臺而言，其優勢主要體現在：

1）具有更高的覆蓋率，尤其在偏遠地區優于其他網絡通信方式；

2）由于采用更低的頻段和低數據傳輸模式，使其具有更好的可靠性；

3）采用低數據傳輸模式，只在觸發狀態下形成網絡鏈接，所以具有更低的功耗。

基于GSM的輸電線路避雷器動作信號傳輸系統中前端采集單元中安裝GSM模塊，在雷擊事件發生后，監測器組或電流監測單元中有信號發出，激活GSM模塊，使其通過發送／接收指令快速傳輸雷擊動作的有關數據，其傳輸效率快、可靠性強，更適用于在輸電線路避雷器動作中的信息傳輸告警目的。

（3）在線監測。系統終端主要由在線監測系統和通信防護系統兩部分組成。其中，通信防護系統設置防火墻保護、秘鑰認證，用戶在取得相關權限后方可進行后臺監測及管理界面；在線監測系統采用B／S服務模式，可針對避雷器雷擊動作信息直接顯示雷擊次數并快速確定故障范圍，生成可視化圖像。同時，配合移動終端打破傳統時間和空間的限制，確保檢修人員能夠隨時隨地獲取雷擊信息并進行雷擊故障告警，實現了輸電線路避雷器的全方位監測。

上述過程中嵌入式微機將前端采集到的數據整合并通過GSM網絡上傳，后臺服務可在客戶端中進行數據處理，分析動作信號、泄漏電流等數據，確定避雷器的實際運行狀態和故障風險等級。一旦輸電電纜避雷器泄漏電流異常，服務器終端將通過聲音報警裝置或移動終端發送短信方式提醒，使檢修人員及時到場維修。

（4）綠色供電。本次設計的輸電線路避雷器動作機構主要采用太陽能電池供電方式，其太陽能板直接安裝在取電裝置上，在直流轉換電路中直接進行供電。同時，配置環保型鋰電池，將多余的太陽能轉化為內能存儲到電池中，以便于智能SOC控制，增強本地系統的長期供電效果。

3 效益評估

本次設計的輸電線路避雷器動作機構達到了系統化、數字化改造的預期效果，其計數監測采用采集箱＋監測器組配合的方式，增強了技術的可靠性和準確性；電流檢測應用非接觸式測量，實現全隔離無殘壓的取樣方式，對避雷器工作不產生任何影響。將該裝置應用到110kV輸電線路避雷器監測過程中，其系統在線率達到100%，監測結果可靠性達到100%，且僅需要根據顯示數據和告警信息定期監測、檢修和維護即可，不需要到場大范圍檢查，從根本上降低了輸電線路落雷檢驗的人工成本，有效地保障了人身安全和設備安全。

在將輸電線路避雷器動作機構數字化改造后，其應用信息集成和全數字通信新技術手段，實現在線實時遠傳功能，實現網絡化管理、系統化管理、智能化管理，提升了避雷器監測的安全效益和經濟效益。尤其是在數據傳輸過程中，利用多信號檢測和線性化處理，保障了傳輸數據的精確度和可靠性，增強了數據傳輸質量和傳輸效果。而在供電過程中采用新型環保技術，通過太陽能取電和環保型鋰電池供電，最大限度降低了系統能耗。同時，設置外部保護裝置和溫度補償裝置，減少了環境對輸電線路避雷器動作機構數字化改造的影響，達到了“實時、在線、智能、遠傳”監測效果。

4 結束語

本次設計的輸電線路避雷器電子化動作機構可通過GSM專網遠程傳輸計數器的數據信息，配合電流監測單元展開有效泄露電流采樣，從根本上改善了雷擊在線監測的準確度和可靠性。同時，利用太陽能自取電大大降低了在線監測能耗，起到了非常好的節能環保效果。在多雷區及高山等易受雷擊的線路避雷器上進行改進使用，通過使用加裝改造動作機構的避雷器后，能對落雷進行精準定位，極大縮小的查雷的范圍，顯著提高輸電班人員的工作效率，提高設備的管理水平整體具有很好的推廣價值。