变电站避雷器在线监测系统的研究与设计

变电站避雷器在线监测系统的研究与设计

武潇贾晋鑫武斌

国网山西省电力公司检修分公司

摘要：现今电力系统发展迅速，电力系统已趋于完善。因过电压而引发的电力事故锐减，不过雷电灾害导致的电力事故仍不容忽视。避雷器的智能监测是智能变电站的关键组成部分，且由于避雷器不存在任何间隙，在持续电压下泄露电流流过，可使避雷器产生老化。且受潮、电位分布不均以及存在污秽电流、过电压亦可引起避雷器劣化。而避雷器均安装有在线监测器，以往方法是分配人员按期巡视记录，已不适用于现今智能变电站。可将运行参数输送至智能电子设备中，实施智能监测。

关键词：避雷器;避雷器智能监测;避雷器传感器;RS485通信;

引言：

避雷器是防护交流电力器件免于自然灾害雷电过电压及操纵过电压遭受损伤的关键设备，但因长时间遭受到外界因素作用而使设备逐渐陈旧，影响电力系统平稳运作。本系统设计基于对变电站避雷器进行实时在线监测，选取避雷器智能监测方法，选用全泄露电流与阻性电流监测方法，选择放电次数与时间方法，对抗干扰能力、信号隔离、通讯系统进行设计，并就对避雷器的智能监测进展方向进行研究。

1避雷器在线监测方法

由于变电站中避雷器数量多、分布广以及距离远，可分配合适的智能电子设备，采用RS485进行通信，为提高通信可靠性和抗干扰能力，可使通信信号汇集之后转换为光信号输送至智能电子设备中。

1.1避雷器监测数据选取

普通型避雷器可监测避雷器的放电次数和全泄露电流值，因而智能监测器要对这两类数据进行监测，避雷器在正常运行状态下，所通过的大多数为容性电流，较少数为阻性电流。由于阀片的劣化，会导致流过阀片的阻性电流增加。此外，因为避雷器结构不当、密封性较差和潮湿环境下绝缘部件损坏，其阻性电流也会陡然提高。而全泄露电流数值中阻性电流的相应指标是判别避雷器好坏的重要标准。其中，全泄露电流中阻性电流骤升，会致使阀片温度过度高，产生热崩溃，甚至发生避雷器严重的爆炸事故。因此，通过对避雷器运行状态下的泄露电流、阻性电流进行采集并加以比较，可以很清楚地了解在线监测避雷器的性能状况，且由于智能监测器中使用的是单片机系统，还可对避雷器的放电时间进行监测。

1.2泄露电流监测

为提升智能监测器的运行可靠性和抗干扰能力，可通过电流互感器获得避雷器的泄露电流，电流互感器敏感度要求极高，但是避雷器在运行过程中雷电流和冲击电流均过高，电流互感器难以承受，可安装在小电流支路中，可防止电流互感器的损坏，且具有与主回路的电气隔离作用。

1.3阻性电流监测

可采用补偿法、谐波法、功耗测试法和相位测试法对阻性电流进行监测，由于金属氧化物避雷器阻性电流分量有优越的非线性，阻性电流谐波分量大，其中的三次谐波分量所含成分占比最多，且其容性分量为线性，可对避雷器泄露电流的三次谐波分量进行测量，并通过校准方式确定阻性电流大小。

1.4放电信号获得

可通过继电器获得放电信号，当避雷器放电时，取样的电压升高使得继电器处于闭合状态，并使继电器常开触点与单片机连接，可收集到放电信号。且选用继电器方式，单片机回路与主回路完全隔离，系统具有极高的可靠性。

1.5抗干扰能力

单片机系统使用电磁隔离供电手段，RS485通信系统采用光电隔离方法，可提高系统抗干扰能力。

2功能设计

2.1通信系统

由于避雷器相隔距离较大，可采用12V直流电源进行供电，并可将变电站中监测器分为12个区域，使用12个接线盒，盒内安装有一12V开关电源分别给不同区域的监测器进行供电，电压衰减问题也可得到解决。此外，通信线的正负极连接要正确，并在其中一个接线盒中安装有RS485光纤转化器，使用光缆输送至变电站专门小室中，并将光信号转换为RS485电信号与智能电子设备连接。

2.2调试

对计算机与监测器间的通信进行检查，通信系统处于正常状态时，可使用计算器试验器放电计数性能进行试验，且对于避雷器的泄露电路和阻性电流均可监测，且符合实际值。

3避雷器智能监测其他方法

3.1电流互感器取样方法

电流互感器虽可对监测回路与避雷器主回路进行隔离，但安全性略有不足。在容性电流的监测中，以往所沿用的方式为电流互感取样，且在智能变电站中对于避雷器的监测，还直接采用了测量容性电流的电流互感器，其存在的缺点在于，测量中并为出现有雷电流。而避雷器监测中，需承受较大的雷电流冲击，并且在陡波电流下，电流互感器二次侧的过电压产生十分巨大，在监测回路中还可产生有无法耐受的巨大冲击电流，对于整个测量系统有较大危害。在容性电流较大情况下，避雷器的泄露电流相对就较小，产生较大的干扰问题，因而测量出来的数误差较大。且使用容性电流互感器，对于放电信号无法监测。导致监测的不全面。

为解决上述问题，可就对电流互感器的安装位置进行合适选择，安装在小电流支路上为最佳，可避免雷电流危害测量回路。而解决此类问题的最佳方式研制避雷器监测用电流互感器和前置放电器，小电流的测量具有高精度，且良好耐受雷电流的冲击，并还可输出放电次数信号。可研制CT型避雷器传感器与前置放大器，可抵御100KA的大电流冲击，对于避雷器泄露电流和放电次数均可监测。

3.2阻性电流监测问题

文献中提及的测试方法为:(1)运用运行电压的方式:利用电压相位记录阻性电流的相位，利用电压信号补偿容性电流补偿法，功耗测试法。(2)不运用运行电压方式:对泄露电流作综合分析得基波信号。各种方式均有利弊，在使用电压信号对功耗进行测量时，避雷器的发热性能可直接反映出来，不过由于需监测到阻性的电流峰值，此类方法不可获取电流峰值。另外，金属氧化物电阻片等值回路是复杂的链式回路，阻性电流的峰值和电压峰值存在差异。故而，使用相位法进行测量误差也会产生，并且相间干扰问题也存在。而选用人为移相方式加以测量，人为因素亦会产生。在智能变电站中，广泛采用的是智能电压互感器，其电压信号可通过光信号进行传输，利用电压的方式对阻性电流进行测量，获得电压信号十分困难，难以采用这类方式。本文智能变电站中选用谐波方式进行阻性电流监测。

3.3RS485通信问题

依据RS485通信原理，可对256电子地址进行分辨，且同一条通信线可监测多个避雷器。不过由于芯片原因，其负载有限，可用RS485中继器对放大通讯信号。

4小结

变电站避雷器在线监测系统设计可更为直接、简便的对避雷器老化有大体掌握，摒弃了以前使用人工巡视记录模式，所耗费的人力物力巨大，并且可对故障的时限加以缩短，做到早发现早排除，对于电网的合理高效稳定运作都是不小的助力，也为整个电力系统安全保驾护航。不过由于雷击与线路走向所经区域的地形、地势均为作用因素，包括有海拔高度、地面倾角、土壤电阻率等，均无法实时的反映出来，另外。杆塔塔形、反击与绕击耐雷水平也是重要参照要数，就这该类避雷器的在线监测研究设计如何与雷区分布情况融合起来，还需要作深入分析。

参考文献

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[3]邓育平，肖文，刘明放，等.延安750kV智能变电站避雷器在线监测的设计研究[J].陕西电力，2012，40(7):73-76.