線路避雷器在線監測系統的程序設計

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(1.三峽大學，湖北 宜昌 443002；2.隨州電力設計院，湖北 隨州 441300)

1 引言

線路避雷器是電力系統中輸電過程中的重要設備，它在線路中的主要作用是保護其他設備免遭雷電過電壓和系統浪涌過電壓的傷害。從上世紀80年代開始，金屬氧化物(ZnO)避雷器(MOA)逐步取代了SiC避雷器，由于金屬氧化物避雷器良好的伏安特性，使得電力生產中的主要設備的保護水平有了質的飛躍。MOA避雷器由于受生產工藝、生產材料、運行環境等多重因素的影響，經常會出現其受潮和ZnO閥片老化等現象，最終導致其泄漏電流超標，而泄漏全電流中阻性電流的增大是導致MOA熱崩潰(爆炸)的根本原因[1]。由于無線通訊、網絡、計算機技術的普及和發展，為我們實現狀態監測提供了可靠的保證。本文采用Visual Basic 編程語言，利用現有的GSM通信技術，設計了一種線路避雷器在線監測系統的上位機程序設計，完成對線路避雷器的在線監測。

2 線路避雷器在線監測參數及數據庫的設計

2.1 線路避雷器監測參數的選擇

MOA的泄漏電流包括全電流、容性電流、阻性電流及阻性電流分量，各個電流量都能反映避雷器的電氣性能變化，究竟哪個參數更為準確的反映避雷器的狀態，下面一一介紹。

(1)全電流峰值。全電流峰值由容性電流和阻性電流組成,阻性電流所占成分很小,因此全電流對阻性電流的變化反映不靈敏,它的價值主要體現在 MOA 有較大故障或老化較嚴重時,因此它只是一個不可缺少的參考量。

(2)阻性電流峰值。在MOA受潮或是閥片老化時，阻性電流峰值很容易增大，在對MOA的性能的初步判斷時可以以它為標準，但它是一個綜合量的反映，且易受電源諧波的影響。

(3)阻性電流基波。阻性電流基波是從功率損耗的角度綜合反映MOA的性能，與阻性電流峰值一樣，它也是一個綜合判斷量，但是阻性電流基波不受電源電壓諧波的影響。

(4)阻性電流三次諧波。阻性電流三次諧波是由 MOA 閥片的非線性產生的,當MOA 閥片老化時,阻性電流中的三次諧波成分增大。三次諧波分量只反映 MOA 閥片的老化,是一個的局部判斷量[2]。

從以上分析可看出,MOA 的各個基本電流量在反映 MOA 缺陷方面都有一定的局限性,都不能單獨作為一個判斷量來確認 MOA 性能變化的原因。所以文章采用全面監測全電流峰值、阻性電流峰值及分量，綜合判斷MOA的性能好壞及原因。

2.2 數據庫的設計

上位機的程序設計主要是對接收的數據的一個處理和分析過程，數據庫的設計有利于數據的保存和調用。針對線路避雷器在線監測系統的整體需求，設計了保存所有數據的Data表，包括線路的編號，桿塔的編號，時間，相別及各參數量項目，方便查看不同時間段不同線路的避雷器的參數值。還分別設計了Faults表，Gantatb表，Renyuan表及權限表。Gantatb表的設計主要是記錄每個桿塔上避雷器監測儀單獨的SIM卡號，這樣可以實現向每一個MOA單獨發送命令。Renyuan表的設計是為添加不同的報警號碼，當電流值超過閾值時，可以向不同的號碼發送報警信息。Faults表中，保存避雷器的性能狀態，根據參數數值的趨勢來判斷避雷器是處于正常、受潮還是老化。

3 程序設計對硬件的要求

現有的避雷器在線監測系統數據無線傳輸方式可分為微波、GPRS/CDMA以及SMS等方式。由于數據流量不大，監控點比較分散，本程序設計采用了與GSM 通信結合來實現遠距離多點輸電線路避雷器監測數據的傳輸。即在傳統的單片機數據采集系統中增加支持短消息的GSM模塊，并為其分配一個單獨的SIM卡，同樣，在上位機PC機串口處接入GSM模塊，就可以通過短信息的形式來實現數據的遠程無線傳輸。支持本程序設計的硬件使用的是西門子公司生產的第三代GSM雙頻模塊TC35，其內部結構如圖1所示。

圖1

它主要是由射頻天線、內部Flash、GSM基帶處理器、匹配電源盒一個40腳的Zip插座組成。其中GSM基帶處理器是核心部件，它的作用相當于一個協議處理器，用來處理外部系統通過串口發過來的AT指令。射頻天線部分主要是實現信號的調制和解調，實現外部射頻信號與內部基帶處理器之間的信號轉換，匹配電源為處理器及射頻部分提供所需的電源，插座是提供給用戶的應用接口。

4 上位機程序功能的設計

上位機主要負責接收所有前端發送的線路避雷器監測的數據，完成綜合計算、顯示存儲、趨勢分析、數據庫以及報警管理等任務。軟件開發工具使用的是Microsoft visual studio basic6.0，采用Access數據庫。程序的功能設計如下：

(1) 可以設置每個監測參數項的閾值，若收到的參數值高于閾值，則自動報警，并將報警信息發送到特定的手機號；

(2) 可以設置每個桿塔的編號，并將每個監測避雷器儀器的SIM卡號保存到Access數據庫，方便對避雷器監測儀發送監測指令；

(3) 能對各避雷器發送監測指令，并且能實時接收返回的指令數據，并對數據進行分析存儲；

(4) 能夠從數據庫調看不同線路不同桿塔在特定時間內避雷器的監測數據；

(5) 對不同參數的監測結果，可以以曲線折線圖顯示，從而對避雷器的狀態做出判斷。

5 通信協議的設計

基于GSM網絡的短消息服務(Short Message Service,SMS)作為線路避雷器監測信號的傳輸方式，利用手機短信功能，上位機對下位機發送不同的命令，下位機把監測結果發送到上位機上。上位機設數據庫，存儲歷史數據，并進行數據處理、避雷器運行狀態的綜合判斷和報警判斷后，再把報警信息通過短信發送到值班員手機上。部分發送命令協議如圖2所示。

圖2

6 上位機程序主要函數的設計

下位機數據采集模塊是整個系統的基礎，上位機程序設計的軟件是整個系統的核心，是連接各個采集功能模塊使之正常工作的紐帶。軟件是否完善直接影響系統能否正常工作以及監測效果的好壞。軟件程序設計應該滿足：(1) 實時性：系統的程序設計應具有執行效率高、占用空間小、實時性好等特點。(2) 針對性：要保證監測系統工作在最佳狀態，具有較好的控制效果。(3)靈活性和通用性：當以后的具有結構相同或相類似的監測系統時，功能模塊可以移植。上位機程序主要是完成對現場采集數據的處理，包括接收現場采集的數據、對數據的存儲，及對歷史數據的查看。

6.1 現場數據接收函數

接收函數包括對數據串口的初始化，確定PC機通過串口與GSM模塊的連接。上位機利用GSM短信通信，選擇對某條線路的某個桿塔上得避雷器發送命令，根據上位機與下位機的通信協議，避雷器監測儀回復相對應的命令回復。由于下位機回復的短信命令里包括文字或英文字符，需要對數據做相應處理，提取我們所需要的各參數電流值、時間和雷擊次數，將各數據保存到相應的Data數據庫中，完成對數據的保存過程。接收函數界面設計及運行結果如圖3所示。

圖3

如圖3所示，若收到的參數電流值超過設定的閾值，則界面中的圓形控件將紅綠閃爍顯示，并將報警內容轉發到下方設定的號碼。

6.2 查詢函數的設計

該函數使用SQL的查詢語句連接數據庫，方便管理人員管理和查看避雷器的歷史數據，可以按照線路編號查詢，也可以按照線路上桿塔編號查詢，能準確到某一段時間內各個避雷器的監測值。歷史數據既可以以表格形式顯示，也可以做出某段時間內的折線圖，可以清晰的看出各避雷器上每相監測數據值的趨勢，從而可以判斷出避雷器的運行狀態，做出正確的檢修措施。

7 結論

(1) 通過發送不同桿塔的氧化鋅避雷器的位置和編號信息,實現多點的MOA監測系統,方便的查詢不同區域的MOA的現場情況。

(2) 該程序設計能完成數據采集、數據量化、數據存儲等動能，同時能對數據進行分析，做出報警的判斷，實時上報避雷器的運行狀態。

(3) 該程序設計某些功能模塊同樣能應用到其他監測系統中，所以，該程序設計也有較高的實用價值。

本線路避雷器在線監測系統的程序設計能夠實時監測避雷器的運行情況，解決了交通不便地區避雷器預試、運行維護困難的問題，減輕了巡視人員的勞動強度，同時能夠對接收數據進行處理，有效監測線路避雷器的運行狀態，及時發現避雷器潛在故障，避免突發事故，提高輸電線路和電網的供電可靠率。

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