10KV配電網避雷器狀態監測裝置研究

許華淳++陳霖++林金芬

摘 要 由于配電網自動化的快速發展，金屬氧化物避雷器（MOA）在保護電網設備中的應用普及度顯著提高。但配電網線路較為復雜且分布面積廣，利用MOA避雷器保護舉措并不能完全保護電網設備，還較易出現絕緣老化和泄露電壓等問題。基于此，本文結合目前配電網避雷器狀態裝置研究分析，闡述了避雷器的運行現狀，并為在線監測設計提出相一些改進舉措，以供相關行業參考。

【關鍵詞】配電網 避雷器 在線監測 應對策略

避雷器主要是用來限制過電壓和保護電氣設備的絕緣工具，廣泛應用于配電網10kv變電站電力設備保護工作中，對電力系統安全運行具有實際作用。由于MOA相比碳化硅避雷器更具使用優勢，在電網實際運行中較易被采納，但隨著近幾年電力設備事故的頻繁發生，傳統避雷器的使用技術已經不能滿足部分用戶的用電需求，國家電網部門必須做好MOA運行性能在線監測工作，以保障電力設備的安全運行。我國電力系統一般選擇預防性避雷監測，時間周期較長，實時檢測工作需要耗費大量的財力和人力，不利于電力設備和網絡線路的安全運行。因此，做好避雷器在線監測運行工作，研制出一種造價便宜適用于10KV配電網的避雷器在線監測設備，對預防電網事故具備實效意義。

1 配電網避雷器狀態裝置分析

1.1 帶間隙避雷器在線監測

目前國內外相關學者增加對配電網避雷器的在線監測技術研究力度，大大提升了避雷器對輸電線路的防雷性能，大量應用于不超過220kv的線路防護工作中，其中帶間隙避雷器在線運行監測已逐步實現電源自帶和重復利用裝置特點。在開展配電網線路建設時，由于配電網多由10kv避雷器構成，自身事故影響范圍并不全面，對其監測重視程度不高，但長期發展較易產生配電安全運行故障，擴展至嚴重程度可能會造成輸電線路整體癱瘓，為此需要充分發揮帶間隙避雷器的自身電壓進波優勢，保護電力系統運行設備。從避雷器工作特點來看，主要是為電力設備安全運行服務的，對于帶間隙線路而言，則是通過相關部分的金屬氧化物為其預防工頻電壓老化問題，當運行沖擊狀態與沖擊電流振幅形成正比時，在保障正常電流值和通電次數的情況下（放電電流20kA），利用閥片對其開展保護工作，這也是避雷器在線監測裝置順利運行的關鍵因素。并且，在大電流技術支路計算器具運行下，開關信號對其故障提出警示預防信號，將輻射較大的放電電流引入下線回路中，也是發出信號彈的前期準備過程。

1.2 配電網避雷器監測裝置

配網避雷器作為保護電力系統的重要設備，在進入保護狀態時，將受到超出千萬安培大型電流沖擊，極其容易出現“避雷失效”和“毀壞元件”等現象，對MOA非線性閥片造成難以估量的傷害。為解決配電網避雷器監測裝置問題，對于MOA在線監測實施方式，需要從經濟型來考慮，對研制成本實行節約理念，實現配電網避雷器監測設備的造價優勢和運行特色。在10kv系統避雷器的泄漏電流運行過程中，MOA內部絕緣損毀程度會加以深化，將阻性電流擴展至幾倍，可選取100～200μA的配電型MOA監測裝置，當MOA出現內部絕緣安全隱患問題時，相對的阻性電流會出現一定變化，RC數值呈現激烈變化或平穩趨勢，需要采取保護防御措施和巡視對策，及時替換避雷器保護裝置，盡量縮減輸電線路安全事故的發生機率。湖北興山天星供電公司對其110kV變電站采取配網避雷器在線監測裝置設備優化處理，為監測裝置設備衍生至更多發展領域。

2 配電網避雷器運行監測裝置現狀

2.1 配電網避雷器密封老化

我國電網公司對其110kV～500kv的配電系統事故加以整合，發現配電系統避雷器的累線保護水平較低，直接受到直擊雷和感應雷的危害，造成部分變電站缺乏電網安全和供電可靠性的實際保障。對于配電網避雷器密封老化相關問題，10kv配電系統具有高電阻特性，生產制造商使用的密封材料性能有待改善，當遇到溫差劇烈變化或使用壽命達至極限時，電力設備內部構造出現密封不良問題，直接造成內部絕緣壁損毀或電阻片裂化，受到雷電沖擊從而引起爆炸。由于氧化鋅避雷器具備理想伏安特性（非線性），如果沒有處理好內部密封問題，及其容易出現續流壓力差值過大，導致內部過壓高電阻交流電流通受到阻礙，不利于避雷器充分發揮防雷性能。

2.2 電阻片抗老化性能較差

在配電網避雷器運行后期程序中，內部電阻片出現劣化問題，泄漏電流突變上升，從而造成瓷套內部放電，導致避雷器使用程序混亂和內存溫度過高，監測雷電性能降低，阻礙預防工作順利進行。當避雷器內部供電不足時，內部電力系統會出現“單相接地”現狀，如果內部出現溫度過高和氣體壓力過大的情況時，最壞情況可能直接導致避雷器爆炸，造成電力設備監測系統癱瘓。避雷器作為防雷裝置，在保護設備間隙和內部絕緣方面具有重要作用，如若電力設備監測系統出現問題，對后期電力運行裝置系統會存在實際問題，高電阻電流交接和無間隙限制都有可能出現嚴重阻力，提高電阻片內部抗老性能在所難免。

2.3 避雷器抗沖擊能力不強

對于配網避雷器在線監測裝置設備而言，設備內部運行狀態和實際維護情況對預防雷擊跳閘具有重要影響，也是構建智能化電網的實際基礎保障。但在避雷器正常運行中，長期受到工頻電壓影響會導致絕緣老化問題，其中對電阻片的沖擊能力具備嚴格制作要求，以便能夠防御電壓過大和雷電直擊等現狀。MOA非線性閥片對其耐受沖擊能力非常敏感，避雷器工藝質量控制稍微出現偏差，在電壓能量直線沖擊時，電阻片及其他構造設備較易損失其技術穩定性，造成故障點事故頻發，對配電網系統安全運行具備內在隱患。并且，在進行兩次或多次避雷器在線監測設備預防性試驗時，如果不能強化承受方的沖擊性能，也會導致內部設備構造電阻電壓問題。

2.4 避雷器高次諧波較嚴重

在室外工作的配電避雷器較易接觸到外部環境污染物，對瓷套表面形成污閃現象，致使表面電流持續不均勻分布特點，影響電網的高次諧波值比例。避雷器內部電流經過電阻片會呈現1～3數量級升降現象，通過升溫加熱使其吸收電壓電能供給，對電阻片非線性產生限制阻力作用。對于大噸位整流變頻設備、軋鋼沖擊負荷設備，非線性電阻片通過正弦電壓作用，裂化電阻片使用速度加快，出現奇次諧波影響問題，從而再次造成電網系統高次諧波數值超出極限，對電阻片和電阻特性具有負面通用作用，限制電網設備安全運行狀態。

3 對改進配電網避雷器狀態監測裝置的建議

3.1 優化在線監測精度網絡設計

在配網避雷器狀態指示器運行情況下，泄露電流阻性主要用來分辨6～10kv金屬氧化物避雷器損壞程度，當出現設定閥值超出原有電流阻性量性時，其運行監測狀態完成警示工作。對于配電網避雷器在線監測裝置設備運行問題，可從其監測精度網絡設計方案入手，優化避雷器的數據傳輸技術和通信可靠方式，實現避雷器實時監測運行狀態。我國避雷器在線監測系統設備多處于戶外環境，工作環境條件較差，對在線監測通信系統具有較高的要求限制，需要提高其反應性能（對雷電沖擊速度要求），盡量選擇超輕型和物質構造及小的設備材料，保障可靠性、實時性和抗干擾能力；在避雷器在線監測裝置設備系統中，光纖通信、電力無線載波通信和高傳輸率通信都已被普遍采用，需要對其制定具體實施設計方案，將面向用戶服務的配電網輸電線路建設納入其中，利用GPRS和CDMA 通信方式，注重避雷器的數據傳輸、運行設備和組網技術，實現在線監測系統對其電網通信優化。武漢中融科技有限公司素來以配電網科研工作為發展方向，在國內對MOA在線系統研究處于領先水平，在設計高精度網絡通信方面制定了優秀方案，為我國電力公司提供硬件平臺和實驗項目研究條件。

3.2 選擇合適監測閥值決策算法

對于配網避雷器在線監測系統，對其進行計算分析以選擇合適的閥值定位，也是特征信號處理技術的關鍵所在。在LCD-4監測儀器對三相氧化鋅避雷器研究中，對避雷器監測運行環境和過程惡化機理進行深入分析，對其現場實驗錄波數據予以處理，得出阻性電流對在線監測設備運行具有重要干擾能力，可利用合適傳感器對其完成高精度測量工作，決策算法為其提供了根本監測基礎條件。在A/D精度和DSP芯片技術中，先進的特征信號測量技術也成為提升避雷器在線監測運行設備的關鍵因素，結合單判據阻性電流在線監測優勢和缺陷，利用先進避雷器狀態監測工具了解具體的溫度、電壓和電流變化情況，為電網電力設備提供安全運行機制保障。除監測運行狀態了解問題，對避雷器在線監測中斷測量和計算也需要應用與電網子站系統控制空心，從而開展檢修和防御工作。

3.3 處理樣品實驗硬件布置設計

為適應電阻片遇到特殊情況的電流電壓變化，對MOA在線監測系統需要實行微功率監控技術，利用串口對其進行分析計算。當避雷器出現閥值下發管或二極管閃爍現象時，對置于下部的指示工具進行恒定電壓處理，將微功率信號串聯至無線數據傳輸模塊中，對最終信號接受主機進行數據對比和分析，以便工作人員發現避雷器運行突發狀態。在設計避雷器樣品實驗硬件布置方案時，結合工業遙控或自能遙測技術，將其微功率通信發射范圍控制在10dbm之內，實際傳輸距離不超過350m，對其轉換信號實行9孔串行PC接口方式，通過接口芯片MAX對下位微功率型無線數據傳輸進行整合，最后通過傳輸信號對其傳遞至控制主機中，對避雷器內部阻性電流的設定閥值實現報警預示工作。

3.4 發展新型在線監測終端功能

在配網避雷器在線監測運行中，終端功能選擇逐漸轉變為自動化和集成化，對內部構造的電流電壓監測信號具有輔助作用。為此，但配電網過電壓防護出現故障問題時，對過電壓誤動防護進行單性接地運行處理（不超過2h），保證泄露電流不會出現增大問題；在監測避雷器的運行狀態時，對其缺陷問題予以處理和檢修工作，增加防雷性能和檢修效率。在信號傳感、通信接口和安裝調試扥維護問題方面，對MOA表面泄露電流進行集成處理，防止終端功能因阻力電壓而出現突出情況。上海桑博電子科技有限公司采用STR-18型無線數據傳輸模塊，對避雷器運行情況的阻性電流、溫度變化和電網工況進行記錄儲備工作，以實現避雷器在線監測運行狀態的綜合處理分析，也是解決在線監測終端選擇功能的重要途徑。

4 總結

綜上所述，我國配電網避雷器運行狀態裝置設備對維護電力系統安全運行具有重要作用，在“密封老化”、“抗老化性能”、“沖擊能力”和“高次諧波”等方面還存在問題，需要不斷優化精度網絡通信方式和選擇合適閥值決策算法，為樣品硬件布置和監測終端功能提供發展條件，以實現避雷器實時監測優勢。從避雷器的終極工作效益來看，改進預防性試驗工作要求，利用科學合理的試驗手段，對雷擊跳閘安全隱患問題具有實際成效，在電網發展中具備巨大的經濟效益和廣泛的應用情景。

參考文獻

[1]魏瑋.10kV配電變壓器防竊電監測裝置[J].科技創新與應用，2016（10）：182.

[2]關紹鵬.10kV配電網運行常見故障及解決措施[J].電子制作，2016（07）：58-59.

[3]秦毅，王明惠，王猛.配電網可靠性與重要電力用戶停電損失相關研究[J].科技尚品，2015（07）：17+21.

[4]朱新強.配電網運行檢修管理的強化策略分析[J].中國高新技術企業，2016（06）：37-38.

作者單位

廣東電網有限責任公司潮州供電局 廣東省潮州市 521000