防雷裝置在線監測原理、功能及應用分析

（新疆石河子氣象局，石河子市，832000） 韓春光 蒲云錦

1 引言

目前，防雷領域大多數還采用傳統的防雷保護手段，產品單一，檢測和維護方式落后，產品自檢、智能化程度低。雖然安裝了很多避雷器，但是運行狀態沒有管理手段，在外觀上無法知道器件的好壞，有些器件由于保護電路加入的關系，模塊損害后就自動脫離，給設備的安全運行帶來極大的隱患。即便是有顯示的，也需要到現場查看，影響保護的實時性。另外，由于現代生產規模大，大型防雷系統安裝產品數量多、設備分布廣、維護不便、采集數據困難等諸多因素的影響，導致很多防雷模塊失效后，不能及時發現，給防雷工作帶來安全隱患。

防雷裝置在線遠程監測記錄設備，實現對生產系統避雷器件的在線監測，對接地電阻、全電流、容性電流、阻性電流、漏電流、雷擊等相關數據實時采集、存儲，掌握當地雷電災害及防雷設備狀況，確保生產系統安全運行；改變了過去防雷數據沒有全面的記錄和統計，無法科學管理和科學設計的局面，使今后的防雷設計更加具有科學性和針對性。

2 工作原理

防雷裝置在線監測應用情況和工作原理：防雷裝置在線監測系統是負責接收防雷模塊監測儀和接地電阻監測儀的數據，通過有線或無線網絡將數據送至現場。

圖1 防雷裝置在線監測應用

如圖1所示，主機（上位機）系統；防雷模塊監測儀是實時監測浪涌保護器因雷擊電磁脈沖造成的劣化程度，為檢測避雷器裝置的性能提供了可靠的依據，通過無線或有線網絡將數據送至遠程監測記錄儀；接地電阻監測儀是實時監測接地電阻值的大小，通過無線或有線網絡將數據送至遠程監測記錄儀。

3 系統構成及運行

遠程監測記錄儀包括遠程監測記錄儀的主控制器、雷電數據采集模塊、供電采集電路、接地判斷電路、避雷器模塊監測電路、開關電源電路、片外存儲器電路、指示燈電路、溫度采集電路、時鐘電路、U盤數據采集電路、按鍵電路、通信電路、通信電路及液晶顯示電路；其中主控制器采用高速、抗干擾強、功能齊全、存儲容量大的微控制器，雷電數據采集電路與遠程監測記錄儀的主控制器連接，將采集到的雷電流數據通過總線送入到遠程監測記錄儀的主控制器中進行處理；供電采集電路與遠程監測記錄儀的主控制器連接，將交流電經過整流后送入遠程監測記錄儀的主控制器自帶的模數轉換器中進行處理；接地判斷電路與遠程監測記錄儀的主控制器連接，通過光耦合三極管組成的隔離比較電路送到遠程監測記錄儀的主控制器中進行處理；避雷器模塊監測電路與主控制器連接，將避雷器模塊的狀態信號通過光耦隔離，送入到遠程監測記錄儀的主控制器中進行處理；片外存儲器電路與遠程監測記錄儀的主控制器連接，將系統初始化的數據和雷電流的相關數據進行存儲，防止數據掉電丟失；指示燈電路與遠程監測記錄儀的主控制器、開關電源連接；溫度采集電路與遠程監測記錄儀的主控制器連接，采集周圍溫度，通過總線將數據送入到主控制器中；時鐘電路與主控制器連接，U盤數據采集電路與遠程監測記錄儀的主控制器連接，是通過U盤采集記錄儀當前的各項數據；按鍵電路與遠程監測記錄儀的主控制器連接，是通過各個開關來控制記錄儀的工作和顯示；通信電路與現場主機（上位機）系統、避雷器信息監測記錄儀、接地電阻監測記錄儀進行通信；液晶顯示電路是記錄儀前面板顯示；開關電源模塊是將供電的交流電轉換為多路直流電壓給系統供電。

防雷模塊監測儀中的通信電路有多種，無線方式可以選擇RF無線模塊或者帶有無線路由的ZigBee無線模塊；有線方式可以選擇電力載波或者RS485總線方式；通信協議采用ModBus工業總線協議；接地電阻監測儀包括接地電阻監測儀的主控制器、接地電阻采集電路、繼電器開關切換電路、指示燈電路、電源電路及通信模塊；其中接地電阻采集電路與接地電阻監測儀的主控制器連接，負責采集當前接地回路的電阻值，送入到接地電阻監測儀的主控制器中進行處理。

4 實現功能

可實現對避雷器件的在線監測，對接地電阻、避雷器全電流、容性電流、阻性電流、漏電流、雷擊等相關數據實時采集、存儲，掌握當地雷電災害及防雷設備狀況，確保系統安全運行；主要實現功能有：

（1）監測并記錄作用于電涌保護箱的雷擊電流或由浪涌電壓引起的浪涌電流；

（2）在線監測避雷器工作狀態（全電流、容性電流、阻性電流和功耗等）；

（3）U盤進行數據采集；

（4）實時監測多相線SPD漏電流大小；

（5）實時監測接地電阻值的大小；

（6）通過有限或無線通信設備將信息傳至監控中心實現遠程監測。

5 實際應用案例及分析

以內蒙古巴彥淖爾電業局110KV南郊變電站某避雷器在線監測數據為例,避雷器持續運行電流由呈線性的容性分量和呈非線性的阻性分量構成，全電流、阻性電流可以在一定程度上反映避雷器運行狀態，全電流的變化可以反映避雷器受潮、瓷件外表面嚴重污穢、內部元件接觸不良和閥片嚴重老化;而阻性電流的變化對閥片初期老化亦能反映靈敏，在線監測避雷器全電流的變化可以基本反映避雷器的運行狀況，及時發現異常，并處理缺陷，切斷事故發生的隱患點。

表1為2017年9月和2018年2月避雷器全電流、容性電流、阻性電流和功耗。2017年9月在線監測到避雷器C相全電流、容性電流、阻性電流和功耗均比A相和B相偏大較多，說明避雷器存在問題，拆下進一步測量性能確認此避雷器受潮老化，更換后在線監測工作參數一切正常。2018年2月復查此避雷器工作參數如表1，避雷器工作正常。

表1 在線監測故障避雷器和正常避雷器工作參數

6 總結和展望

（1）防雷遠程在線監測設備改變了過去防雷數據沒有全面的記錄和統計，無法科學管理和科學設計的局面，使今后的防雷設計更加具有科學性和針對性。

（2）防雷遠程在線監測設備是未來發展趨勢，能取得良好的社會效益和經濟效益。

（3）防雷遠程在線監測設備對接地電阻、漏電流、全電流、容性電流、阻性電流、雷擊等相關數據實時采集、存儲，掌握當地雷電災害及防雷設備狀況，確保客戶生產系統安全運行。