基于雷擊能量估計(jì)方法的氧化鋅避雷器在線失效預(yù)警裝置設(shè)計(jì)

尹程臣 肖繼云

摘? 要：由于氧化鋅避雷器能夠通過對(duì)過電壓的限制來保護(hù)設(shè)備，因此被廣泛的應(yīng)用到了電力系統(tǒng)中。在露天長(zhǎng)期處于高壓運(yùn)行狀態(tài)下的氧化鋅避雷器，更易出現(xiàn)失效和動(dòng)作的錯(cuò)誤，進(jìn)而對(duì)其他電氣設(shè)備構(gòu)成威脅，使其運(yùn)行無(wú)法得到安全的保證。因此，本文通過對(duì)雷擊能量的估算，對(duì)在線氧化鋅避雷器實(shí)效預(yù)警裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以供參考。

關(guān)鍵詞：雷擊能量;估計(jì)方法;氧化鋅避雷器;預(yù)警裝置

目前，在定期對(duì)氧化鋅避雷器進(jìn)行檢查和維護(hù)的過程中，主要是以離線方式為主，通過對(duì)專用儀器的操作，來檢測(cè)氧化鋅避雷器是否有著良好的性能。此類方法不僅對(duì)勞動(dòng)量有著較大的需求，并且也缺乏科學(xué)的規(guī)則來對(duì)安裝使用時(shí)間進(jìn)行檢查。

一、雷擊能量估算

針對(duì)雷擊脈沖來說，對(duì)其的捕獲和能量估算，其相關(guān)原理可以通過對(duì)RC回路的采用來進(jìn)行比擬說明，在發(fā)生雷擊的時(shí)候，如果能量E（1）公式能夠表示二次線圈在互感器中的電流脈沖用能量，那么采用電容對(duì)雷擊脈沖能量的捕獲，能夠得知其在內(nèi)電場(chǎng)中的電壓為 （2）;在經(jīng)過脈沖后，能量按照公式（3）的形式泄放電流，然后通過對(duì)該泄放電流的檢測(cè)，采用公式（4）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)脈沖能量的估算[1]。

由于一次、二次這兩個(gè)線圈在互感器中是線性電流關(guān)系，通過對(duì)式（4）結(jié)果的計(jì)算能夠得知，該結(jié)果與氧化鋅避雷器能夠承受的實(shí)際雷擊能量之間為當(dāng)量關(guān)系。根據(jù)這一當(dāng)量關(guān)系能夠在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行離線雷擊實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)某一失效避雷器的雷擊效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)，以及對(duì)回歸計(jì)算法的采用，能夠獲取到在線預(yù)警所需的閾值。

二、在線預(yù)警裝置的設(shè)計(jì)

（一）工作原理

在線監(jiān)測(cè)對(duì)防雷裝置的應(yīng)用有著如下應(yīng)用情況和工作原理：在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在防雷裝置中的應(yīng)用，通過對(duì)防雷模塊和接地電阻的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，主機(jī)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)通過有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠獲取到此類數(shù)據(jù);防雷模塊監(jiān)測(cè)儀通過對(duì)浪涌的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠了解到雷擊是否對(duì)避雷器造成劣化，能夠作為依據(jù)，對(duì)使避雷器裝置性能進(jìn)行更加可靠的檢測(cè)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀所獲取到的數(shù)據(jù)是由無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)所傳送的;接地電阻監(jiān)測(cè)儀所獲取到的接地電阻值，通過對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)的采用，能夠向遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀輸送相關(guān)數(shù)據(jù)[2]。

（二）系統(tǒng)構(gòu)成及運(yùn)行

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀中涉及到了I2RAM片外存儲(chǔ)器電路、供電采集電路以及開關(guān)電源電路等構(gòu)件，其對(duì)微控制器這一主控制器的采用，在速度、抗干擾能力以及功能等方面有著一定的優(yōu)勢(shì)，主控制器在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀中通過電路與雷電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)雷電數(shù)據(jù)的采集，然后遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀通過總線對(duì)此類數(shù)據(jù)的獲取，能夠由主控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)其的處理;主控制器在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀中通過電路與接地的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)接地電阻的判斷，然后光耦隔離能夠向遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀中輸送此類比較電路，再由主控制器對(duì)其進(jìn)行處理;用于監(jiān)測(cè)避雷器模塊的電路在連接主控制器后，能夠?qū)顟B(tài)信號(hào)從避雷器中傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀中，再由主控制器對(duì)其進(jìn)行處理;主控制器在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀中通過電路與I2RAM片外存儲(chǔ)器的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)原始的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和原始的雷電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，以此來避免數(shù)據(jù)在停電時(shí)的丟失;主控制器、開關(guān)電源在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀中通過電路與指示燈進(jìn)行連接;主控制器通過電路與溫度采集系統(tǒng)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀的連接，能過實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍溫度數(shù)據(jù)的采集，然后由總線向主控制器輸送此類數(shù)據(jù);主控制器中通過電路與時(shí)鐘的連接、與U盤數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀的連接，能夠由U盤實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)當(dāng)前數(shù)據(jù)的采集記錄;主控制器在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)記錄儀中通過對(duì)電路與溫度采集系統(tǒng)的連接，能夠由各個(gè)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對(duì)記錄儀的控制;通過RS-485通信電路能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)部分系統(tǒng)和記錄儀的通信;記錄儀前所顯示的是液晶顯示電路面板;通過開關(guān)電源模塊能夠使系統(tǒng)中所獲取到的電壓由交流轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗦分绷鳌?/p>

（三）在線預(yù)警裝置電源設(shè)計(jì)

由于雷電發(fā)生時(shí)電網(wǎng)中存在著過電壓，并且所收到的電磁干擾較為復(fù)雜和強(qiáng)大，通常來說，引入電壓源型電流會(huì)導(dǎo)致測(cè)量時(shí)出現(xiàn)較大的噪音，所以，對(duì)電源進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，能夠通過對(duì)電流互感器的利用，能夠使電源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏髟葱?。通過電流互感器的采用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流電源的供應(yīng)，此外，還將鐵磁諧振交流穩(wěn)壓器應(yīng)用到了變電站操作電源中。由于穩(wěn)壓器的交流需要電感電磁諧振器，因此導(dǎo)致電源有著較大的體積和重量，所以，在線裝置中對(duì)微功率電子的應(yīng)用并不適合。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)以上問題的解決，在預(yù)警裝置中對(duì)單個(gè)全電子器件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并在穩(wěn)壓電路中進(jìn)行了并聯(lián)[3]。穩(wěn)壓電路中通過與該電子元件的并聯(lián)，能夠與鐵磁諧振穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)對(duì)直流穩(wěn)壓的等效輸出。為了使供電能夠具有可靠性，在兩路輸出端并聯(lián)設(shè)計(jì)了兩個(gè)完全相同的互感器和穩(wěn)壓電路。并聯(lián)電路的穩(wěn)壓原理為，通過R1、R2對(duì)檢測(cè)支路的構(gòu)成，當(dāng)電壓在負(fù)載側(cè)比設(shè)定的閾值更低時(shí)，斷開開關(guān)，能夠使供電電流流向負(fù)載側(cè);如果負(fù)載側(cè)出現(xiàn)了比設(shè)定的閾值更高的閾值時(shí)，通過對(duì)開關(guān)的導(dǎo)通，能夠使電源側(cè)斷路的電流源實(shí)現(xiàn)對(duì)閉合回路的形成[4]。

結(jié)束語(yǔ)：

本文對(duì)氧化鋅避雷器在受到雷擊時(shí)所能承受的能量進(jìn)行了估算和檢測(cè)，當(dāng)雷擊能量累計(jì)到特定值時(shí)，則可以判定避雷器即將失效，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)在線失效的預(yù)警，特對(duì)這一在線失效預(yù)警裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]? 王恩國(guó)，蘇成志，李振輝. 避雷裝置失效實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代建筑電氣，2015（08）：22-25.

[2]? 楊慶林. 基于雷擊能量估計(jì)方法的氧化鋅避雷器在線失效預(yù)警裝置設(shè)計(jì)[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2015，000（012）：210-210.

[3]? 趙煜，呂慶升，崔興，等. 變電站避雷器在線監(jiān)測(cè)儀故障分析及整改措施[J]. 中國(guó)設(shè)備工程，2019，000（010）：39-40.

[4]? 郝致遠(yuǎn). 基于LabVIEW的氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]. 山東大學(xué)，2011.