電纜終端避雷器監測系統研究和開發

徐欣 操衛康 李旭 廖家威

[摘? ? 要]在電力自動化水平逐漸提高的背景下，電力系統檢測和維護設備方法也在不斷提升，電力系統檢修和維護設備必然要向狀態檢修以及實時在線監測的方向發展，檢修主要依據是在線監測系統對設備進行實時監控所測得的數據與大數據進行分析對比判斷設備是否正常運行，本文分析了電纜終端避雷器在線監測系統的工作原理、特點、系統設計等。

[關鍵詞]電纜終端;避雷器;在線監測

[中圖分類號]TM862 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–0–02

Research and Development of Cable Terminal Lightning Arrester Monitoring System

Xu Xin，Cao Wei-kang，Li Xu，Liao Jia-wei

[Abstract]Under the background of the increasing level of power automation， the power system detection and maintenance equipment are also constantly improved. The power system inspection and maintenance equipment according to the online monitoring system， the working principle and characteristics of cable terminal lightning arreter and further analyzes the hardware circuit design of cable terminal lightning arreter monitoring system.

[Keywords]cable terminal; lightning arrester; online monitoring

隨著計算機技術的廣泛應用以及通信技術和網絡技術的快速發展，在線狀態檢修方式運用得越來越廣泛。這種方式是對設備的狀態進行實時監控，將所收集的數據進行統計分析，為狀態評估和運維檢修提供依據。

1 電纜終端避雷器監測系統的研究的意義

避雷器在電力系統中是十分重要的保護設備，它的正常運行對整個電力系統有著十分重要的意義。常見的氧化鋅避雷器因其保護特性好、通流容量大、結構簡單可靠，獲得了廣泛的應用。但仍存在部分不可避免的問題，避雷器閥片長時間直接承受工頻電壓，運行時總有微弱的電流流過閥片，久而久之部分閥片會出現老化、泄漏電流增大的情況。若不能及時發現，其會繼續惡化，嚴重的會導致閥片溫度升高，發生熱崩潰。此外，避雷器的工作環境通常為室外，整體密封性能較好，但長時間也會由于外部水分進入使閥片受潮、污穢增加、絕緣性能下降，加之長時間的工頻電壓施加，導致進一步劣化。

以上原因，都容易導致避雷器失效崩潰，無法起到保護作用，研究表明，避雷器出現上述異常時都會伴隨阻性泄漏電流的增加，相對于總泄漏電流以及容性泄漏電流變化十分明顯，現有的避雷器在線監測系統雖然能夠做到監測泄漏電流以及阻性電流的基本功能，但其系統存在體積大、安裝煩瑣、配套安裝設備多等不足。

2 相關技術的發展情況

目前避雷器在線監測主要方法有全電流法、阻性電流三次諧波法、容性電流補償法、諧波分析法等。其中，全電流法無法對避雷器早期受潮老化等漸進影響進行監測;阻性電流三次諧波法由于不同廠家的避雷器閥片存在差異，三次諧波與阻性電流值的函數關系各有不同，而閥片的老化前后又有所區別，對測量存在較大影響，容易形成誤判。容性電流補償法是通過硬件補償電路實現，精度受到采樣周期選點影響，容易出現頻譜泄漏導致測量誤差。而本研究采用諧波分析法，通過采集全電流和阻性電流等信號進行離散數字化，然后進行傅立葉變換在頻域中求得電流的基波、諧波的幅值和相位。諧波分析法相較于其他方法擁有穩定性高、準確靈敏以及受影響程度小等特點。

3 電纜終端避雷器監測系統介紹

3.1 系統簡介

電纜終端避雷器在線監測系統由避雷器在線監測裝置、數據集中裝置、監測平臺構成，系統本地顯示和遠程數據相互獨立，互不干擾（圖1）。

避雷器在線監測裝置采集所監測的避雷器數據通過Lora傳輸模塊將實時數據傳輸至數據集中裝置。

數據集中裝置接收來自避雷器在線監測裝置的數據后轉發至監測平臺，一臺數據集中裝置可接收多臺避雷器在線監測裝置的數據。

監測平臺對避雷器在線監測裝置采集到的避雷器實時數據進行展示。

3.2 避雷器在線監測裝置電路設計

避雷器在線監測裝置的硬件電路主要有泄漏電流輸入整流電路、本地顯示電路、超級電容泄漏電流充電電路、繼電器電源控制電路、繼電器計數控制電路、運放控制電路、隔離電源電路、一路運放電路、二路運放電路、三路運放電路、單片機電路、Lora傳輸電路（圖2）。

避雷器在線監測裝置串接在避雷器與大地之間，通過避雷器的泄漏電流給裝置供電，無雷擊時泄漏電流無法通過閥片，從而流入監測電路的泄漏電流輸入整流模塊。然后流經本地顯示模塊，毫安表顯示實際泄漏電流值。

泄漏電流經過本地顯示模塊對超級電容泄漏電流充電模塊進行充電，充至一定電量的超級電容，結合運放控制繼電器電路以及繼電器控制電源輸出模塊，以實現對整個裝置的供電。

泄漏電流輸入整流模塊將整流后的信號輸入高頻信號處理運放電路1、2，高頻信號處理運放電路1、2使用隔離電源模塊提供的隔離電。高頻信號處理運放電路1、2采用諧波分析法，不從PT取信號，安全可靠。

諧波分析法得到的數據進入單片機模塊，經過單片機的處理后通過Lora傳輸模塊無線傳輸至數據集中裝置。

3.3 數據集中裝置電路設計

數據集中裝置硬件部分分為電源模塊、Lora接收模塊、藍牙模塊、傳輸模塊、單片機模塊等（圖3）。

Lora接收模塊接收來自避雷器在線監測裝置的數據然后傳輸至單片機進行處理。

藍牙模塊通過單片機控制與移動設備進行交互，將數據展示在移動設備端。

傳輸模塊將單片機處理好的數據遠程傳輸至監測平臺。

單片機模塊對來自避雷器在線監測裝置的數據進行多渠道轉發。

4 影響監測結果的因素

4.1 電網諧波

在電網中，諧波電壓是不可避免的，根據國際對電能質量的規定，在電力系統正常運行時，允許存在5 %以內的諧波分量。在處于較高電力系統諧波分量時：首先，在諧波電壓作用下所產生的諧波電流和由基波電壓作用在避雷器非線性閥片上產生的反應閥片非線性的諧波電流，會產生比較復雜的交叉關系，造成提取反應避雷器閥片劣化，很容易引起基波電壓作用下產生諧波電流。其次，在系統諧波作用下，泄漏的電流很容易產生容性諧波電流，并且這種容性分量的比重較大。

4.2 相間干擾

在三相避雷器并列運行時，各類避雷器之間會存在雜散電容，在相間雜散電容下各類避雷器之間就有了電氣聯系。也就是說，各相避雷器不僅會受到自身相電壓作用的影響，還會在相間雜散電容的作用下受到相鄰電壓的作用，他們之間的距離和電壓等級影響著這種作用的效果，在避雷器底部泄漏電流和單獨一相運行時其幅值和相位都會發生一定的變化。

4.3 避雷器的污穢泄漏電流對避雷器閥片泄漏電流的影響

在避雷器表面存在污穢時，氧化鋅避雷器的等效電路就相當于在非線性電阻旁邊并聯了一個分流電阻，這時在避雷器接地線上測得的泄漏電流就包含了避雷器表面污穢層的電阻產生的沿面泄漏電流。針對這種干擾因素，可以在避雷器底座上安裝屏蔽回流環，這樣沿面電流就不會經過下引線入地，就不會影響閥片泄漏電流檢測的結果。

4.4 電壓波動對避雷器在線監測的影響

在電力系統運行過程中，很容易出現電壓波動，關于電能質量，國標對電壓波動的范圍也是有一定規定的，根據電壓等級和負荷性質的不同，在電壓產生波動時，避雷器的泄漏電流也會發生相應的波動，隨之監測到的趨勢曲線也會發生波動?；谶@種情況，可以利用避雷器同一時刻的監測值進行橫向比較，來排除這種干擾。

5 結束語

在現有研究理論的基礎上，筆者介紹了電纜終端避雷器監測系統研究的意義、相關技術情況、系統原理和實現方式，為保證電力系統的穩定運行提供了一定的參考。

參考文獻

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