光電技術在避雷器泄漏電流在線監測中的應用分析

沈 喆

（山西晉中理工學院，山西 晉中 030600）

0 引 言

隨著經濟發展，各行各業用電量出現大幅增長，特別是在每年的冬季、夏季和節假日的時候，全國的電網處于超負荷運行狀態，這樣的狀態對電網的可靠性和穩定性要求更高。我國部分地區的雷雨天氣較多，雷電災害導致的電力故障在多地時常發生，也是電網輸電線路故障的誘因之一[1-2]。氧化鋅避雷器在電網和其他相關領域應用十分廣泛，已經逐漸取代傳統的帶間隙避雷器成為全球避雷器發展的主要方向。當工作電壓正常時，氧化鋅電阻片上流過的電流僅達到微安級，由于閥片長期工作會老化，導致閥片性能減退，電阻性質下降，在同樣電壓作用下電流的數值就會變大。避雷器的結構問題、密封問題、閥片干燥度不佳等問題也是導致避雷器在運行時泄漏電流增大的重要原因[3]。閥片上的阻性分量大幅度增加，導致閥片的溫度快速上升，從而引發熱崩潰，嚴重時會發生避雷器爆炸事故。在閥片正常工作的狀態下，流過閥片一般是容性電流，因此在容性電流中分離出阻性電流是氧化鋅避雷器泄漏電流監測工作極為重要的一個環節。

1 避雷器常見故障及特點

1.1 避雷器故障特點

避雷器主要由多個閥片電阻互相串聯起來構成，避雷器通常會受雜散電容的不利影響，導致不同電阻片上分布的電壓不均勻。如果不采取均壓措施，導致電壓分布不均的電阻片發生老化而發生失效，又會使其他電阻片上承受高壓，從而發生電阻片損壞惡性循環，最終導致整個避雷器的損壞，縮短其服務壽命[4-5]。此外，電阻片劣化可能由其他因素引起。因此，在診斷避雷器的狀態時，需要監測不同電阻片上的電壓分布。一般采取光電測量法在工作電壓下監測電阻片上的電壓，利用電壓傳感器直接測量其電壓。

1.2 避雷器常見故障

避雷器的主要故障包括直流參考電壓出現異常升高或異常降低，泄漏電流發生短時極度增加，泄漏電流的數字特別大，導致電路合閘困難，引發避雷器燒毀的嚴重問題，針對這些常見問題和處理過程如表1 所示[6-8]。

表1 避雷器的常見故障及處理簡述

2 避雷器泄漏電流在線監測內容分析

避雷器泄漏電流在線監測的主要內容是實時測量和監測泄漏電流，包括數據采集、傳輸、分析以及處理等環節，并開展異常報警、故障診斷和遠程監控等工作，從而管理和控制避雷器的工作狀態，監測避雷器可能發生的問題。

2.1 泄漏電流測量

通過在線監測設備實時測量和監測避雷器泄漏電流。避雷器泄漏電流是指在正常工作條件下，避雷器內部可能發生的微弱電流漏流情況。通過監測泄漏電流的大小和變化趨勢，可以判斷避雷器的工作狀態和性能是否正常。

2.2 數據采集與傳輸

在線監測設備采集避雷器泄漏電流的實時數據，并通過通信方式將數據傳輸到監控中心或相關管理系統。數據采集和傳輸的方式包括有線傳輸、無線傳輸和云平臺傳輸等。

2.3 數據分析與處理

監控中心或相關管理系統通過分析和處理接收的避雷器泄漏電流數據，評估避雷器的工作狀態，判斷是否存在異常情況，并及時發出警報。

2.4 異常報警與故障診斷

當避雷器泄漏電流超過設定的閾值或發生異常變化時，實時監控系統會發出報警信息，通知相關人員進行處理。同時，監控系統可以通過分析和比對數據，判斷避雷器是否存在故障，并指導維修人員進行修復[9]。

2.5 遠程監控與管理

在線監測系統可以實現對多個避雷器的遠程監控和管理。通過遠程監控，可以實時查看避雷器的工作狀態、泄漏電流數據等信息，有效解決人工巡檢的不便和不及時等問題。

3 基于光電技術的避雷器泄漏電流監測

3.1 光電隔離技術原理

光電耦合器是一種將光信號轉換成電信號，或將電信號轉換成光信號的器件，由光源、光電轉換器和電路組成。其可以實現輸入電路和輸出電路間的電隔離，用于隔離高電壓或高電流的電路，以保護低電壓或低電流的電路。光電耦合器的工作原理基于光電效應和電光效應。當輸入端的光源發出光信號時，光信號經過光電二極管的光電轉換作用，生成相應的電信號。這個電信號經過放大器放大后，通過隔離變壓器實現光電隔離，最后通過輸出電路輸給外部電路。當輸入端的電信號傳輸到輸出端時，電信號經過放大器放大后，通過隔離變壓器實現光電隔離，最后通過光電二極管的電光轉換將電信號轉換為光信號輸出。改進的電流取樣原理如圖1 所示。

圖1 改進的電流取樣原理圖

3.2 光電隔離技術泄漏電流監測

一般情況下，避雷器的接地端電位為地電位。但是，如果避雷器受到雷擊后，接地線的瞬間電流快速增大導致地電位同步升高，發生電子設備的燒毀事故[10-11]。因此，需要采用光電隔離技術解決這方面問題。

如果雷擊已經產生，閥片會將雷擊電流接入大地，保護避雷器。為避免燒壞電子測量設備，在取樣回路中串聯一個專用的電流-頻率轉換模塊，電流變化會引起模塊的振蕩頻率發生變化，并通過光電耦合器對電流變化量進行光電轉換與計算機處理，并進行顯示與報警。

就避雷器的漏電流監測系統而言，避雷器的接地端采用交流式光電耦合器。這種耦合器的造價低廉且運行可靠，可以實現易被電流損壞的元器件與避雷器電路的完全分離。將2 個交流式光電耦合器并聯在一起時，使輸出數字信號和模擬信號更便于輸出。3個交流式光電耦合器可以互相作為備份，以提高設備使用可靠性。

4 結 論

避雷器作為配網防雷的主要手段，在配電線路和配電變壓器上廣泛應用。在雷電活動相對頻繁的地區，避雷器故障率一直居高不下。面對量大、分布廣的避雷器，帶來巨大的停電檢修、故障處理的人力和經濟壓力，避雷器泄漏電流在線監測是實現避雷器安全運行主要保障措施。避雷器的日常運行中的故障主要有直流參考電壓異常升高和降低，泄漏電流異常增大，造成開關合閘困難，避雷器炸裂或表面燒黑等。避雷器泄漏電流在線監測的主要內容是通過實時測量和監測泄漏電流，進行數據采集、傳輸、分析以及處理，并開展異常報警、故障診斷和遠程監控工作，應用光電耦合器將電流變化量進行光電轉換與計算機處理，并進行顯示與報警。