变电站避雷器在线监测系统设计

顾黎明　倪勇

摘 要：本系统主要结合无线传感器网络技术、嵌入式计算机技术，通过远程在线监测方法，实现远程采集、传输氧化锌避雷器上泄漏电流数据信息，方便地进行远距离监测的功能。并通过对现场避雷器数据采集，将数据进行处理成数字信号，传输到监控后台，由主控室监测终端或集控中心监测终端进行远程监测。

关键词：变电站 避雷器 在线监测 系统设计

中图分类号：TM934.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0093-01

雷电灾害事故在现代电力系统的跳闸停电事故中占有很大的比重，特别是伴随着开关技术的发展，电力系统内部过电压的降低及其导致的事故的减少，从而使得大气过电压引起的事故率进一步的提高，从而危及变电站设备和输电线路的安全稳定运行。当现场设备的避雷器出现异常运行时，目前普遍采用的人工监视检查的方法，但是只能读取避雷器全泄漏电流，却无法准确判断是表计问题还是避雷器本身故障的问题，安全性、实时性、可靠性较低。

1 在线监测系统设计原理

金属氧化物避雷器已在电力系统中得到了广泛的应用，其作为电力设备的过电压保护装置，对电力设备安全运行起着很大的作用。

正常工作电压下，流过氧化锌电阻片的电流仅为微安级，但是由于阀片的劣化，导致流过阀片的泄漏电流增加。另外，由于避雷器结构不良，密封不严使内部和阀片受潮，也会导致运行中避雷器泄漏电流的增加。泄漏电流中阻性分量的急剧增加，会使阀片温度上升而发生热崩溃，严重时，甚至引起避雷器的爆炸事故。因此通过测量氧化锌避雷器在运行电压下的全电流、阻性电流对比分析，就能及时发现避雷器内部存在的缺陷，反映出该避雷器受潮情况及老化程度并作为该设备能否继续可靠运行的一个重要判据。

本系统通过计算机监控后台实时监视现场异常运行的避雷器的泄漏电流值，并由软件矢量分析出其容性电流分量、阻性电流分量及阻性电流和容性电流分量的比值，结合历史泄漏电流曲线，综合判断避雷器的好坏。

2 变电站避雷器远程在线监测总体系统

本系统是通过对现场氧化锌避雷器泄漏电流，将数据进行处理成数字信号，无线传输到变电站监控后台，由主控室监测终端或集控中心监测终端进行远程监测。整个监控系统包含下列三部分：由包含PT电压采集节点、泄漏电流采集节点、路由中继节点、网关节点组成的2.4 GHz无线网络，监控服务器以及报警装置。

2.1 硬件构成

现场对避雷器的泄漏电流进行采集，经过隔离、放大、叠加直流信号和进行A/D转换，最后通过无线传输网络传输到监控终端，经后台软件分解出容性电流和阻性电流，并计算出阻性电流和容性电流的比值，由此来衡量避雷器的优劣。

变电站避雷器远程在线监测系统的通讯采用无线传感器网络技术，主要由传感器节点、无线网络和上位机软件三个部分组成。空间分布的测量节点通过与传感器连接对现场氧化锌避雷器的泄露电流进行监控，监测到的数据无线发送至相邻节点或网关，网关与有线系统相连接，这样就能使用软件对数据进行采集、加工、分析和显示。

无线传感器网络技术具有自动组网冗余功能。每个独立的网络节点完成相应的电压或电流的采集，各个网络节点之间均能相互通讯，既能接收到相邻节点发出的数据信号，又能将本节点和相邻节点的数据信号发送出去，起到接力传输数据信号、延长发送距离以及增加数据传输可靠性的作用，从而保证任何一个节点的故障不会导致整个监测网络的崩溃，也不会将雷电流引入控制室，所以不会给变电站监测系统带来任何额外的风险，具有高度的系统可靠性和安全性。无线监测系统无需铺设电缆、电线，相比于传统网络自然具有更大的灵活性，易于扩展升级。同时，灵活性也带来了成本的降低。除了电缆的成本，系统配置及安装、维护均降低了成本。

2.2 监控后台

监控系统软件采用客户机-服务器架构。运行在监控服务器上的labview服务器程序是系统的核心部分。在每一个轮询周期到来时，监控服务器发出广播唤醒消息，唤醒所有睡眠的无线节点，同时广播采样同步消息启动无线节点采集数据样本，在收集齐所有节点的电压和电流样本数据后，广播睡眠同步消息要求所有节点进入睡眠低功耗模式，从而有效保证采样数据的同步性。监控软件对样本数据进行DFT处理得出电流与电压之间的相位差，全电流的幅值以及有效值，容性以及阻性分量，并根据系统设定的报警阀值来决定是否触发报警装置。

显示为某变电站塘树5860线A相避雷器后台实时监控的泄漏电流值读数曲线图和其阻性电流和容性电流的比值图，通过其描绘出避雷器泄漏电流值的实时运行曲线，由于阻性电流一般不能超过容性泄漏电流的25%（即阻性电流与泄漏全电流夹角不低于75 °），避雷器泄漏电流值的变化和优劣情况一目了然。

当现场避雷器的泄漏电流超标时，后台监控界面就会出现声光报警，提醒运行人员注意。运行人员可以随时随地查看避雷器的状态，包含每相漏电流实时的矢量图以及相位角值，通过历史记录查看以及分析模块，可以查看任一时间段的数据资料。

3 结语

变电站避雷器在线监测系统能在现场无人监视和不拆除现场避雷器表计的情况下，将现场避雷器泄漏电流和系统电压以同步采样的方式，通过无线传感器网络传输到计算机监控后台；此外，无线传感器网络具备自主组网冗余配置功能，每个数据采集节点都是潜在的中继站，从而提高数据传输的可靠性；计算机监控后台通过对异常运行的避雷器数据进行处理，生成数据表格并绘制成劣化趋势图，并提供历史记录的查询和对比分析功能，能直观地判断出避雷器的劣化程度，以便相关人员能及时、准确地掌握避雷器运行的健康状况，从而保障人身、电网和电气设备的安全运行。

参考文献

[1] 邓维.MOA泄漏网络化在线监测系统[J].高电压技术，2003（9）：29：22-23.

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