避雷器在线监测技术概述

李洁　祁少泽

摘 要：经过了事故后维修、定期维修和状态维修三个阶段，电气设备维修已经开始采用在线监测技术。超高压、特高压电网的建设对避雷器的性能和经济性提出了更苛刻的要求，避雷器的发展直接关系到电网的安全运行和电力系统的经济效益。文章主要介绍了避雷器在线监测技术的发展历程以及避雷器在线监测的主要方法，同时分析了避雷器在线监测技术研究的重要意义。

关键词：避雷器；在线监测技术；状态维修

1 避雷器在线监测技术发展历程

电气设备维修机制促进了避雷器在线监测技术的发展。电气设备的维修发展经历了事故后维修，定期维修和状态维修三个阶段。1950年以前，电气设备并不存在主动维修，主要进行事故后维修。一旦设备损坏，就会造成大面积停电，难以保证电力系统安全稳定地运行。1960年开始，电气设备开始采用定期维修的检修方式。这种方式在现在依然广泛应用于供电企业的设备维护中。具体来讲，这种方式是使用定期检测的方法，对设备的预防性试验结果与《电气设备预防性试验规程》的标准进行比较，若有超标，即要安排维修和停电计划。与事故后维修相比，定期检修能够大大减少事故的发生概率，同时由于设备经过了日常维护，检修人员可以通过变电站值班员基本掌握变电站中设备运行状态，避免具有巨大危害的重大恶性事故的发生。然而，定期检修仍然具有一定局限性，主要表现在难以很好地把握维修的频率和程度，缺乏经济性。

基于以上两种方法的局限性，电力设备状态维修机制开始发展。在状态维修机制下，电气设备维修主要采用了在线监测技术。在线监测技术是状态维修的基础和根据，同时状态维修也促进了在线监测技术的迅速发展进步。

早在1960年开始，发达国家已经开始着手分析系统可靠性与各部件的潜在故障之间的相关性，并基于此相关性提出状态检修计划。这一发展阶段持续了大概十年的时间，随后，在电气设备的带电测量应用中，为测量以泄漏电流为主的部分绝缘参数，避雷器在线监测开始有所发展。但是在发展初期，由于本身构造不够完善，面临局限性较多，同时测试的结果达不到精度要求，很难在日常生产工作中得到有效利用。

直到1980年开始，避雷器在线监测技术开始迅速发展。传统的测量模式是模拟量测试，这种测试需要一并直接接入測试回路。在这一新的阶段，科研人员开发出了多种带电测试仪器，避雷器在线监测不再使用这种传统模式，取而代之的是先进的数字化测量。数字化测量以传感器为工具，将被测量转换成电气信号，这些电气信号可以通过数字仪器直接测量。从此开始，电力企业的日常维护中采纳了状态监测检修理论，避雷器在线监测在实际应用中获得了成功。1990年前后，科研人员开始建立了微机多功能绝缘在线监测系统，这一系统指引了避雷器在线监测在今后的发展走向。系统主要包括两个关键内容，首先是进行数字波形采集，其次对采集数据进行处理。这一在线监测系统具有很多进步，不仅可以在短时间内对很大数量级的信息进行处理，同时监测的项目较以前有了很大扩充，通过监测得到的参数能够实时向变电站工作人员进行显示，并具有越限报警功能。在后续工作中，参数可以实现有效的电子存储和纸质保存。概括地讲，微机多功能绝缘在线监测系统具有实时性、连续性、巡回性的特点，基本实现了自动化运行。

2 避雷器在线监测的主要方法

避雷器在线监测，从研究方向来看可分为：泄漏电流监测法和介损法。

2.1 泄漏电流监测法

泄漏电流监测的常用方法的有以下几种：

（1）总泄漏电流法

总泄漏电流法做为最基本的一种方法，主要操作原理为将避雷器在线监测仪与避雷器低电压侧串联起来，随着发生过电压事故或者雷电入侵时，电流也会顺势剧增波动。通过对原理的阐释，不难看出这种方法虽然最原始、最简单，也很大程度上降低了在线监测仪的成本，但无法准确捕捉信息，避雷器的运行状态也变得不可捉摸，这样的监测技术显然已经不能适应时代的潮流。

（2）阻性电流三次谐波法

总电阻性电流信号通过滤波器实现滤波处理，得到简化的三次谐波。根据前后两个参数的比例关系，可求得阻性电流。因不需要参考电压，所以监测比较方便。该方法忽略了电压中谐波对结果的的影响，所以所得结果也有待商榷。避雷器生产工艺和材料导致滤波前后的参数有很大的误差。所以使用的范围较为局限，没有可行性。

（3）补偿法测阻性电流

补偿法是指，测量中根据避雷器的等效电路对系统电压信号进行抽取，利用抽取得到的电压信号对总泄漏电流中的容性电流分量进行补偿，进而测量得到阻性电流分量。避雷器阀片的劣化原因主要有两点，首先是MOA阀片受潮，其次是金属氧化物避雷器几乎都不存在串联间隙，导致少量泄漏电流通过阀片，促使老化进程加快。通过对阻性电流进行直接测量，可以相对精确地对劣化进行反映。

2.2 介损法

介损法是对设备的绝缘状态评判的主要标准，其特点是具有较好的抗干扰性和稳定，广泛应用于电力行业。总结起来分为两大类：

（1）硬测量

法西林电桥法是常见的硬件测量法，目前在各电网公司测量停电设备的电气绝缘时常用这个方法。但其操作过程繁琐，需要不断地调整电容值和电阻值，对元件的要求比较多，增加了避雷器在线监测仪的设计难度，不满足避雷器在线监测仪的要求。

（2）谐波分析法

谐波分析法，普遍运用在电力系统中做信号分析，任何复杂的波形都可以分解成频率、振幅等参数不同的正弦分量，以便将问题简化。在线监测仪本来就有体积小、功能完善的要求，采用谐波分析法不仅避免外界干扰而且满足体积要求。傅里叶变换在分析时会造一些不必要的误差，可以运用截断函数减少频谱泄漏引起的误差。

3 避雷器在线监测技术研究的意义

避雷器是变电站和输电线路上处处可见的设备，避雷器的性能直接关系到电网运行的安全。随着超高压、特高压电网的建设，对避雷器在性能和经济性上有了更苛刻的要求。例如要想降低绝缘水平就需要提高避雷器的性能，以便于降低制作成本和运输费用。因此满足要求的电网保护设备应运而生，这些设备不仅需要大大降低绝缘水平，最重要的还需保证电气性能的合理性。所以，避雷器对电力系统的稳定发展，特别是安全高效地运行，有特别重要的意义。多年的变电检修工作经验证明避雷器是电网必不可少的一份子。

输变电系统正常工作时，避雷器自身处于正常状态。当输变电系统遭遇雷电入侵或操作过电压时，避雷器起到保护电力设备免遭过电压冲击的作用。避雷器是寿命是有限的，长期运行的避雷器，内部元件会出现老化现象，或者本体密封不严导致内部受潮，导致事故的可能性大大提升，甚至可能发生爆炸，造成大面积停电，产生严重的经济损失，所以避雷器是输变电系统中重要的一员。如果能对避雷器运行状态进行远程监测，显示相关参数，反应运行状态，就能第一时间排除隐患避免事故的发生，以保证电网安全可靠运行。

相关技术在不断更新，嵌入式发展迅速，计算机网络技术也日新月异。同时国家一再提出支持智能电网的建设，研究和更新避雷器在线监测技术势必会成为市场前景广阔而且能创造出巨大经济价值的新课题，值得不断地进行深入研究。

参考文献

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