氧化锌避雷器在线监测系统设计

王延廷 刘兴山 姜黎丹

摘 要：本文将传统避雷器进行优化，针对氧化锌避雷器在线监测系统进行设计，采集就地数据并通过RS485进行通讯，系统采用数字化总线技术，杜绝被测信号的长距离传输及地电位的影响。系统将数据信号传输至上位机进行整合，计算，存储。方便现场工作人员及监测员进行时刻的数据观测和回顾，且报警装置处理能够提供越值报警，提高现场自动化程度。

关键词：避雷器；在线监测；RS485

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.145

0 引言

避雷器是输变电系统中的重要设备。 由于在遭受雷击或限制过电压时，泄掉能量，保护设备免受伤害。随着避雷器长时间的运行，其电阻片会因直接承受工频电压而产生劣化现象，或者结构不良、密封不严等导致内部受潮，从而引起泄漏电流急剧增大（特别是阻性电流），致使电阻片温度上升而发生热击穿，甚至发生爆炸[1-3]，所以对避雷器的监测显得尤为重要。

1 系统概述

系统通过安装在每只氧化锌避雷器接地线上的泄漏电流传感器和冲击电流传感器，对氧化锌避雷器的工频泄漏电流、过电压动作电流进行采样[4-5]。通过分布式安装的在线监测单元或子IED对信号进行采集、处理、转换为数字信号。由屏蔽通讯电缆或光纤进行现场RS485或CAN总线组网，组网总线连接到间隔层智能组件柜内的主IED或站控层的网关服务器。主IED或网关服务器完成数据分析、保存和数据远传。工作站或客户端完成数据访问、处理及打印。

系统采用数字化总线技术，杜绝被测信号的长距离传输及地电位的影响。

采用穿芯式双屏蔽零磁通传感器技术，在线监测单元快速采集大动态范围的电流信[6]，电流采样信号均采用浮点放大技术，即程控放大倍数由硬件自动控制，能真实有效地反映氧化锌避雷器正常运行时的阻性基波电流及1、3、5、7、9 次谐波电流并在软件上采用数字信号处理技术及分析诊断算法，可有效的滤除干扰，使采集信号不受环境温度及电磁干扰的影响。

2 系统特点

实时监测：实时监测静态（工频泄漏）电流和动态（过电压动作）电流。

系统架构：分层分布式系统结构、模块化设计实现，硬件的通用性强。

传感器技术：采用超微晶材料、双层电磁屏蔽、单匝穿心式零磁通传感器。

测量原理：分布式同步采样、分时处理技术。

单元通讯：采用高可靠性的RS485或CAN总线，双层屏蔽通讯电缆或光纤。

主IED通讯：支持TCP/IP网络协议，满足智能化变电站IEC61850的通讯规范，网线或光纤。

数据处理：傅立叶频谱分析，多次谐波电压测量。

分析周期：用户可设定，默认为1小时。

诊断算法：系统采用横比与纵比相结合、规程定标与数据分析相结合的智能诊断算法。

显示方式：报表方式/趋势图方式。

报警方式：有两级报警，报警信号可就地和远传。

系统施工：分布式就近安装，施工简便。配置灵活，扩展性好维护简单。

系统维护：支持远程监测、维护和更新。

系统安全：与设备一次侧电磁隔离，不改变被测设备运行接线方式。

3 系统组成

ZXBLQ-U系统电压监测单元；

ZXBLQ-H现场环境监测单元；

ZXBLQ-C氧化锌避雷器监测单元；

ZXBLQ-I氧化锌避雷器在线监测IED；

ZXBLQ-Z氧化锌避雷器在线状态信息系统。

4 测试项目

泄漏电流全电流波形、基波有效值、峰值；泄漏电流阻性分量基波有效值及3、5、7次有效值；泄漏电流阻性分量峰值：正峰值Ir+、负峰值Ir-；系统频率；容性电流基波；全电压、全电流之间的相角差；运行电压有效值；避雷器功耗；雷击动作电流峰值；雷击动作电流次数；环境温度，湿度。

5 技术指标

系统通过RS485或CAN总线连接分布式安装的现场监测单元；通过RJ45或光纤连接到合并单元获取PT电压信号；通过RJ45或光纤连接到变电站内的数据通讯环网；通过RJ45或光纤连接到变电站内的B码对时通讯环网；接收在线监测单元采集到的监测数据以及传送站控层智能辅助控制器（CAC）的控制命令；对监测单元采集到的数据进行分析，并对故障信息进行存储、本地显示和报警；嵌入IEC 61850协议，实现设备信息共享以及設备的互操作性。

系统采用DL/T860标准通信协议，接收现场IED的监测数据；具有数据采样周期控制等功能；系统具有分析诊断、数据值、波形、报警信息的显示功能；系统具有WEB浏览、数据远传等功能；系统具有按I2标准协议与远方状态监测主站端系统的通信接口；良好的人机交互界面，操作简单，直观。

6 测试结果分析

采用数学形态学对具有较强干扰背景的避雷器泄露电流现场监测信号进行消噪处理，通过平滑避雷器泄露电流在线监测数据中的突变点，在单片机和DSP等上实现有效提取真实信号。

图7和图8是氧化锌避雷器电流信号，在进行滤波前后的对比结果，此见数学形态学在出现氧化避雷器电流信号的干扰显著，可以使得数据分析的可靠性和准确性大大提高。

7 结论

本文对传统氧化锌避雷器在线监测系统进行改进，实现了就地操作和远程监控的双重需求，可有效的滤除干扰，使采集信号不受环境温度及电磁干扰的影响，提高监测精度，且为现场通讯电缆走线节约了大量成本，实用于现场实际。

参考文献：

[1]王金海.金属氧化锌避雷器在线监测原理及系统研究[D].华北电力大学，2014.

[2]邓谊柏.避雷器在线监测仪的研究与设计[D].湖南大学，2010.

[3]徐肖庆，王任，贺牧，董伟.基于虚拟仪器的氧化锌避雷器在线监测[J].云南电力技术，2013，41（02）：20-22.

[4]郭家晨.换流变阀侧避雷器在线监测方法研究[D].哈尔滨理工大学，2015.

[5]丁国成，律方成，刘云鹏，邢丽娜.数学形态学用于抑制MOA在线监测现场干扰[J].高电压技术，2006（04）：44-46.

[6]许小鹏.氧化锌避雷器阻性电流提取方法的研究[D].华北电力大学，2016.