氧化锌避雷器在线监测方法的研究

2019-07-23唐志宇

通信电源技术 2019年6期

崔兴，毛兴，唐志宇，赖秋

（南方电网曲靖供电局，云南曲靖 655000）

0 引言

电力一直和人们的生活息息相关。只有电力系统全面正常运行，才能保证人们的生活质量更上一层楼。只有全面监测电力设备的运行状况，才能够全面监测电力系统的运行状况。系统日常运行过程中，需要重点防护和监护雷电高发地区。不同类型的雷电都可能破坏电力设备的正常运行，甚至对相邻设备造成损坏。因此，必须提前做好防雷工作。目前，常用的氧化锌避雷器虽然比传统避雷器更具优势，但是其在实际运行过程中还会出现一定问题。因此，在线监测氧化锌避雷器愈发重要。本文结合实际案例，主要分析氧化锌避雷器在线监测的方法。

1 研究背景

避雷器作为一种常用的电压保护器，其性能的优劣不仅对电气设备的安全运营发挥很大作用，而且能够对电力系统的经济效益产生更大影响。我国的避雷器制造业基本在建国初期开始发展。我国很多厂家和科研单位进行了大量的研发工作，并吸收了国外的先进技术，在研制氧化锌避雷器方面取得了丰富成果，很多产品甚至已经接近国际先进水平。但是，氧化锌避雷器在使用过程中仍会出现各类不良现象。传统避雷针监测系统故障主要包括以下几方面的内容。

1.1 监测系统的误判断

调查超过50套在线监测设备后得知，因为很多检测系统都不可靠，所以经常会监测到诸多错误数据[1]。全面分析监测系统后发现，由于器件多数存在误差比较大和不稳定的现象，导致有关监测系统的抗干扰能力相对较差。

1.2 方法漏洞诸多

传统模式下，可以在避雷器下安装一部漏电计数器。这种分散式的电流监测方式其实不属于一种在线监测方式。集中式处理方法主要运用屏蔽线缆，将被测信号引入工作室内部，在工作室内部进行全面分析和处理。但是，这种监测方式各个环节的连接非常紧密，信号在传输过程中会一直被干扰，一旦其中一个环节发生故障，可能导致整个系统瘫痪。

1.3 其他故障

氧化锌避雷器在使用过程中可能出现老化、内部结构错误和其他各种类型的故障，不能更好地发挥作用。因此，人们在平时工作中一定要注重氧化锌避雷器的全方位保养。

2 氧化锌避雷器的结构和工作原理

2.1 氧化锌避雷器的工作原理

氧化锌电阻片在氧化锌避雷器中发挥越来越重要的作用。当两端电压较低时，整个避雷器就会表现出一种高电阻和低流通的状态，不仅可以大大降低内部功耗，而且能够有效防止出现热现象。但是，当加载在氧化锌电阻片的电压上升到一个临界点时，一股巨大的电流会流过避雷器，避雷器就会在一瞬间被击穿，即常见的“隧道效应”。

氧化锌避雷器在一定电压下运行的过程中，具有与绝缘子相差无几的绝缘性能。如果被保护的电气设备不能承受较大电流时，那么处于并联状态下的氧化锌避雷器能够自动降低本身的电阻值，引入更多的电流。有效运用氧化锌避雷器能够保证电力设备只承受一部分电力，并将多余电荷引向大地，使整个电网系统稳定运行。

2.2 氧化锌避雷器的内部结构

每一个氧化锌避雷器内部都存在多个氧化锌阀片串，内部也会融合更多的线性电容和极间电容。从长远发展来看，氧化锌阀片的质量会直接决定避雷器的质量。当氧化锌避雷器在正常的电压下工作时，各种类型的有阻电流和容性电流会流过氧化锌避雷器[2]，其内部的避雷器阀片和非线性电阻就会呈现并联状态。

3 氧化锌避雷器在线监测方法的主要类型

3.1 全电流法

全电流法主要是串联一个特制的电流表和避雷器，常应用于氧化锌避雷器的运作过程。这样的装置不仅能够在一瞬间内测量出流过氧化锌避雷器的电流量，而且能够计算出避雷器发生故障的次数。全电流法的主要结构如图1所示。

图1 运行电压下MOA全电流和阻性电流测量接线图

从结构可以看出，无论氧化锌避雷器在使用过程中是否发生严重事故，采用全电流法都可以快速检测出故障。正常运行条件下，阻性电流占据总电流的比例相对较小。氧化锌避雷器发生前期故障时，虽然局部电流会在短时间内增大，但是总体泄漏电流没有增大。因此，如果仅采用全电流法进行检测，检测结果的准确性则相对较低。尽管全电流法的准确性不够高，但整体操作方式比较简单。

3.2 各次谐波分析法

谐波分析法是在三次谐波法的基础上形成的方法。操作过程中，需要以阻性电流和三次谐波电流为基础进行全面分析。因为谐波分析法都是以数字信号为基础进行全面分析，所以也可以称为数字波形法。一般当氧化锌避雷器出现受潮或者老化现象时，其内部的三次阻性谐波会随着内部结构的变化而变化。因此，需要以三次谐波为基础全面测量电压和电流，将检测到的信息转化成FFT，并结合相对应的结果计算幅度值和相角。采用各次谐波分析法，往往能够在第一时间判断氧化锌避雷器是否发生老化或者受潮现象。

3.3 温度测量法

单纯应用温度测量法不能直接知道系统的运行状态，但温度变化会对氧化锌避雷针产生一定影响。如果氧化锌避雷针在运行过程中无端吸收了能量，但没有超过其损耗的能量，内部温度不会发生太大变化。如果氧化锌避雷针的内部电压值较大，温度会在某一段时间内迅速升高，但一段时间后会逐步复原[3]。但是，如果氧化锌避雷器的性能发生变化，则温度不能在短时间内迅速恢复。氧化锌避雷器的外部不能直接安装温度检测仪，如果将合适的装置直接放置入避雷器内部，会使避雷器出现密封不良的现象。

4 氧化锌避雷器硬件和软件结构

4.1 氧化锌避雷器硬件结构

实际设计氧化锌避雷器硬件结构的过程中，可以采用互相感觉的方式流过MOA内部。此方式的最终目的是保证电路内部的信号不会互相干扰。但是，除了有源滤波外，还会存在少量更高级别的谐波。因此，需要采用24位AD码转换数据，并在运用DSP转化后进行全面处理，保证数据完全传输至接收端。

4.2 氧化锌避雷针软件结构设计

设计氧化锌避雷针软件系统的过程中，可以利用手机APP有效显示数据，并有效进行谐波分析。MCU作为一种核心运算功能，能够更好地控制整个单元。整个系统的工作流程具体如下。将各个模块初始化，充分连接包括时钟信号、输入/输出模块及相关串口等。系统运行过程中，中断信号到达一定位置后，具体判断中断信号是否属于外部I/O中断信号。一旦手机接收到中断指令，MCU就会将手机APP端口发送的指令传送到I/O端口，指令传送成功后再执行相关操作。如果接收到由FPGA端口发送的信号时，则MCU端口就可以通过I/O端口接收各项数据信息，并将各项数据信息发送到连接口和手机APP端口。