光电技术在避雷器泄漏电流在线监测中的应用分析

沈 喆

（山西晋中理工学院，山西 晋中 030600）

0 引 言

随着经济发展，各行各业用电量出现大幅增长，特别是在每年的冬季、夏季和节假日的时候，全国的电网处于超负荷运行状态，这样的状态对电网的可靠性和稳定性要求更高。我国部分地区的雷雨天气较多，雷电灾害导致的电力故障在多地时常发生，也是电网输电线路故障的诱因之一[1-2]。氧化锌避雷器在电网和其他相关领域应用十分广泛，已经逐渐取代传统的带间隙避雷器成为全球避雷器发展的主要方向。当工作电压正常时，氧化锌电阻片上流过的电流仅达到微安级，由于阀片长期工作会老化，导致阀片性能减退，电阻性质下降，在同样电压作用下电流的数值就会变大。避雷器的结构问题、密封问题、阀片干燥度不佳等问题也是导致避雷器在运行时泄漏电流增大的重要原因[3]。阀片上的阻性分量大幅度增加，导致阀片的温度快速上升，从而引发热崩溃，严重时会发生避雷器爆炸事故。在阀片正常工作的状态下，流过阀片一般是容性电流，因此在容性电流中分离出阻性电流是氧化锌避雷器泄漏电流监测工作极为重要的一个环节。

1 避雷器常见故障及特点

1.1 避雷器故障特点

避雷器主要由多个阀片电阻互相串联起来构成，避雷器通常会受杂散电容的不利影响，导致不同电阻片上分布的电压不均匀。如果不采取均压措施，导致电压分布不均的电阻片发生老化而发生失效，又会使其他电阻片上承受高压，从而发生电阻片损坏恶性循环，最终导致整个避雷器的损坏，缩短其服务寿命[4-5]。此外，电阻片劣化可能由其他因素引起。因此，在诊断避雷器的状态时，需要监测不同电阻片上的电压分布。一般采取光电测量法在工作电压下监测电阻片上的电压，利用电压传感器直接测量其电压。

1.2 避雷器常见故障

避雷器的主要故障包括直流参考电压出现异常升高或异常降低，泄漏电流发生短时极度增加，泄漏电流的数字特别大，导致电路合闸困难，引发避雷器烧毁的严重问题，针对这些常见问题和处理过程如表1 所示[6-8]。

表1 避雷器的常见故障及处理简述

2 避雷器泄漏电流在线监测内容分析

避雷器泄漏电流在线监测的主要内容是实时测量和监测泄漏电流，包括数据采集、传输、分析以及处理等环节，并开展异常报警、故障诊断和远程监控等工作，从而管理和控制避雷器的工作状态，监测避雷器可能发生的问题。

2.1 泄漏电流测量

通过在线监测设备实时测量和监测避雷器泄漏电流。避雷器泄漏电流是指在正常工作条件下，避雷器内部可能发生的微弱电流漏流情况。通过监测泄漏电流的大小和变化趋势，可以判断避雷器的工作状态和性能是否正常。

2.2 数据采集与传输

在线监测设备采集避雷器泄漏电流的实时数据，并通过通信方式将数据传输到监控中心或相关管理系统。数据采集和传输的方式包括有线传输、无线传输和云平台传输等。

2.3 数据分析与处理

监控中心或相关管理系统通过分析和处理接收的避雷器泄漏电流数据，评估避雷器的工作状态，判断是否存在异常情况，并及时发出警报。

2.4 异常报警与故障诊断

当避雷器泄漏电流超过设定的阈值或发生异常变化时，实时监控系统会发出报警信息，通知相关人员进行处理。同时，监控系统可以通过分析和比对数据，判断避雷器是否存在故障，并指导维修人员进行修复[9]。

2.5 远程监控与管理

在线监测系统可以实现对多个避雷器的远程监控和管理。通过远程监控，可以实时查看避雷器的工作状态、泄漏电流数据等信息，有效解决人工巡检的不便和不及时等问题。

3 基于光电技术的避雷器泄漏电流监测

3.1 光电隔离技术原理

光电耦合器是一种将光信号转换成电信号，或将电信号转换成光信号的器件，由光源、光电转换器和电路组成。其可以实现输入电路和输出电路间的电隔离，用于隔离高电压或高电流的电路，以保护低电压或低电流的电路。光电耦合器的工作原理基于光电效应和电光效应。当输入端的光源发出光信号时，光信号经过光电二极管的光电转换作用，生成相应的电信号。这个电信号经过放大器放大后，通过隔离变压器实现光电隔离，最后通过输出电路输给外部电路。当输入端的电信号传输到输出端时，电信号经过放大器放大后，通过隔离变压器实现光电隔离，最后通过光电二极管的电光转换将电信号转换为光信号输出。改进的电流取样原理如图1 所示。

图1 改进的电流取样原理图

3.2 光电隔离技术泄漏电流监测

一般情况下，避雷器的接地端电位为地电位。但是，如果避雷器受到雷击后，接地线的瞬间电流快速增大导致地电位同步升高，发生电子设备的烧毁事故[10-11]。因此，需要采用光电隔离技术解决这方面问题。

如果雷击已经产生，阀片会将雷击电流接入大地，保护避雷器。为避免烧坏电子测量设备，在取样回路中串联一个专用的电流-频率转换模块，电流变化会引起模块的振荡频率发生变化，并通过光电耦合器对电流变化量进行光电转换与计算机处理，并进行显示与报警。

就避雷器的漏电流监测系统而言，避雷器的接地端采用交流式光电耦合器。这种耦合器的造价低廉且运行可靠，可以实现易被电流损坏的元器件与避雷器电路的完全分离。将2 个交流式光电耦合器并联在一起时，使输出数字信号和模拟信号更便于输出。3个交流式光电耦合器可以互相作为备份，以提高设备使用可靠性。

4 结 论

避雷器作为配网防雷的主要手段，在配电线路和配电变压器上广泛应用。在雷电活动相对频繁的地区，避雷器故障率一直居高不下。面对量大、分布广的避雷器，带来巨大的停电检修、故障处理的人力和经济压力，避雷器泄漏电流在线监测是实现避雷器安全运行主要保障措施。避雷器的日常运行中的故障主要有直流参考电压异常升高和降低，泄漏电流异常增大，造成开关合闸困难，避雷器炸裂或表面烧黑等。避雷器泄漏电流在线监测的主要内容是通过实时测量和监测泄漏电流，进行数据采集、传输、分析以及处理，并开展异常报警、故障诊断和远程监控工作，应用光电耦合器将电流变化量进行光电转换与计算机处理，并进行显示与报警。