10KV配電網(wǎng)避雷器狀態(tài)監(jiān)測裝置研究

許華淳++陳霖++林金芬

摘 要 由于配電網(wǎng)自動化的快速發(fā)展，金屬氧化物避雷器（MOA）在保護電網(wǎng)設(shè)備中的應(yīng)用普及度顯著提高。但配電網(wǎng)線路較為復(fù)雜且分布面積廣，利用MOA避雷器保護舉措并不能完全保護電網(wǎng)設(shè)備，還較易出現(xiàn)絕緣老化和泄露電壓等問題?；诖耍疚慕Y(jié)合目前配電網(wǎng)避雷器狀態(tài)裝置研究分析，闡述了避雷器的運行現(xiàn)狀，并為在線監(jiān)測設(shè)計提出相一些改進舉措，以供相關(guān)行業(yè)參考。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng) 避雷器 在線監(jiān)測 應(yīng)對策略

避雷器主要是用來限制過電壓和保護電氣設(shè)備的絕緣工具，廣泛應(yīng)用于配電網(wǎng)10kv變電站電力設(shè)備保護工作中，對電力系統(tǒng)安全運行具有實際作用。由于MOA相比碳化硅避雷器更具使用優(yōu)勢，在電網(wǎng)實際運行中較易被采納，但隨著近幾年電力設(shè)備事故的頻繁發(fā)生，傳統(tǒng)避雷器的使用技術(shù)已經(jīng)不能滿足部分用戶的用電需求，國家電網(wǎng)部門必須做好MOA運行性能在線監(jiān)測工作，以保障電力設(shè)備的安全運行。我國電力系統(tǒng)一般選擇預(yù)防性避雷監(jiān)測，時間周期較長，實時檢測工作需要耗費大量的財力和人力，不利于電力設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)線路的安全運行。因此，做好避雷器在線監(jiān)測運行工作，研制出一種造價便宜適用于10KV配電網(wǎng)的避雷器在線監(jiān)測設(shè)備，對預(yù)防電網(wǎng)事故具備實效意義。

1 配電網(wǎng)避雷器狀態(tài)裝置分析

1.1 帶間隙避雷器在線監(jiān)測

目前國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者增加對配電網(wǎng)避雷器的在線監(jiān)測技術(shù)研究力度，大大提升了避雷器對輸電線路的防雷性能，大量應(yīng)用于不超過220kv的線路防護工作中，其中帶間隙避雷器在線運行監(jiān)測已逐步實現(xiàn)電源自帶和重復(fù)利用裝置特點。在開展配電網(wǎng)線路建設(shè)時，由于配電網(wǎng)多由10kv避雷器構(gòu)成，自身事故影響范圍并不全面，對其監(jiān)測重視程度不高，但長期發(fā)展較易產(chǎn)生配電安全運行故障，擴展至嚴重程度可能會造成輸電線路整體癱瘓，為此需要充分發(fā)揮帶間隙避雷器的自身電壓進波優(yōu)勢，保護電力系統(tǒng)運行設(shè)備。從避雷器工作特點來看，主要是為電力設(shè)備安全運行服務(wù)的，對于帶間隙線路而言，則是通過相關(guān)部分的金屬氧化物為其預(yù)防工頻電壓老化問題，當運行沖擊狀態(tài)與沖擊電流振幅形成正比時，在保障正常電流值和通電次數(shù)的情況下（放電電流20kA），利用閥片對其開展保護工作，這也是避雷器在線監(jiān)測裝置順利運行的關(guān)鍵因素。并且，在大電流技術(shù)支路計算器具運行下，開關(guān)信號對其故障提出警示預(yù)防信號，將輻射較大的放電電流引入下線回路中，也是發(fā)出信號彈的前期準備過程。

1.2 配電網(wǎng)避雷器監(jiān)測裝置

配網(wǎng)避雷器作為保護電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，在進入保護狀態(tài)時，將受到超出千萬安培大型電流沖擊，極其容易出現(xiàn)“避雷失效”和“毀壞元件”等現(xiàn)象，對MOA非線性閥片造成難以估量的傷害。為解決配電網(wǎng)避雷器監(jiān)測裝置問題，對于MOA在線監(jiān)測實施方式，需要從經(jīng)濟型來考慮，對研制成本實行節(jié)約理念，實現(xiàn)配電網(wǎng)避雷器監(jiān)測設(shè)備的造價優(yōu)勢和運行特色。在10kv系統(tǒng)避雷器的泄漏電流運行過程中，MOA內(nèi)部絕緣損毀程度會加以深化，將阻性電流擴展至幾倍，可選取100～200μA的配電型MOA監(jiān)測裝置，當MOA出現(xiàn)內(nèi)部絕緣安全隱患問題時，相對的阻性電流會出現(xiàn)一定變化，RC數(shù)值呈現(xiàn)激烈變化或平穩(wěn)趨勢，需要采取保護防御措施和巡視對策，及時替換避雷器保護裝置，盡量縮減輸電線路安全事故的發(fā)生機率。湖北興山天星供電公司對其110kV變電站采取配網(wǎng)避雷器在線監(jiān)測裝置設(shè)備優(yōu)化處理，為監(jiān)測裝置設(shè)備衍生至更多發(fā)展領(lǐng)域。

2 配電網(wǎng)避雷器運行監(jiān)測裝置現(xiàn)狀

2.1 配電網(wǎng)避雷器密封老化

我國電網(wǎng)公司對其110kV～500kv的配電系統(tǒng)事故加以整合，發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)避雷器的累線保護水平較低，直接受到直擊雷和感應(yīng)雷的危害，造成部分變電站缺乏電網(wǎng)安全和供電可靠性的實際保障。對于配電網(wǎng)避雷器密封老化相關(guān)問題，10kv配電系統(tǒng)具有高電阻特性，生產(chǎn)制造商使用的密封材料性能有待改善，當遇到溫差劇烈變化或使用壽命達至極限時，電力設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造出現(xiàn)密封不良問題，直接造成內(nèi)部絕緣壁損毀或電阻片裂化，受到雷電沖擊從而引起爆炸。由于氧化鋅避雷器具備理想伏安特性（非線性），如果沒有處理好內(nèi)部密封問題，及其容易出現(xiàn)續(xù)流壓力差值過大，導(dǎo)致內(nèi)部過壓高電阻交流電流通受到阻礙，不利于避雷器充分發(fā)揮防雷性能。

2.2 電阻片抗老化性能較差

在配電網(wǎng)避雷器運行后期程序中，內(nèi)部電阻片出現(xiàn)劣化問題，泄漏電流突變上升，從而造成瓷套內(nèi)部放電，導(dǎo)致避雷器使用程序混亂和內(nèi)存溫度過高，監(jiān)測雷電性能降低，阻礙預(yù)防工作順利進行。當避雷器內(nèi)部供電不足時，內(nèi)部電力系統(tǒng)會出現(xiàn)“單相接地”現(xiàn)狀，如果內(nèi)部出現(xiàn)溫度過高和氣體壓力過大的情況時，最壞情況可能直接導(dǎo)致避雷器爆炸，造成電力設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)癱瘓。避雷器作為防雷裝置，在保護設(shè)備間隙和內(nèi)部絕緣方面具有重要作用，如若電力設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)問題，對后期電力運行裝置系統(tǒng)會存在實際問題，高電阻電流交接和無間隙限制都有可能出現(xiàn)嚴重阻力，提高電阻片內(nèi)部抗老性能在所難免。

2.3 避雷器抗沖擊能力不強

對于配網(wǎng)避雷器在線監(jiān)測裝置設(shè)備而言，設(shè)備內(nèi)部運行狀態(tài)和實際維護情況對預(yù)防雷擊跳閘具有重要影響，也是構(gòu)建智能化電網(wǎng)的實際基礎(chǔ)保障。但在避雷器正常運行中，長期受到工頻電壓影響會導(dǎo)致絕緣老化問題，其中對電阻片的沖擊能力具備嚴格制作要求，以便能夠防御電壓過大和雷電直擊等現(xiàn)狀。MOA非線性閥片對其耐受沖擊能力非常敏感，避雷器工藝質(zhì)量控制稍微出現(xiàn)偏差，在電壓能量直線沖擊時，電阻片及其他構(gòu)造設(shè)備較易損失其技術(shù)穩(wěn)定性，造成故障點事故頻發(fā)，對配電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行具備內(nèi)在隱患。并且，在進行兩次或多次避雷器在線監(jiān)測設(shè)備預(yù)防性試驗時，如果不能強化承受方的沖擊性能，也會導(dǎo)致內(nèi)部設(shè)備構(gòu)造電阻電壓問題。

2.4 避雷器高次諧波較嚴重

在室外工作的配電避雷器較易接觸到外部環(huán)境污染物，對瓷套表面形成污閃現(xiàn)象，致使表面電流持續(xù)不均勻分布特點，影響電網(wǎng)的高次諧波值比例。避雷器內(nèi)部電流經(jīng)過電阻片會呈現(xiàn)1～3數(shù)量級升降現(xiàn)象，通過升溫加熱使其吸收電壓電能供給，對電阻片非線性產(chǎn)生限制阻力作用。對于大噸位整流變頻設(shè)備、軋鋼沖擊負荷設(shè)備，非線性電阻片通過正弦電壓作用，裂化電阻片使用速度加快，出現(xiàn)奇次諧波影響問題，從而再次造成電網(wǎng)系統(tǒng)高次諧波數(shù)值超出極限，對電阻片和電阻特性具有負面通用作用，限制電網(wǎng)設(shè)備安全運行狀態(tài)。

3 對改進配電網(wǎng)避雷器狀態(tài)監(jiān)測裝置的建議

3.1 優(yōu)化在線監(jiān)測精度網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

在配網(wǎng)避雷器狀態(tài)指示器運行情況下，泄露電流阻性主要用來分辨6～10kv金屬氧化物避雷器損壞程度，當出現(xiàn)設(shè)定閥值超出原有電流阻性量性時，其運行監(jiān)測狀態(tài)完成警示工作。對于配電網(wǎng)避雷器在線監(jiān)測裝置設(shè)備運行問題，可從其監(jiān)測精度網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案入手，優(yōu)化避雷器的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和通信可靠方式，實現(xiàn)避雷器實時監(jiān)測運行狀態(tài)。我國避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備多處于戶外環(huán)境，工作環(huán)境條件較差，對在線監(jiān)測通信系統(tǒng)具有較高的要求限制，需要提高其反應(yīng)性能（對雷電沖擊速度要求），盡量選擇超輕型和物質(zhì)構(gòu)造及小的設(shè)備材料，保障可靠性、實時性和抗干擾能力；在避雷器在線監(jiān)測裝置設(shè)備系統(tǒng)中，光纖通信、電力無線載波通信和高傳輸率通信都已被普遍采用，需要對其制定具體實施設(shè)計方案，將面向用戶服務(wù)的配電網(wǎng)輸電線路建設(shè)納入其中，利用GPRS和CDMA 通信方式，注重避雷器的數(shù)據(jù)傳輸、運行設(shè)備和組網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)在線監(jiān)測系統(tǒng)對其電網(wǎng)通信優(yōu)化。武漢中融科技有限公司素來以配電網(wǎng)科研工作為發(fā)展方向，在國內(nèi)對MOA在線系統(tǒng)研究處于領(lǐng)先水平，在設(shè)計高精度網(wǎng)絡(luò)通信方面制定了優(yōu)秀方案，為我國電力公司提供硬件平臺和實驗項目研究條件。

3.2 選擇合適監(jiān)測閥值決策算法

對于配網(wǎng)避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)，對其進行計算分析以選擇合適的閥值定位，也是特征信號處理技術(shù)的關(guān)鍵所在。在LCD-4監(jiān)測儀器對三相氧化鋅避雷器研究中，對避雷器監(jiān)測運行環(huán)境和過程惡化機理進行深入分析，對其現(xiàn)場實驗錄波數(shù)據(jù)予以處理，得出阻性電流對在線監(jiān)測設(shè)備運行具有重要干擾能力，可利用合適傳感器對其完成高精度測量工作，決策算法為其提供了根本監(jiān)測基礎(chǔ)條件。在A/D精度和DSP芯片技術(shù)中，先進的特征信號測量技術(shù)也成為提升避雷器在線監(jiān)測運行設(shè)備的關(guān)鍵因素，結(jié)合單判據(jù)阻性電流在線監(jiān)測優(yōu)勢和缺陷，利用先進避雷器狀態(tài)監(jiān)測工具了解具體的溫度、電壓和電流變化情況，為電網(wǎng)電力設(shè)備提供安全運行機制保障。除監(jiān)測運行狀態(tài)了解問題，對避雷器在線監(jiān)測中斷測量和計算也需要應(yīng)用與電網(wǎng)子站系統(tǒng)控制空心，從而開展檢修和防御工作。

3.3 處理樣品實驗硬件布置設(shè)計

為適應(yīng)電阻片遇到特殊情況的電流電壓變化，對MOA在線監(jiān)測系統(tǒng)需要實行微功率監(jiān)控技術(shù)，利用串口對其進行分析計算。當避雷器出現(xiàn)閥值下發(fā)管或二極管閃爍現(xiàn)象時，對置于下部的指示工具進行恒定電壓處理，將微功率信號串聯(lián)至無線數(shù)據(jù)傳輸模塊中，對最終信號接受主機進行數(shù)據(jù)對比和分析，以便工作人員發(fā)現(xiàn)避雷器運行突發(fā)狀態(tài)。在設(shè)計避雷器樣品實驗硬件布置方案時，結(jié)合工業(yè)遙控或自能遙測技術(shù)，將其微功率通信發(fā)射范圍控制在10dbm之內(nèi)，實際傳輸距離不超過350m，對其轉(zhuǎn)換信號實行9孔串行PC接口方式，通過接口芯片MAX對下位微功率型無線數(shù)據(jù)傳輸進行整合，最后通過傳輸信號對其傳遞至控制主機中，對避雷器內(nèi)部阻性電流的設(shè)定閥值實現(xiàn)報警預(yù)示工作。

3.4 發(fā)展新型在線監(jiān)測終端功能

在配網(wǎng)避雷器在線監(jiān)測運行中，終端功能選擇逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊图苫?，對?nèi)部構(gòu)造的電流電壓監(jiān)測信號具有輔助作用。為此，但配電網(wǎng)過電壓防護出現(xiàn)故障問題時，對過電壓誤動防護進行單性接地運行處理（不超過2h），保證泄露電流不會出現(xiàn)增大問題；在監(jiān)測避雷器的運行狀態(tài)時，對其缺陷問題予以處理和檢修工作，增加防雷性能和檢修效率。在信號傳感、通信接口和安裝調(diào)試扥維護問題方面，對MOA表面泄露電流進行集成處理，防止終端功能因阻力電壓而出現(xiàn)突出情況。上海桑博電子科技有限公司采用STR-18型無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，對避雷器運行情況的阻性電流、溫度變化和電網(wǎng)工況進行記錄儲備工作，以實現(xiàn)避雷器在線監(jiān)測運行狀態(tài)的綜合處理分析，也是解決在線監(jiān)測終端選擇功能的重要途徑。

4 總結(jié)

綜上所述，我國配電網(wǎng)避雷器運行狀態(tài)裝置設(shè)備對維護電力系統(tǒng)安全運行具有重要作用，在“密封老化”、“抗老化性能”、“沖擊能力”和“高次諧波”等方面還存在問題，需要不斷優(yōu)化精度網(wǎng)絡(luò)通信方式和選擇合適閥值決策算法，為樣品硬件布置和監(jiān)測終端功能提供發(fā)展條件，以實現(xiàn)避雷器實時監(jiān)測優(yōu)勢。從避雷器的終極工作效益來看，改進預(yù)防性試驗工作要求，利用科學(xué)合理的試驗手段，對雷擊跳閘安全隱患問題具有實際成效，在電網(wǎng)發(fā)展中具備巨大的經(jīng)濟效益和廣泛的應(yīng)用情景。

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作者單位

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州供電局 廣東省潮州市 521000