氧化鋅避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

王延廷 劉興山 姜黎丹

摘 要：本文將傳統(tǒng)避雷器進行優(yōu)化，針對氧化鋅避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)進行設(shè)計，采集就地數(shù)據(jù)并通過RS485進行通訊，系統(tǒng)采用數(shù)字化總線技術(shù)，杜絕被測信號的長距離傳輸及地電位的影響。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信號傳輸至上位機進行整合，計算，存儲。方便現(xiàn)場工作人員及監(jiān)測員進行時刻的數(shù)據(jù)觀測和回顧，且報警裝置處理能夠提供越值報警，提高現(xiàn)場自動化程度。

關(guān)鍵詞：避雷器；在線監(jiān)測；RS485

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

0 引言

避雷器是輸變電系統(tǒng)中的重要設(shè)備。 由于在遭受雷擊或限制過電壓時，泄掉能量，保護設(shè)備免受傷害。隨著避雷器長時間的運行，其電阻片會因直接承受工頻電壓而產(chǎn)生劣化現(xiàn)象，或者結(jié)構(gòu)不良、密封不嚴等導致內(nèi)部受潮，從而引起泄漏電流急劇增大（特別是阻性電流），致使電阻片溫度上升而發(fā)生熱擊穿，甚至發(fā)生爆炸[1-3]，所以對避雷器的監(jiān)測顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)通過安裝在每只氧化鋅避雷器接地線上的泄漏電流傳感器和沖擊電流傳感器，對氧化鋅避雷器的工頻泄漏電流、過電壓動作電流進行采樣[4-5]。通過分布式安裝的在線監(jiān)測單元或子IED對信號進行采集、處理、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。由屏蔽通訊電纜或光纖進行現(xiàn)場RS485或CAN總線組網(wǎng)，組網(wǎng)總線連接到間隔層智能組件柜內(nèi)的主IED或站控層的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。主IED或網(wǎng)關(guān)服務(wù)器完成數(shù)據(jù)分析、保存和數(shù)據(jù)遠傳。工作站或客戶端完成數(shù)據(jù)訪問、處理及打印。

系統(tǒng)采用數(shù)字化總線技術(shù)，杜絕被測信號的長距離傳輸及地電位的影響。

采用穿芯式雙屏蔽零磁通傳感器技術(shù)，在線監(jiān)測單元快速采集大動態(tài)范圍的電流信[6]，電流采樣信號均采用浮點放大技術(shù)，即程控放大倍數(shù)由硬件自動控制，能真實有效地反映氧化鋅避雷器正常運行時的阻性基波電流及1、3、5、7、9 次諧波電流并在軟件上采用數(shù)字信號處理技術(shù)及分析診斷算法，可有效的濾除干擾，使采集信號不受環(huán)境溫度及電磁干擾的影響。

2 系統(tǒng)特點

實時監(jiān)測：實時監(jiān)測靜態(tài)（工頻泄漏）電流和動態(tài)（過電壓動作）電流。

系統(tǒng)架構(gòu)：分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計實現(xiàn)，硬件的通用性強。

傳感器技術(shù)：采用超微晶材料、雙層電磁屏蔽、單匝穿心式零磁通傳感器。

測量原理：分布式同步采樣、分時處理技術(shù)。

單元通訊：采用高可靠性的RS485或CAN總線，雙層屏蔽通訊電纜或光纖。

主IED通訊：支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，滿足智能化變電站IEC61850的通訊規(guī)范，網(wǎng)線或光纖。

數(shù)據(jù)處理：傅立葉頻譜分析，多次諧波電壓測量。

分析周期：用戶可設(shè)定，默認為1小時。

診斷算法：系統(tǒng)采用橫比與縱比相結(jié)合、規(guī)程定標與數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的智能診斷算法。

顯示方式：報表方式/趨勢圖方式。

報警方式：有兩級報警，報警信號可就地和遠傳。

系統(tǒng)施工：分布式就近安裝，施工簡便。配置靈活，擴展性好維護簡單。

系統(tǒng)維護：支持遠程監(jiān)測、維護和更新。

系統(tǒng)安全：與設(shè)備一次側(cè)電磁隔離，不改變被測設(shè)備運行接線方式。

3 系統(tǒng)組成

ZXBLQ-U系統(tǒng)電壓監(jiān)測單元；

ZXBLQ-H現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測單元；

ZXBLQ-C氧化鋅避雷器監(jiān)測單元；

ZXBLQ-I氧化鋅避雷器在線監(jiān)測IED；

ZXBLQ-Z氧化鋅避雷器在線狀態(tài)信息系統(tǒng)。

4 測試項目

泄漏電流全電流波形、基波有效值、峰值；泄漏電流阻性分量基波有效值及3、5、7次有效值；泄漏電流阻性分量峰值：正峰值Ir+、負峰值Ir-；系統(tǒng)頻率；容性電流基波；全電壓、全電流之間的相角差；運行電壓有效值；避雷器功耗；雷擊動作電流峰值；雷擊動作電流次數(shù)；環(huán)境溫度，濕度。

5 技術(shù)指標

系統(tǒng)通過RS485或CAN總線連接分布式安裝的現(xiàn)場監(jiān)測單元；通過RJ45或光纖連接到合并單元獲取PT電壓信號；通過RJ45或光纖連接到變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)通訊環(huán)網(wǎng)；通過RJ45或光纖連接到變電站內(nèi)的B碼對時通訊環(huán)網(wǎng)；接收在線監(jiān)測單元采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及傳送站控層智能輔助控制器（CAC）的控制命令；對監(jiān)測單元采集到的數(shù)據(jù)進行分析，并對故障信息進行存儲、本地顯示和報警；嵌入IEC 61850協(xié)議，實現(xiàn)設(shè)備信息共享以及設(shè)備的互操作性。

系統(tǒng)采用DL/T860標準通信協(xié)議，接收現(xiàn)場IED的監(jiān)測數(shù)據(jù)；具有數(shù)據(jù)采樣周期控制等功能；系統(tǒng)具有分析診斷、數(shù)據(jù)值、波形、報警信息的顯示功能；系統(tǒng)具有WEB瀏覽、數(shù)據(jù)遠傳等功能；系統(tǒng)具有按I2標準協(xié)議與遠方狀態(tài)監(jiān)測主站端系統(tǒng)的通信接口；良好的人機交互界面，操作簡單，直觀。

6 測試結(jié)果分析

采用數(shù)學形態(tài)學對具有較強干擾背景的避雷器泄露電流現(xiàn)場監(jiān)測信號進行消噪處理，通過平滑避雷器泄露電流在線監(jiān)測數(shù)據(jù)中的突變點，在單片機和DSP等上實現(xiàn)有效提取真實信號。

圖7和圖8是氧化鋅避雷器電流信號，在進行濾波前后的對比結(jié)果，此見數(shù)學形態(tài)學在出現(xiàn)氧化避雷器電流信號的干擾顯著，可以使得數(shù)據(jù)分析的可靠性和準確性大大提高。

7 結(jié)論

本文對傳統(tǒng)氧化鋅避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)進行改進，實現(xiàn)了就地操作和遠程監(jiān)控的雙重需求，可有效的濾除干擾，使采集信號不受環(huán)境溫度及電磁干擾的影響，提高監(jiān)測精度，且為現(xiàn)場通訊電纜走線節(jié)約了大量成本，實用于現(xiàn)場實際。

參考文獻：

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[6]許小鵬.氧化鋅避雷器阻性電流提取方法的研究[D].華北電力大學，2016.