輸變電系統(tǒng)氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

周智

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的自動(dòng)化技術(shù)有了很大進(jìn)展，氧化鋅避雷器的自動(dòng)化發(fā)展水平越來越高，電力系統(tǒng)的內(nèi)部檢修能力逐步提高。專家都非常重視輸變電系統(tǒng)氧化鋅避雷器使用過程中的狀態(tài)參數(shù)。在線維修過程中，需要掌握設(shè)備的相關(guān)參數(shù)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度來看，運(yùn)用輸變電系統(tǒng)氧化鋅避雷器在線監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際維修至關(guān)重要。基于此，結(jié)合實(shí)際情況全面分析輸變電系統(tǒng)氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以期為相關(guān)人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：輸變電系統(tǒng);氧化鋅避雷器;在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

引言

避雷器是電力系統(tǒng)中重要的預(yù)防及保護(hù)類設(shè)備，能夠準(zhǔn)確并及時(shí)掌握其運(yùn)行狀態(tài)并開展必要的檢修對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，其性能優(yōu)劣將直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文提出了一種基于多傳感器的避雷器工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，其通過多個(gè)傳感器采集避雷器運(yùn)行時(shí)的多種數(shù)據(jù)并采用一定的算法加以融合，計(jì)算出避雷器是否存在需要檢修或?qū)⒁獡p壞的萌芽狀態(tài)，以準(zhǔn)確反映避雷器的工作狀態(tài)及性能，從而提前對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)檢修，保障避雷器的正常使用。

1氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器的工作原理主要是指，當(dāng)雷擊出現(xiàn)時(shí)，氧化鋅避雷器接線端口會(huì)產(chǎn)生過電壓，進(jìn)而激發(fā)避雷器內(nèi)部的閥片進(jìn)行非線性工作，從而使氧化鋅避雷器處于導(dǎo)通狀態(tài)，將雷擊中的電流通過氧化鋅避雷器的引進(jìn)而引向大地，進(jìn)而避免了雷擊電壓對(duì)電力設(shè)備以及輸電線路的破壞。

2氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體框架

傳統(tǒng)操作模式下，國內(nèi)多數(shù)電力企業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)非常原始和孤立，不僅增加了工作人員的工作量，而且不能全面分析相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，無法快速找到故障。因此，需要建立一套集管理、控制和診斷于一體的變電設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。建立一套新的氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)變電設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)，促使整體信息技術(shù)框架更加規(guī)范和統(tǒng)一。實(shí)際使用過程中，規(guī)范各種類型監(jiān)測(cè)裝置的內(nèi)部數(shù)據(jù)后，再實(shí)現(xiàn)接入和控制，只有這樣才能全面實(shí)現(xiàn)氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警、分析和評(píng)估功能。避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要遵循“三層兩網(wǎng)”的原則全面實(shí)施。其內(nèi)部主要由過程層、間隔層、站控層、過程層網(wǎng)和站控層網(wǎng)組成。這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠更好地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)判系統(tǒng)狀態(tài)的。企業(yè)往往通過與網(wǎng)絡(luò)連接，全面收集來自變電局的各種數(shù)據(jù)，并全面存儲(chǔ)和診斷內(nèi)部?jī)?nèi)容。每一個(gè)氧化鋅避雷器對(duì)應(yīng)專用的電壓監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)際操作過程中能夠發(fā)揮更大的作用。

3層次結(jié)構(gòu)

a）基礎(chǔ)配置層。用于規(guī)范系統(tǒng)各層之間的數(shù)據(jù)交換，包括監(jiān)測(cè)類型編碼管理、監(jiān)測(cè)信息參數(shù)管理等內(nèi)容;維護(hù)監(jiān)測(cè)信息告警規(guī)則;讀取站控系統(tǒng)最新配置信息、對(duì)站控系統(tǒng)端下發(fā)控制指令（寫配置、數(shù)據(jù)重傳、數(shù)據(jù)召喚）;b）采集層。通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通訊規(guī)約將在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)格式統(tǒng)一采集到公司的主站，并進(jìn)行必要的過濾、換算、組合等數(shù)據(jù)加工和處理。數(shù)據(jù)采取定期推送的方式進(jìn)行獲取;c）展現(xiàn)及應(yīng)用層。提供組合監(jiān)視、數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)綜合展示、綜合監(jiān)控報(bào)表等功能;d）高級(jí)應(yīng)用層。以圖形化展示的方式實(shí)現(xiàn)任意裝置、任意監(jiān)測(cè)類型的數(shù)據(jù)對(duì)比及趨勢(shì)分析。

4系統(tǒng)功能內(nèi)容

整個(gè)輸變電系統(tǒng)中，氧化鋅避雷器能夠在使用過程中發(fā)揮更多功能，主要由以下幾項(xiàng)內(nèi)容組成。a）全面綜合展示各類地理圖形。用戶可以全面監(jiān)控電網(wǎng)內(nèi)部的內(nèi)容，第一時(shí)間熟知變電站的位置。使用過程中，能夠通過展示警告裝置全面監(jiān)測(cè)變電站運(yùn)行情況，并全面監(jiān)測(cè)裝置所顯示的數(shù)據(jù)。b）全面展示各種類型的數(shù)據(jù)。整個(gè)模塊可以在第一時(shí)間展示包括表格、組成圖以及與其他設(shè)備相關(guān)的詳細(xì)信息，并直觀傳遞相關(guān)數(shù)字和圖像信息。c）全面組合監(jiān)視。全面提供各項(xiàng)警告和信息監(jiān)視功能的目的是全面監(jiān)視當(dāng)前登錄人在管轄范圍內(nèi)所應(yīng)用設(shè)備的各種情況。一旦設(shè)備處理出現(xiàn)任何問題，能夠在第一時(shí)間提供處理各項(xiàng)告警信息的功能。

5避雷器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)終端的電路設(shè)計(jì)采用可編程邏輯技術(shù)，采用的器件是復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD。CPLD是從PAL和GAL器件發(fā)展出來的，相對(duì)而言規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于大規(guī)模集成電路范圍，是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。以CPLD為主要的硬件載體完成對(duì)前端電流信號(hào)的測(cè)頻及對(duì)頻值的采集方案。微處理器中以STM32單片機(jī)為核心對(duì)設(shè)備的工作過程進(jìn)行控制并能接收采集到的信息進(jìn)行有效分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換芯片的信號(hào)頻率的測(cè)量和實(shí)時(shí)采樣控制，實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、看門狗模塊、報(bào)警模塊的互聯(lián)，還可完成數(shù)據(jù)的緩沖、傳輸、處理等。由于避雷器泄漏電流非常微弱，且變電站電磁環(huán)境復(fù)雜，電磁干擾強(qiáng)烈，精確測(cè)量泄漏電流幅值和相位具有很大困難，故在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮傳感器的選型以及信號(hào)濾波、放大處理。通過高精度電流傳感器獲取MOA的泄漏電流，然后將獲取的電流信號(hào)通過程控放大電路進(jìn)行放大。放大后的信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換;微處理采用STM32單片機(jī)，其具有高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)，溫度傳感器、濕度傳感器和污穢度傳感器選用瑞士Sensirion公司的傳感器，該傳感器采用芯片SHT11，具有集放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及存儲(chǔ)器于一體的功能，芯片是兩線數(shù)字接口，完全數(shù)字量輸出，無需微調(diào)，可與微處理器直接相連，外圍電路簡(jiǎn)單。放大模塊用于將泄漏電流傳感器采集到的電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換放大處理，泄漏電流傳感器采用法拉第的方式將光纖直接繞在電流線上進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，A/D轉(zhuǎn)換模塊將放大模塊處理的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，F(xiàn)FT模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換;電源模塊采用直流12V、3.3V兩個(gè)電壓等級(jí)進(jìn)行供電，其中直流12V由輸入電壓為AC85～305V、輸出電壓為DC12V的金升陽LH10-13B12-10W電源模塊轉(zhuǎn)換而來，主要用來為液晶屏模塊提供直流12V電壓;直流3.3V由上級(jí)輸出的DC12V經(jīng)過VRB1203ZP-6WR2電源模塊轉(zhuǎn)換而來，對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)裝置供電;液晶顯示模塊用來對(duì)微處理器處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，當(dāng)微處理器融合處理的數(shù)據(jù)偏離上位機(jī)設(shè)定的閾值時(shí)，報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警提示。

6實(shí)際案例

某電力系統(tǒng)內(nèi)部主要接入了輸入變電站系統(tǒng)氧化鋅避雷器設(shè)備，并在其中投入標(biāo)準(zhǔn)的變電在線監(jiān)測(cè)裝置全面采集、傳輸和管理數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)可以啟動(dòng)包括無線電流、電壓傳感器和其他設(shè)備所發(fā)出的信息，之后將信息匯總到采集裝置。采集和處理相關(guān)數(shù)據(jù)后，上傳至計(jì)算機(jī)。安裝避雷器絕緣監(jiān)測(cè)器后，運(yùn)行正常的設(shè)備占總體的93%，運(yùn)行異常的設(shè)備只占總體的7%。其中，16.8%的設(shè)備出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸不正確的現(xiàn)象，23.8%的避雷器在在線監(jiān)測(cè)過程中不會(huì)發(fā)生很大變化。由于氧化鋅避雷器在使用過程中和實(shí)際使用狀況不相符，導(dǎo)致設(shè)備在使用過程中會(huì)出現(xiàn)持續(xù)警報(bào)現(xiàn)象。但是，經(jīng)過改造后，異常數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)象得到轉(zhuǎn)變，整體設(shè)備運(yùn)行過程更加可靠。

結(jié)束語

綜上所述，變電站氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，而通過該機(jī)系統(tǒng)對(duì)異常運(yùn)行的避雷器數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與處理，更是進(jìn)一步為氧化鋅避雷器狀態(tài)的歷史記錄查詢和對(duì)比分析提供了基礎(chǔ)，以便更加直觀地對(duì)氧化鋅避雷器狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)的辨別，確保氧化鋅避雷器能夠更加健康安全的運(yùn)行，進(jìn)而為保障電力系統(tǒng)以及電氣設(shè)備的安全運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)

[1]孫才新.輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)現(xiàn)狀和前景[J].中國電力，2015，（3）：139-144.

[2]王少華，葉自強(qiáng)，梅冰笑.輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及帶電檢測(cè)技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].高壓電器，2016，（3）：29-34.

[3]周聰泉.避雷器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].四川：電子科技大學(xué)，2016.

[4]黃建國，陳亮，董莉娜，胡建林，胡琴，夏云峰.變電站用10kV避雷器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)裝置的研制[J].電瓷避雷器，2012（04）：85-90.

[5]顧黎明，倪勇.變電站避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014，11（04）：93.