一种新型避雷器在线监测系统在智能变电站中的研究与应用

田吉刚

摘 要：针对传统避雷器在线监测系统的不足，研制了新型避雷器在线监测系统，实现了光电隔离，避免了雷电过电压串入站内低压系统及二次系统，有效保证了二次系统的安全；实现了数字化的数据可靠精确的测量传输，为避雷器的在线监测提供物理基础；实现雷击计数器的远传，代替人工巡视，实现避雷器远程的状态维护；采用数字化传输，光纤数据传输，增强抗干扰能力；建立了专家系统数据，为避雷器的设备维护，优化管理流程提供了理论和数据依据，上述技术填补了国内该领域的空白。

关键词：避雷器；在线监测；智能变电站

中图分类号：TM862 文献标识码：A

金属氧化物避雷器是电力系统安全运行中重要的过电压保护设备，在电力系统中有着广泛的应用。目前国内避雷器监测，避雷器的接地回路上普遍都安装有带泄漏电流指针表的雷击计数器，用人工抄表记录的方式，来监视避雷器泄漏电流的大小和变化趋势，这种定时巡视方式，无法解决无人值守变电所要求的自动在线监测的问题。

1 传统避雷器监测系统的现状及存在的主要问题

传统避雷器在线监测系统由全电流、雷击计数器、巡测报警装置等组成，包括以下设备：（1）避雷器； （2）雷击计数器，泄露电流表； （3）AD转换器；（ 4）巡测报警仪。其主要缺点是：（1）运行维护不方便；2）传统泄露电流表及雷击计数器直接串接到避雷器末屏接地回路中，高低压未完全隔离，设备安全运行得不到保障；（3）无法对避雷器的运行工况进行分析决策；（4）通讯规范不匹配，很难与其他监测系统进行集成。

2 新型避雷器在线监测系统技术原理

四川省电力公司组织四川电力设计咨询有限责任公司、四川电力试验研究院、南京新宁光电工程有限公司依托220kV 泰兴变电站新建工程对新型避雷器在线监测系统进行了研究并在工程中成功应用。

新型避雷器在线监测系统由两个部分组成：泄露电流信号采集部分、数字信号远传后台分析处理部分。

（1）泄露电流信号采集部分（图1）

零磁通小电流传感器是专门为高压电气设备绝缘在线监测而研制的一种小电流传感器，能够对铁芯全自动补偿，使铁芯工作在理想的零磁通状态。穿芯结构设计更能保证设备的安全，传感器能够准确检测100μA—700mA的工频电流。具有极好温度特性和电磁场干扰能力，满足变电站复杂的电场干扰下设备取样的精确度。采集到的小信号经过采样分辨率为16bit的采集器，通过通信规约提供给位于主控室内的数据集中器。

（2） 雷击次数的统计

雷击次数靠全电流阀值、雷击持续时间以及雷击闭锁时间三个整定定值判断。当泄露全电流超过全电流阀值且在雷击持续时间内判断为发生一次雷击，且在紧接着一小段雷击闭锁时间内如仍有超过全电流阀值的采样点，不判定为下一次雷击。

（3） 数字信号远传后台分析处理部分

全站所有采集器数据传输给主控室的数据集中装置，通过IEC61850通信规约接入全站在线监测系统平台，使用避雷器专用分析系统软件，统计雷击次数，监测全电流的变化，帮助完成停电检测的决定，避免事故的发生，真正实现状态检修和变电站的智能化管理。

4 主要研究成果

通过对变电站避雷器在线监测系统的研究，实现避雷器实时泄露电流和雷击次数信号的采集以及数据远传进入后台系统分析，建立全站的避雷器在线监测和专家系统，取得一项实用新型专利“新型避雷器在线监测系统”（专利号为ZL201120240017.6），并在220kV 泰兴变电站的220kV以及110kV避雷器进行了实践应用，设备投运至今运行稳定良好。新型避雷器在线监测系统具有以下特点：

（1）实现了光电隔离，与传统方案比，避免了雷电过电压串入站内低压系统及二次系统，有效保证了二次系统的安全。

（2）数字化测量，提高了测量回路的精度，灵敏度高。实现了数字化的数据可靠精确的测量传输，为避雷器的在线监测提供物理基础。

（3）实现雷击计数器的远传，避免了人工巡视，减少了维护工作量，实现避雷器远程的状态维护。

（4）数字化传输，光纤数据传输，增强抗干扰能力。

（5）智能化在线监测主机的引入，提供了专家系统数据积累的基础，为避雷器的设备维护，优化管理流程提供了理论和数据依据。

4 新型避雷器在线监测技术经济效益分析

与传统设备配置相比，新型避雷器在线监测系统经济效益优势主要体现在以下方面：

（1）准确度、安全性、雷击次数统计。传统设备配置：表计接入避雷器接地回路，一、二次不隔离安全可靠性差；新型避雷器在线监测：穿心互感器及独立的交流电源系统使一、二次可靠隔离，系统含录波及波形实时查询功能。具有安全可靠，采样精度高，原理先进，采样数据实时波形查阅及雷击时的录波系统可积累作为运行分析的依据。

（2）通信远传无需规约转换。传统设备配置：采用485协议通信，信号远传通过屏蔽电缆或通过无线通信传输，需要进行规约转换；新型避雷器在线监测：通过光纤按照符合61850通信协议将泄露电流、雷击次数进行远传，与智能站配套，无需规约转换。

（3）在线分析监测。传统设备配置：不具备此功能。避雷器存在内部受潮或阀片老化等缺陷时，一般通过停电试验可以检查出来。新型避雷器在线监测：具有专家系统数据积累，提供状态检修的依据。数据均可通过后台系统远传，无需对设备进行定检，节省检修费用，无需每年停电对设备安排人员进行定检，实现状态检修。

（4）后台系统。传统设备配置：按间隔配置泄露电流及雷击次数监测设备，并通过规约转换与专用后台系统接入；新型避雷器在线监测：符合IEC61850通讯协议，可与智能变电站的监控、远动主机兼容，实现数据、画面、信息的轻松调入，可融入全站统一的在线监测后台中。

（5）运行维护。传统设备配置：安排人员对设备巡检，抄表；新型避雷器在线监测：后台显示，分析，节省运行维护费用。

结语

主要研究了避雷器泄露电流的数据采集，数据分析以及数据远传，改变了过去避雷器计数监测回路接入回路，避雷器计数监测回路无法实现数据远传等缺陷，为智能变电站的无人值班以及状态检修提供基础。新型避雷器在线监测系统可以适用于交流110（66）kV～750kV变电站新建工程避雷器在线监测系统。

参考文献

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