输电线路避雷器动作信息传输监测技术研究

唐骥钊 黄余凤 胡志途 陈正雍 朱培青

（广东电网有限责任公司汕尾供电局）

0 引言

受环境因素、技术因素及操作因素的影响，输电线路避雷器在运行过程中很容易出现采集灵敏度低、落雷计数错误、雷击数据缺失等问题，严重影响了输电线路的安全系数和可靠性能［1-3］。输电线路避雷器监测系统可在智能采集和远程传输基础上实现避雷器性能参数和状态数据的动态监测，其可靠性强、精确度高、适用面广，已经开始在我国电力系统中大范围应用［4-5］。尤其是基于GSM网络的动作信息传输监测装置，可将避雷器动作机构系统化、信息化进行改进，使避雷器智能监测效益得到本质上的改善，值得深入研究和拓展［6-8］。

1 缺陷分析

本研究过程中主要从某地区110kV输电线路避雷器落雷检查现状出发，分析避雷器信息电子化改造的关键性和必要性，其具体内容如下。

某市位于我国广东省南部沿海地区，其110kV输电线路覆盖范围较广，属亚热带季风气候，降雨量较为频繁。该地区雷雨季节期间，110kV输电线路落雷次数多，经常遭受雷击，造成部分线路断电或大面积供电瘫痪，严重影响了用户用电质量。

在上述雷击事故处理过程中，某地区110kV输电线路检修人员主要通过雷电系统或避雷器计数器排查雷击范围。一般情况下，通过雷电系统查询的落雷范围较大，因此排查需要较多时间，而通过查看避雷器的计数器则比较直观，但是现有避雷器计数器只能通过上塔近距离观察，十分消耗人力物力和时间。因此，本文提出一种避雷器动作的电子化改造，通过对避雷器的动作机构进行系统化、信息化改进，使得避雷器在动作的时候触发信息系统动作发送避雷器的动作时间及避雷器位置等信息到输电管理人员手机上，从而实现雷击的精准定位。

2 改造方案

2.1 技术原理

（1）计数监测原理。避雷器计数器主要包括机械式和电子式两大类。其中，机械式计数方法简单，但现场操作难度大，往往要登高进行计数检查；电子式支持远程计数监测，效率高且计数准确，但需配置供电系统和远程传输装置，设置较为复杂，需针对具体环境进行合理选择。

本次设计的输电线路避雷器电子化动作机构主要采用在线采集＋远程传输模式，可直接新装电子计数器或在原有机械计数器基础上配置辅助远传装置，如图1所示。

图1 计数监测设计

上述采集箱中内置取样阀片、整流电路、分压电路、保护电路、电磁计数器、磁电式指针电表、空接点信号远传接口和光纤信号远传接口等。

（2）电流监测原理。避雷器在遭受雷击后阀片性能将发生明显变化，此时泄露电流数值异常。针对上述现象，在输电线路避雷器动作机构电子化改造时可设置泄露全电流监测装置，通过实时泄露电流分析，确定是否存在避雷器动作并自动计数，将其与计数器信息对比，从而增强避雷器在线监测结果的可靠性，如图2所示。

图2 电流监测设计

上述电流监测过程中以前端电流采集电阻R为参照，测其电流幅值。该电流值一般为毫安级，直接测量难度较大，故监测系统中增加信号放大电流，由两级信号放大器分别进行处理，并配合滤波电路抑制谐波信号，从而保证前端电流监测装置可直接采集到避雷器中的泄露全电流数值，并将其传输到在线监测系统中。

2.2 技术方案

本次设计的输电线路避雷器电子化动作机构由一套动作触发器、信息处理系统及供电系统组成。该套系统通过采取太阳能提供电源，信息处理系统不间断检测避雷器动作，当避雷器动作的时候，触发信息系统动作，系统实时记录避雷器动作时间并将相应的位置信息通过系统发送至输电管理人员手机进行通知，如图3所示。

图3 输电线路避雷器动作机构改造方案

（1）数据采集。输电线路避雷器动作信息传输过程中主要采用两种方式实现，其“采集箱＋监测器组”可直接采集各类计数器中的数据信息，通过GSM专用网络直接上传到监测终端中；电流监测单元可采集避雷器中的泄露全电流数据，通过A／D模数转换通道进行数字化处理后，再上传到监测终端中，用于准确识别避雷器的运行情况和动作次数。

计数器采集较为简单，可通过计数器显示数值的实时传输直接判断放电次数。泄漏电流采集过程中根据泄露全电流数值可直接判断避雷器的性能情况，并通过泄露全电流计算其与阻性电流相位差，判断雷击严重程度，分析绝缘性能是否满足安全运行标准。

（2）通信传输。由于本项目为在特殊环境（雷电、雷击、电磁风暴）下的电子化装置，对无线网络的覆盖率、抗干扰性、可靠性、功耗等具有较高的要求，故通信网络选择GSM专用无线网络。该网络对比其他网络或云平台而言，其优势主要体现在：

1）具有更高的覆盖率，尤其在偏远地区优于其他网络通信方式；

2）由于采用更低的频段和低数据传输模式，使其具有更好的可靠性；

3）采用低数据传输模式，只在触发状态下形成网络链接，所以具有更低的功耗。

基于GSM的输电线路避雷器动作信号传输系统中前端采集单元中安装GSM模块，在雷击事件发生后，监测器组或电流监测单元中有信号发出，激活GSM模块，使其通过发送／接收指令快速传输雷击动作的有关数据，其传输效率快、可靠性强，更适用于在输电线路避雷器动作中的信息传输告警目的。

（3）在线监测。系统终端主要由在线监测系统和通信防护系统两部分组成。其中，通信防护系统设置防火墙保护、秘钥认证，用户在取得相关权限后方可进行后台监测及管理界面；在线监测系统采用B／S服务模式，可针对避雷器雷击动作信息直接显示雷击次数并快速确定故障范围，生成可视化图像。同时，配合移动终端打破传统时间和空间的限制，确保检修人员能够随时随地获取雷击信息并进行雷击故障告警，实现了输电线路避雷器的全方位监测。

上述过程中嵌入式微机将前端采集到的数据整合并通过GSM网络上传，后台服务可在客户端中进行数据处理，分析动作信号、泄漏电流等数据，确定避雷器的实际运行状态和故障风险等级。一旦输电电缆避雷器泄漏电流异常，服务器终端将通过声音报警装置或移动终端发送短信方式提醒，使检修人员及时到场维修。

（4）绿色供电。本次设计的输电线路避雷器动作机构主要采用太阳能电池供电方式，其太阳能板直接安装在取电装置上，在直流转换电路中直接进行供电。同时，配置环保型锂电池，将多余的太阳能转化为内能存储到电池中，以便于智能SOC控制，增强本地系统的长期供电效果。

3 效益评估

本次设计的输电线路避雷器动作机构达到了系统化、数字化改造的预期效果，其计数监测采用采集箱＋监测器组配合的方式，增强了技术的可靠性和准确性；电流检测应用非接触式测量，实现全隔离无残压的取样方式，对避雷器工作不产生任何影响。将该装置应用到110kV输电线路避雷器监测过程中，其系统在线率达到100%，监测结果可靠性达到100%，且仅需要根据显示数据和告警信息定期监测、检修和维护即可，不需要到场大范围检查，从根本上降低了输电线路落雷检验的人工成本，有效地保障了人身安全和设备安全。

在将输电线路避雷器动作机构数字化改造后，其应用信息集成和全数字通信新技术手段，实现在线实时远传功能，实现网络化管理、系统化管理、智能化管理，提升了避雷器监测的安全效益和经济效益。尤其是在数据传输过程中，利用多信号检测和线性化处理，保障了传输数据的精确度和可靠性，增强了数据传输质量和传输效果。而在供电过程中采用新型环保技术，通过太阳能取电和环保型锂电池供电，最大限度降低了系统能耗。同时，设置外部保护装置和温度补偿装置，减少了环境对输电线路避雷器动作机构数字化改造的影响，达到了“实时、在线、智能、远传”监测效果。

4 结束语

本次设计的输电线路避雷器电子化动作机构可通过GSM专网远程传输计数器的数据信息，配合电流监测单元展开有效泄露电流采样，从根本上改善了雷击在线监测的准确度和可靠性。同时，利用太阳能自取电大大降低了在线监测能耗，起到了非常好的节能环保效果。在多雷区及高山等易受雷击的线路避雷器上进行改进使用，通过使用加装改造动作机构的避雷器后，能对落雷进行精准定位，极大缩小的查雷的范围，显著提高输电班人员的工作效率，提高设备的管理水平整体具有很好的推广价值。