氧化鋅避雷器在線監(jiān)測方法的研究

崔 興，毛 興，唐志宇，賴 秋

（南方電網(wǎng)曲靖供電局，云南 曲靖 655000）

0 引 言

電力一直和人們的生活息息相關(guān)。只有電力系統(tǒng)全面正常運行，才能保證人們的生活質(zhì)量更上一層樓。只有全面監(jiān)測電力設備的運行狀況，才能夠全面監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀況。系統(tǒng)日常運行過程中，需要重點防護和監(jiān)護雷電高發(fā)地區(qū)。不同類型的雷電都可能破壞電力設備的正常運行，甚至對相鄰設備造成損壞。因此，必須提前做好防雷工作。目前，常用的氧化鋅避雷器雖然比傳統(tǒng)避雷器更具優(yōu)勢，但是其在實際運行過程中還會出現(xiàn)一定問題。因此，在線監(jiān)測氧化鋅避雷器愈發(fā)重要。本文結(jié)合實際案例，主要分析氧化鋅避雷器在線監(jiān)測的方法。

1 研究背景

避雷器作為一種常用的電壓保護器，其性能的優(yōu)劣不僅對電氣設備的安全運營發(fā)揮很大作用，而且能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的經(jīng)濟效益產(chǎn)生更大影響。我國的避雷器制造業(yè)基本在建國初期開始發(fā)展。我國很多廠家和科研單位進行了大量的研發(fā)工作，并吸收了國外的先進技術(shù)，在研制氧化鋅避雷器方面取得了豐富成果，很多產(chǎn)品甚至已經(jīng)接近國際先進水平。但是，氧化鋅避雷器在使用過程中仍會出現(xiàn)各類不良現(xiàn)象。傳統(tǒng)避雷針監(jiān)測系統(tǒng)故障主要包括以下幾方面的內(nèi)容。

1.1 監(jiān)測系統(tǒng)的誤判斷

調(diào)查超過50套在線監(jiān)測設備后得知，因為很多檢測系統(tǒng)都不可靠，所以經(jīng)常會監(jiān)測到諸多錯誤數(shù)據(jù)[1]。全面分析監(jiān)測系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn)，由于器件多數(shù)存在誤差比較大和不穩(wěn)定的現(xiàn)象，導致有關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)的抗干擾能力相對較差。

1.2 方法漏洞諸多

傳統(tǒng)模式下，可以在避雷器下安裝一部漏電計數(shù)器。這種分散式的電流監(jiān)測方式其實不屬于一種在線監(jiān)測方式。集中式處理方法主要運用屏蔽線纜，將被測信號引入工作室內(nèi)部，在工作室內(nèi)部進行全面分析和處理。但是，這種監(jiān)測方式各個環(huán)節(jié)的連接非常緊密，信號在傳輸過程中會一直被干擾，一旦其中一個環(huán)節(jié)發(fā)生故障，可能導致整個系統(tǒng)癱瘓。

1.3 其他故障

氧化鋅避雷器在使用過程中可能出現(xiàn)老化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)錯誤和其他各種類型的故障，不能更好地發(fā)揮作用。因此，人們在平時工作中一定要注重氧化鋅避雷器的全方位保養(yǎng)。

2 氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 氧化鋅避雷器的工作原理

氧化鋅電阻片在氧化鋅避雷器中發(fā)揮越來越重要的作用。當兩端電壓較低時，整個避雷器就會表現(xiàn)出一種高電阻和低流通的狀態(tài)，不僅可以大大降低內(nèi)部功耗，而且能夠有效防止出現(xiàn)熱現(xiàn)象。但是，當加載在氧化鋅電阻片的電壓上升到一個臨界點時，一股巨大的電流會流過避雷器，避雷器就會在一瞬間被擊穿，即常見的“隧道效應”。

氧化鋅避雷器在一定電壓下運行的過程中，具有與絕緣子相差無幾的絕緣性能。如果被保護的電氣設備不能承受較大電流時，那么處于并聯(lián)狀態(tài)下的氧化鋅避雷器能夠自動降低本身的電阻值，引入更多的電流。有效運用氧化鋅避雷器能夠保證電力設備只承受一部分電力，并將多余電荷引向大地，使整個電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.2 氧化鋅避雷器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

每一個氧化鋅避雷器內(nèi)部都存在多個氧化鋅閥片串，內(nèi)部也會融合更多的線性電容和極間電容。從長遠發(fā)展來看，氧化鋅閥片的質(zhì)量會直接決定避雷器的質(zhì)量。當氧化鋅避雷器在正常的電壓下工作時，各種類型的有阻電流和容性電流會流過氧化鋅避雷器[2]，其內(nèi)部的避雷器閥片和非線性電阻就會呈現(xiàn)并聯(lián)狀態(tài)。

3 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測方法的主要類型

3.1 全電流法

全電流法主要是串聯(lián)一個特制的電流表和避雷器，常應用于氧化鋅避雷器的運作過程。這樣的裝置不僅能夠在一瞬間內(nèi)測量出流過氧化鋅避雷器的電流量，而且能夠計算出避雷器發(fā)生故障的次數(shù)。全電流法的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 運行電壓下MOA全電流和阻性電流測量接線圖

從結(jié)構(gòu)可以看出，無論氧化鋅避雷器在使用過程中是否發(fā)生嚴重事故，采用全電流法都可以快速檢測出故障。正常運行條件下，阻性電流占據(jù)總電流的比例相對較小。氧化鋅避雷器發(fā)生前期故障時，雖然局部電流會在短時間內(nèi)增大，但是總體泄漏電流沒有增大。因此，如果僅采用全電流法進行檢測，檢測結(jié)果的準確性則相對較低。盡管全電流法的準確性不夠高，但整體操作方式比較簡單。

3.2 各次諧波分析法

諧波分析法是在三次諧波法的基礎上形成的方法。操作過程中，需要以阻性電流和三次諧波電流為基礎進行全面分析。因為諧波分析法都是以數(shù)字信號為基礎進行全面分析，所以也可以稱為數(shù)字波形法。一般當氧化鋅避雷器出現(xiàn)受潮或者老化現(xiàn)象時，其內(nèi)部的三次阻性諧波會隨著內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化而變化。因此，需要以三次諧波為基礎全面測量電壓和電流，將檢測到的信息轉(zhuǎn)化成FFT，并結(jié)合相對應的結(jié)果計算幅度值和相角。采用各次諧波分析法，往往能夠在第一時間判斷氧化鋅避雷器是否發(fā)生老化或者受潮現(xiàn)象。

3.3 溫度測量法

單純應用溫度測量法不能直接知道系統(tǒng)的運行狀態(tài)，但溫度變化會對氧化鋅避雷針產(chǎn)生一定影響。如果氧化鋅避雷針在運行過程中無端吸收了能量，但沒有超過其損耗的能量，內(nèi)部溫度不會發(fā)生太大變化。如果氧化鋅避雷針的內(nèi)部電壓值較大，溫度會在某一段時間內(nèi)迅速升高，但一段時間后會逐步復原[3]。但是，如果氧化鋅避雷器的性能發(fā)生變化，則溫度不能在短時間內(nèi)迅速恢復。氧化鋅避雷器的外部不能直接安裝溫度檢測儀，如果將合適的裝置直接放置入避雷器內(nèi)部，會使避雷器出現(xiàn)密封不良的現(xiàn)象。

4 氧化鋅避雷器硬件和軟件結(jié)構(gòu)

4.1 氧化鋅避雷器硬件結(jié)構(gòu)

實際設計氧化鋅避雷器硬件結(jié)構(gòu)的過程中，可以采用互相感覺的方式流過MOA內(nèi)部。此方式的最終目的是保證電路內(nèi)部的信號不會互相干擾。但是，除了有源濾波外，還會存在少量更高級別的諧波。因此，需要采用24位AD碼轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并在運用DSP轉(zhuǎn)化后進行全面處理，保證數(shù)據(jù)完全傳輸至接收端。

4.2 氧化鋅避雷針軟件結(jié)構(gòu)設計

設計氧化鋅避雷針軟件系統(tǒng)的過程中，可以利用手機APP有效顯示數(shù)據(jù)，并有效進行諧波分析。MCU作為一種核心運算功能，能夠更好地控制整個單元。整個系統(tǒng)的工作流程具體如下。將各個模塊初始化，充分連接包括時鐘信號、輸入/輸出模塊及相關(guān)串口等。系統(tǒng)運行過程中，中斷信號到達一定位置后，具體判斷中斷信號是否屬于外部I/O中斷信號。一旦手機接收到中斷指令，MCU就會將手機APP端口發(fā)送的指令傳送到I/O端口，指令傳送成功后再執(zhí)行相關(guān)操作。如果接收到由FPGA端口發(fā)送的信號時，則MCU端口就可以通過I/O端口接收各項數(shù)據(jù)信息，并將各項數(shù)據(jù)信息發(fā)送到連接口和手機APP端口。

5 結(jié) 論

氧化鋅避雷器在電網(wǎng)設備安全運行中占據(jù)重要地位，但其長時間運行后會出現(xiàn)老化現(xiàn)象。本文結(jié)合實際案例，全面分析、研究了氧化鋅避雷器在線監(jiān)測裝置。工作人員只有掌握了相關(guān)知識，了解氧化鋅避雷器在實際使用過程中的作用，才能發(fā)揮該器件應有的作用。