氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)要點(diǎn)

潘俊銳，江 玉，方 輝

（安徽送變電工程有限公司，安徽 合肥 231299）

0 引 言

電網(wǎng)系統(tǒng)作為社會(huì)發(fā)展與人民生活的基礎(chǔ)，在電網(wǎng)設(shè)備的日常運(yùn)行中，氧化鋅避雷器的設(shè)置可避免電網(wǎng)系統(tǒng)遭受雷擊。氧化鋅避雷器的工作環(huán)境較惡劣，且易受到泄露電流、環(huán)境溫度、濕度、諧波干擾、瓷套等因素影響，進(jìn)而出現(xiàn)故障問題，不利于氧化鋅避雷器的正常運(yùn)行?；诖?，電力部門應(yīng)運(yùn)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而確保氧化鋅避雷器的穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步推進(jìn)國家電網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)化建設(shè)。

1 氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由站控層、間隔層以及過程層組成。其中，站控層包括監(jiān)控中心、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）時(shí)鐘以及B 碼時(shí)鐘源，間隔層包括在線監(jiān)測(cè)智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED）等，過程層包括電壓互感器（Potential Transformer，PT）監(jiān)測(cè)終端和電流互感器（Current Transformer，CT）監(jiān)測(cè)終端等，如圖1 所示。

圖1 氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，不同設(shè)備的功能各異。首先，監(jiān)控中心可以對(duì)氧化鋅避雷器進(jìn)行狀態(tài)信息分類與匯總，分析每一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。工作人員可通過系統(tǒng)后臺(tái)檢查氧化鋅避雷器的運(yùn)行情況。監(jiān)控中心通過顯示屏呈現(xiàn)相關(guān)信息，信息展現(xiàn)形式包括報(bào)表、統(tǒng)計(jì)圖、曲線圖等，為用戶帶來良好的使用體驗(yàn)。當(dāng)氧化鋅避雷器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)報(bào)警，提醒管理人員進(jìn)行故障處理，確保氧化鋅避雷器的正常運(yùn)行[1]。其次，監(jiān)測(cè)終端無法與監(jiān)控中心直接通信，利用在線監(jiān)測(cè)IED 設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)二者之間的連接，進(jìn)行信息的解析與傳遞。最后，監(jiān)測(cè)終端作為在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息收集設(shè)備，可監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度、濕度、阻性泄露電流、氧化鋅避雷器污穢情況等。此外，監(jiān)測(cè)終端還能精準(zhǔn)記錄雷擊次數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，通過間隔層傳輸至監(jiān)控中心，以便管理人員做出正確決策?？傊诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過相關(guān)功能對(duì)氧化鋅避雷器進(jìn)行信息采集與分析，確保其穩(wěn)定運(yùn)行。

2 氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)要點(diǎn)

2.1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)時(shí)

在對(duì)氧化鋅避雷器基波阻性電流法與諧波分析法原理的研究中發(fā)現(xiàn)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采樣工作的同步性對(duì)最后的監(jiān)測(cè)結(jié)果影響巨大。雖然系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的泄露電流數(shù)值極小，但是極小的誤差會(huì)造成較大誤差。因此，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采樣工作的同步性具有極高要求，技術(shù)人員須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)時(shí)調(diào)整。對(duì)時(shí)方法有2 種：一是采用GPS 同步授時(shí)模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)，該模塊可以在2 ns 內(nèi)進(jìn)行同步授時(shí)，減少時(shí)間誤差；二是技術(shù)人員可運(yùn)用IRIG-B 碼時(shí)鐘進(jìn)行對(duì)時(shí)，抗干擾能力極強(qiáng)，確保傳輸信號(hào)穩(wěn)定，進(jìn)而使接受信號(hào)精度極高。但精度過高會(huì)耗費(fèi)巨大成本，因此技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的精度選擇。現(xiàn)階段，精度選擇可分為1 μs、1 ms、10 ms 以及1 s，只須確保其精度可以滿足系統(tǒng)最小分辨率[2]。

因IRIG-B 碼時(shí)鐘得對(duì)時(shí)成本較低，雖然對(duì)時(shí)精度不如GPS同步授時(shí)模塊，但可以滿足系統(tǒng)需求。因此，技術(shù)人員可利用IRIG-B 碼時(shí)鐘進(jìn)行對(duì)時(shí)，確保采樣同步。

2.2 在線監(jiān)測(cè)信號(hào)去噪

在氧化鋅避雷器的數(shù)據(jù)采集工作中，獲取的數(shù)據(jù)存在多種雜波。因氧化鋅避雷器的泄露電流值極小，若未進(jìn)行去噪處理，則容易導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果存在誤差，無法準(zhǔn)確反映氧化鋅避雷器的真實(shí)情況?；诖?，技術(shù)人員應(yīng)合理選擇數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)行去噪。小波去噪技術(shù)可以對(duì)收集到的信號(hào)加以分解，在信號(hào)分解后，保留有用的信號(hào)內(nèi)容，將無用的信號(hào)系數(shù)取值為0，完成去噪工作。通過多次分解去噪，最終可以得到有用信息。

2.3 在線監(jiān)測(cè)故障診斷

2.3.1 故障診斷的意義

隨著電力設(shè)備逐步向大型化發(fā)展，電力系統(tǒng)的安全性尤為關(guān)鍵。一旦出現(xiàn)故障問題，極易影響電力系統(tǒng)的正常供電，甚至造成人員傷亡。因此，須做好在線監(jiān)測(cè)故障診斷工作。通過氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠了解設(shè)備的絕緣情況，預(yù)知可能出現(xiàn)的絕緣風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的維修，確保氧化鋅避雷器運(yùn)行穩(wěn)定。但在線數(shù)據(jù)信息數(shù)量龐大，信息種類復(fù)雜，很多信息存在重復(fù)性問題，對(duì)在線監(jiān)測(cè)結(jié)果帶來了巨大的影響。為確保故障診斷準(zhǔn)確，技術(shù)人員應(yīng)做好在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的預(yù)處理工作，去除其中的重復(fù)性信息，剔除誤差信息，為系統(tǒng)故障診斷工作提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，便于正確決策。氧化鋅避雷器阻性電流受到多種因素影響，包括天氣、溫度、磁場(chǎng)、信號(hào)干擾等，故障診斷難度極高。因此，技術(shù)人員應(yīng)通過相關(guān)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的有效處理，為在線監(jiān)測(cè)故障診斷工作奠定基礎(chǔ)[3]。

2.3.2 多傳感器信息融合算法

信息融合算法作為在線監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的基本方法，可以實(shí)現(xiàn)不同層次信息的融合，并進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的綜合處理。多傳感器信息融合算法主要是利用傳感器收集信息，對(duì)收集的數(shù)據(jù)信息加以計(jì)算，可得到相應(yīng)的處理結(jié)果，避免諧波對(duì)數(shù)據(jù)信息的干擾，有效反映氧化鋅避雷器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。信息融合算法包括嵌入約束法、證據(jù)組合法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。

（1）嵌入約束法。嵌入約束法是對(duì)傳感器收集的信息參數(shù)的映射原相和本相設(shè)置約束條件，獲取問題的解唯一。簡(jiǎn)言之，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過傳感器獲取氧化鋅避雷器的實(shí)時(shí)信息，并根據(jù)其特點(diǎn)獲取主要數(shù)據(jù)信息。

（2）證據(jù)組合法。為了判斷氧化鋅避雷器的運(yùn)行情況，可以提取其運(yùn)行時(shí)所獲取的數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)氧化鋅避雷器的不同運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的計(jì)算，從而作為氧化鋅避雷器的故障判斷依據(jù)。

（3）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法指的是利用機(jī)器模型完成故障判斷任務(wù)。首先，應(yīng)針對(duì)傳感器需求設(shè)置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；其次，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和工作環(huán)境進(jìn)行交互，將數(shù)據(jù)信息規(guī)律反映至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；最后，機(jī)器模型應(yīng)對(duì)傳感器獲取的信息加以學(xué)習(xí)與理解，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的自動(dòng)判斷[4]。

2.3.3 灰關(guān)聯(lián)分析法

灰關(guān)聯(lián)分析法作為氧化鋅避雷器故障判斷方法之一，主要是通過對(duì)多種故障影響因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行擬合曲線的繪制，了解不同因素對(duì)氧化鋅避雷器的故障影響程度。此外，還可以將擬合曲線的變化形式與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況相比較。兩條曲線的契合度越高，說明此種因素對(duì)氧化鋅避雷器的故障影響越大。在進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析時(shí)，可以將氧化鋅避雷器的介損角當(dāng)作參考序列Xj，將溫度、濕度以及泄露電流等影響因素當(dāng)做比較序列X0，可以得到

將獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，計(jì)算出各個(gè)數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)系數(shù)ζj(k)與關(guān)聯(lián)程度γj為

通過對(duì)關(guān)聯(lián)度擬合曲線的對(duì)比，可明確不同因素與氧化鋅避雷器故障的關(guān)聯(lián)程度，從而明確故障原因[5]。

2.4 在線監(jiān)測(cè)專家軟件

氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)專家軟件作為在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的子軟件，具有多種功能。不僅可以監(jiān)測(cè)變壓器，檢測(cè)局部放電與油中氣體情況，還可以監(jiān)測(cè)斷路器、容性設(shè)備，為系統(tǒng)設(shè)置預(yù)報(bào)警參數(shù)，進(jìn)行變電站設(shè)備的管理。此外，在線監(jiān)測(cè)專家軟件可進(jìn)行用戶設(shè)置預(yù)管理，方便用戶查看歷史數(shù)據(jù)與當(dāng)前數(shù)據(jù)，并檢查設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)。用戶登錄專家軟件系統(tǒng)后，可根據(jù)自身需求進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，為其決策提供參考。

3 結(jié) 論

氧化鋅避雷器出現(xiàn)故障對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行影響巨大，應(yīng)通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而明確故障信息，及時(shí)進(jìn)行故障處理。氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過監(jiān)控中心、在線監(jiān)測(cè)IED 設(shè)備、監(jiān)測(cè)終端等組成設(shè)備協(xié)作運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的獲取、傳遞與處理，完成對(duì)氧化鋅避雷器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此外，通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)信號(hào)去噪、在線監(jiān)測(cè)故障診斷等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息，確保氧化鋅避雷器的穩(wěn)定運(yùn)行。