王延廷 劉興山 姜黎丹

摘 要：本文將傳統(tǒng)避雷器進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采集就地?cái)?shù)據(jù)并通過RS485進(jìn)行通訊，系統(tǒng)采用數(shù)字化總線技術(shù)，杜絕被測(cè)信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸及地電位的影響。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至上位機(jī)進(jìn)行整合，計(jì)算，存儲(chǔ)。方便現(xiàn)場(chǎng)工作人員及監(jiān)測(cè)員進(jìn)行時(shí)刻的數(shù)據(jù)觀測(cè)和回顧，且報(bào)警裝置處理能夠提供越值報(bào)警，提高現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化程度。

關(guān)鍵詞：避雷器；在線監(jiān)測(cè)；RS485

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.145

0 引言

避雷器是輸變電系統(tǒng)中的重要設(shè)備。 由于在遭受雷擊或限制過電壓時(shí)，泄掉能量，保護(hù)設(shè)備免受傷害。隨著避雷器長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，其電阻片會(huì)因直接承受工頻電壓而產(chǎn)生劣化現(xiàn)象，或者結(jié)構(gòu)不良、密封不嚴(yán)等導(dǎo)致內(nèi)部受潮，從而引起泄漏電流急劇增大（特別是阻性電流），致使電阻片溫度上升而發(fā)生熱擊穿，甚至發(fā)生爆炸[1-3]，所以對(duì)避雷器的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)通過安裝在每只氧化鋅避雷器接地線上的泄漏電流傳感器和沖擊電流傳感器，對(duì)氧化鋅避雷器的工頻泄漏電流、過電壓動(dòng)作電流進(jìn)行采樣[4-5]。通過分布式安裝的在線監(jiān)測(cè)單元或子IED對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、處理、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。由屏蔽通訊電纜或光纖進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)RS485或CAN總線組網(wǎng)，組網(wǎng)總線連接到間隔層智能組件柜內(nèi)的主IED或站控層的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。主IED或網(wǎng)關(guān)服務(wù)器完成數(shù)據(jù)分析、保存和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。工作站或客戶端完成數(shù)據(jù)訪問、處理及打印。

系統(tǒng)采用數(shù)字化總線技術(shù)，杜絕被測(cè)信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸及地電位的影響。

采用穿芯式雙屏蔽零磁通傳感器技術(shù)，在線監(jiān)測(cè)單元快速采集大動(dòng)態(tài)范圍的電流信[6]，電流采樣信號(hào)均采用浮點(diǎn)放大技術(shù)，即程控放大倍數(shù)由硬件自動(dòng)控制，能真實(shí)有效地反映氧化鋅避雷器正常運(yùn)行時(shí)的阻性基波電流及1、3、5、7、9 次諧波電流并在軟件上采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及分析診斷算法，可有效的濾除干擾，使采集信號(hào)不受環(huán)境溫度及電磁干擾的影響。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)靜態(tài)（工頻泄漏）電流和動(dòng)態(tài)（過電壓動(dòng)作）電流。

系統(tǒng)架構(gòu)：分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，硬件的通用性強(qiáng)。

傳感器技術(shù)：采用超微晶材料、雙層電磁屏蔽、單匝穿心式零磁通傳感器。

測(cè)量原理：分布式同步采樣、分時(shí)處理技術(shù)。

單元通訊：采用高可靠性的RS485或CAN總線，雙層屏蔽通訊電纜或光纖。

主IED通訊：支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，滿足智能化變電站IEC61850的通訊規(guī)范，網(wǎng)線或光纖。

數(shù)據(jù)處理：傅立葉頻譜分析，多次諧波電壓測(cè)量。

分析周期：用戶可設(shè)定，默認(rèn)為1小時(shí)。

診斷算法：系統(tǒng)采用橫比與縱比相結(jié)合、規(guī)程定標(biāo)與數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的智能診斷算法。

顯示方式：報(bào)表方式/趨勢(shì)圖方式。

報(bào)警方式：有兩級(jí)報(bào)警，報(bào)警信號(hào)可就地和遠(yuǎn)傳。

系統(tǒng)施工：分布式就近安裝，施工簡(jiǎn)便。配置靈活，擴(kuò)展性好維護(hù)簡(jiǎn)單。

系統(tǒng)維護(hù)：支持遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、維護(hù)和更新。

系統(tǒng)安全：與設(shè)備一次側(cè)電磁隔離，不改變被測(cè)設(shè)備運(yùn)行接線方式。

3 系統(tǒng)組成

ZXBLQ-U系統(tǒng)電壓監(jiān)測(cè)單元；

ZXBLQ-H現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)單元；

ZXBLQ-C氧化鋅避雷器監(jiān)測(cè)單元；

ZXBLQ-I氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)IED；

ZXBLQ-Z氧化鋅避雷器在線狀態(tài)信息系統(tǒng)。

4 測(cè)試項(xiàng)目

泄漏電流全電流波形、基波有效值、峰值；泄漏電流阻性分量基波有效值及3、5、7次有效值；泄漏電流阻性分量峰值：正峰值Ir+、負(fù)峰值Ir-；系統(tǒng)頻率；容性電流基波；全電壓、全電流之間的相角差；運(yùn)行電壓有效值；避雷器功耗；雷擊動(dòng)作電流峰值；雷擊動(dòng)作電流次數(shù)；環(huán)境溫度，濕度。

5 技術(shù)指標(biāo)

系統(tǒng)通過RS485或CAN總線連接分布式安裝的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元；通過RJ45或光纖連接到合并單元獲取PT電壓信號(hào)；通過RJ45或光纖連接到變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)通訊環(huán)網(wǎng)；通過RJ45或光纖連接到變電站內(nèi)的B碼對(duì)時(shí)通訊環(huán)網(wǎng)；接收在線監(jiān)測(cè)單元采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及傳送站控層智能輔助控制器（CAC）的控制命令；對(duì)監(jiān)測(cè)單元采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)故障信息進(jìn)行存儲(chǔ)、本地顯示和報(bào)警；嵌入IEC 61850協(xié)議，實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息共享以及設(shè)備的互操作性。

系統(tǒng)采用DL/T860標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，接收現(xiàn)場(chǎng)IED的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；具有數(shù)據(jù)采樣周期控制等功能；系統(tǒng)具有分析診斷、數(shù)據(jù)值、波形、報(bào)警信息的顯示功能；系統(tǒng)具有WEB瀏覽、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳等功能；系統(tǒng)具有按I2標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與遠(yuǎn)方狀態(tài)監(jiān)測(cè)主站端系統(tǒng)的通信接口；良好的人機(jī)交互界面，操作簡(jiǎn)單，直觀。

6 測(cè)試結(jié)果分析

采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)對(duì)具有較強(qiáng)干擾背景的避雷器泄露電流現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行消噪處理，通過平滑避雷器泄露電流在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的突變點(diǎn)，在單片機(jī)和DSP等上實(shí)現(xiàn)有效提取真實(shí)信號(hào)。

圖7和圖8是氧化鋅避雷器電流信號(hào)，在進(jìn)行濾波前后的對(duì)比結(jié)果，此見數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)在出現(xiàn)氧化避雷器電流信號(hào)的干擾顯著，可以使得數(shù)據(jù)分析的可靠性和準(zhǔn)確性大大提高。

7 結(jié)論

本文對(duì)傳統(tǒng)氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了就地操作和遠(yuǎn)程監(jiān)控的雙重需求，可有效的濾除干擾，使采集信號(hào)不受環(huán)境溫度及電磁干擾的影響，提高監(jiān)測(cè)精度，且為現(xiàn)場(chǎng)通訊電纜走線節(jié)約了大量成本，實(shí)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。

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