10KV配电网避雷器状态监测装置研究

许华淳++陈霖++林金芬

摘 要 由于配电网自动化的快速发展，金属氧化物避雷器（MOA）在保护电网设备中的应用普及度显著提高。但配电网线路较为复杂且分布面积广，利用MOA避雷器保护举措并不能完全保护电网设备，还较易出现绝缘老化和泄露电压等问题。基于此，本文结合目前配电网避雷器状态装置研究分析，阐述了避雷器的运行现状，并为在线监测设计提出相一些改进举措，以供相关行业参考。

【关键词】配电网 避雷器 在线监测 应对策略

避雷器主要是用来限制过电压和保护电气设备的绝缘工具，广泛应用于配电网10kv变电站电力设备保护工作中，对电力系统安全运行具有实际作用。由于MOA相比碳化硅避雷器更具使用优势，在电网实际运行中较易被采纳，但随着近几年电力设备事故的频繁发生，传统避雷器的使用技术已经不能满足部分用户的用电需求，国家电网部门必须做好MOA运行性能在线监测工作，以保障电力设备的安全运行。我国电力系统一般选择预防性避雷监测，时间周期较长，实时检测工作需要耗费大量的财力和人力，不利于电力设备和网络线路的安全运行。因此，做好避雷器在线监测运行工作，研制出一种造价便宜适用于10KV配电网的避雷器在线监测设备，对预防电网事故具备实效意义。

1 配电网避雷器状态装置分析

1.1 带间隙避雷器在线监测

目前国内外相关学者增加对配电网避雷器的在线监测技术研究力度，大大提升了避雷器对输电线路的防雷性能，大量应用于不超过220kv的线路防护工作中，其中带间隙避雷器在线运行监测已逐步实现电源自带和重复利用装置特点。在开展配电网线路建设时，由于配电网多由10kv避雷器构成，自身事故影响范围并不全面，对其监测重视程度不高，但长期发展较易产生配电安全运行故障，扩展至严重程度可能会造成输电线路整体瘫痪，为此需要充分发挥带间隙避雷器的自身电压进波优势，保护电力系统运行设备。从避雷器工作特点来看，主要是为电力设备安全运行服务的，对于带间隙线路而言，则是通过相关部分的金属氧化物为其预防工频电压老化问题，当运行冲击状态与冲击电流振幅形成正比时，在保障正常电流值和通电次数的情况下（放电电流20kA），利用阀片对其开展保护工作，这也是避雷器在线监测装置顺利运行的关键因素。并且，在大电流技术支路计算器具运行下，开关信号对其故障提出警示预防信号，将辐射较大的放电电流引入下线回路中，也是发出信号弹的前期准备过程。

1.2 配电网避雷器监测装置

配网避雷器作为保护电力系统的重要设备，在进入保护状态时，将受到超出千万安培大型电流冲击，极其容易出现“避雷失效”和“毁坏元件”等现象，对MOA非线性阀片造成难以估量的伤害。为解决配电网避雷器监测装置问题，对于MOA在线监测实施方式，需要从经济型来考虑，对研制成本实行节约理念，实现配电网避雷器监测设备的造价优势和运行特色。在10kv系统避雷器的泄漏电流运行过程中，MOA内部绝缘损毁程度会加以深化，将阻性电流扩展至几倍，可选取100～200μA的配电型MOA监测装置，当MOA出现内部绝缘安全隐患问题时，相对的阻性电流会出现一定变化，RC数值呈现激烈变化或平稳趋势，需要采取保护防御措施和巡视对策，及时替换避雷器保护装置，尽量缩减输电线路安全事故的发生机率。湖北兴山天星供电公司对其110kV变电站采取配网避雷器在线监测装置设备优化处理，为监测装置设备衍生至更多发展领域。

2 配电网避雷器运行监测装置现状

2.1 配电网避雷器密封老化

我国电网公司对其110kV～500kv的配电系统事故加以整合，发现配电系统避雷器的累线保护水平较低，直接受到直击雷和感应雷的危害，造成部分变电站缺乏电网安全和供电可靠性的实际保障。对于配电网避雷器密封老化相关问题，10kv配电系统具有高电阻特性，生产制造商使用的密封材料性能有待改善，当遇到温差剧烈变化或使用寿命达至极限时，电力设备内部构造出现密封不良问题，直接造成内部绝缘壁损毁或电阻片裂化，受到雷电冲击从而引起爆炸。由于氧化锌避雷器具备理想伏安特性（非线性），如果没有处理好内部密封问题，及其容易出现续流压力差值过大，导致内部过压高电阻交流电流通受到阻碍，不利于避雷器充分发挥防雷性能。

2.2 电阻片抗老化性能较差

在配电网避雷器运行后期程序中，内部电阻片出现劣化问题，泄漏电流突变上升，从而造成瓷套内部放电，导致避雷器使用程序混乱和内存温度过高，监测雷电性能降低，阻碍预防工作顺利进行。当避雷器内部供电不足时，内部电力系统会出现“单相接地”现状，如果内部出现温度过高和气体压力过大的情况时，最坏情况可能直接導致避雷器爆炸，造成电力设备监测系统瘫痪。避雷器作为防雷装置，在保护设备间隙和内部绝缘方面具有重要作用，如若电力设备监测系统出现问题，对后期电力运行装置系统会存在实际问题，高电阻电流交接和无间隙限制都有可能出现严重阻力，提高电阻片内部抗老性能在所难免。

2.3 避雷器抗冲击能力不强

对于配网避雷器在线监测装置设备而言，设备内部运行状态和实际维护情况对预防雷击跳闸具有重要影响，也是构建智能化电网的实际基础保障。但在避雷器正常运行中，长期受到工频电压影响会导致绝缘老化问题，其中对电阻片的冲击能力具备严格制作要求，以便能够防御电压过大和雷电直击等现状。MOA非线性阀片对其耐受冲击能力非常敏感，避雷器工艺质量控制稍微出现偏差，在电压能量直线冲击时，电阻片及其他构造设备较易损失其技术稳定性，造成故障点事故频发，对配电网系统安全运行具备内在隐患。并且，在进行两次或多次避雷器在线监测设备预防性试验时，如果不能强化承受方的冲击性能，也会导致内部设备构造电阻电压问题。

2.4 避雷器高次谐波较严重

在室外工作的配电避雷器较易接触到外部环境污染物，对瓷套表面形成污闪现象，致使表面电流持续不均匀分布特点，影响电网的高次谐波值比例。避雷器内部电流经过电阻片会呈现1～3数量级升降现象，通过升温加热使其吸收电压电能供给，对电阻片非线性产生限制阻力作用。对于大吨位整流变频设备、轧钢冲击负荷设备，非线性电阻片通过正弦电压作用，裂化电阻片使用速度加快，出现奇次谐波影响问题，从而再次造成电网系统高次谐波数值超出极限，对电阻片和电阻特性具有负面通用作用，限制电网设备安全运行状态。

3 对改进配电网避雷器状态监测装置的建议

3.1 优化在线监测精度网络设计

在配网避雷器状态指示器运行情况下，泄露电流阻性主要用来分辨6～10kv金属氧化物避雷器损坏程度，当出现设定阀值超出原有电流阻性量性时，其运行监测状态完成警示工作。对于配电网避雷器在线监测装置设备运行问题，可从其监测精度网络设计方案入手，优化避雷器的数据传输技术和通信可靠方式，实现避雷器实时监测运行状态。我国避雷器在线监测系统设备多处于户外环境，工作环境条件较差，对在线监测通信系统具有较高的要求限制，需要提高其反应性能（对雷电冲击速度要求），尽量选择超轻型和物质构造及小的设备材料，保障可靠性、实时性和抗干扰能力；在避雷器在线监测装置设备系统中，光纤通信、电力无线载波通信和高传输率通信都已被普遍采用，需要对其制定具体实施设计方案，将面向用户服务的配电网输电线路建设纳入其中，利用GPRS和CDMA 通信方式，注重避雷器的数据传输、运行设备和组网技术，实现在线监测系统对其电网通信优化。武汉中融科技有限公司素来以配电网科研工作为发展方向，在国内对MOA在线系统研究处于领先水平，在设计高精度网络通信方面制定了优秀方案，为我国电力公司提供硬件平台和实验项目研究条件。

3.2 选择合适监测阀值决策算法

对于配网避雷器在线监测系统，对其进行计算分析以选择合适的阀值定位，也是特征信号处理技术的关键所在。在LCD-4监测仪器对三相氧化锌避雷器研究中，对避雷器监测运行环境和过程恶化机理进行深入分析，对其现场实验录波数据予以处理，得出阻性电流对在线监测设备运行具有重要干扰能力，可利用合适传感器对其完成高精度测量工作，决策算法为其提供了根本监测基础条件。在A/D精度和DSP芯片技术中，先进的特征信号测量技术也成为提升避雷器在线监测运行设备的关键因素，结合单判据阻性电流在线监测优势和缺陷，利用先进避雷器状态监测工具了解具体的温度、电压和电流变化情况，为电网电力设备提供安全运行机制保障。除监测运行状态了解问题，对避雷器在线监测中断测量和计算也需要应用与电网子站系统控制空心，从而开展检修和防御工作。

3.3 处理样品实验硬件布置设计

为适应电阻片遇到特殊情况的电流电压变化，对MOA在线监测系统需要实行微功率监控技术，利用串口对其进行分析计算。当避雷器出现阀值下发管或二极管闪烁现象时，对置于下部的指示工具进行恒定电压处理，将微功率信号串联至无线数据传输模块中，对最终信号接受主机进行数据对比和分析，以便工作人员发现避雷器运行突发状态。在设计避雷器样品实验硬件布置方案时，结合工业遥控或自能遥测技术，将其微功率通信发射范围控制在10dbm之内，实际传输距离不超过350m，对其转换信号实行9孔串行PC接口方式，通过接口芯片MAX对下位微功率型无线数据传输进行整合，最后通过传输信号对其传递至控制主机中，对避雷器内部阻性电流的设定阀值实现报警预示工作。

3.4 发展新型在线监测终端功能

在配网避雷器在线监测运行中，终端功能选择逐渐转变为自动化和集成化，对内部构造的电流电压监测信号具有辅助作用。为此，但配电网过电压防护出现故障问题时，对过电压误动防护进行单性接地运行处理（不超过2h），保证泄露电流不会出现增大问题；在监测避雷器的运行状态时，对其缺陷问题予以处理和检修工作，增加防雷性能和检修效率。在信号传感、通信接口和安装调试扥维护问题方面，对MOA表面泄露电流进行集成处理，防止终端功能因阻力电压而出现突出情况。上海桑博电子科技有限公司采用STR-18型无线数据传输模块，对避雷器运行情况的阻性电流、温度变化和电网工况进行记录储备工作，以实现避雷器在线监测运行狀态的综合处理分析，也是解决在线监测终端选择功能的重要途径。

4 总结

综上所述，我国配电网避雷器运行状态装置设备对维护电力系统安全运行具有重要作用，在“密封老化”、“抗老化性能”、“冲击能力”和“高次谐波”等方面还存在问题，需要不断优化精度网络通信方式和选择合适阀值决策算法，为样品硬件布置和监测终端功能提供发展条件，以实现避雷器实时监测优势。从避雷器的终极工作效益来看，改进预防性试验工作要求，利用科学合理的试验手段，对雷击跳闸安全隐患问题具有实际成效，在电网发展中具备巨大的经济效益和广泛的应用情景。

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作者单位

广东电网有限责任公司潮州供电局 广东省潮州市 521000