张林裕 李贤良 杨成钢 杜德添 金贵
国网浙江省电力有限公司丽水供电公司 浙江省丽水市 310000
摘要：利用物联网通信技术，应用在避雷器在线监测装置上，实现避雷器雷击次数和泄露电流数据远距离传送；智能监测中心系统对接收到数据进行分析、统计、管理及报警等，能及早发现和排除避雷器故障，达到实时监测避雷器运行状况之目的。监测器以微处理器为核心，输入端连接有雷电波传感器、小电流传感器、环境温湿度检测模块；输出端连接有NB-IOT窄带物联网通讯模块，实现在线监测器与智能监测中心控制系统数据交互。
关键词：无线远程物联 传感器技术 低功耗 智能监测
一、引言
避雷器是电力系统中重要的过电压保护装置，可有效防护操作过电压和雷电过电压。避雷器在线监测器是电力部门广泛应用的一类在线仪器，用于监测避雷器的雷击次数和氧化锌避雷器的在线泄漏电流，及时发现避雷器存在的缺陷和问题。而基于物联网新型智能避雷器在线监测器有效克服了传统避雷器在线监测装置诸多不足，利用现代先进技术开发的一款在线监测装置，能准确捕捉操作过电压和雷电过电压，准确测量避雷器泄露电流，数据实时传送到监测中心系统，免除了人工记录、抄表的繁杂，大大提高了运维人员的工作效率。
二、目前避雷器在线监测装置现状
20世纪70年代后，逐步出现的氧化锌避雷器，在电力系统中得到广泛的应用，其监测避雷器工作状况的传统阀片式避雷器在线监测装置存在以下问题：
1、线路上的高压避雷器下端是通过在线监测器的低压氧化锌阀片接地，这种结构存在很大安全隐患，如果低压氧化锌阀片故障，母线上的雷电流将不能很好的释放，造成母线过压，危及电网安全运行。
2、大多数避雷器安装在室外，长期处于露天环境，低压氧化锌阀片容易受潮，出现不能计数的现象。
3、由于采用指针式机械表，表头内部的磁钢随着使用时间的增加，逐步退磁，造成泄漏电流测试不准确，偏离了记录值，可能会被误判为避雷器故障。
4、雷击次数采用机械计数器计数，其机械结构容易出现卡死现象，造成雷击次数计数错误。
5、在线监测装置密封老化而进水，会在机械表面起雾，造成雷击计数器观察困难，同时，装置进水会加速阀片受潮老化。
6、在线监测装置的雷击次数和泄漏电流数据要人员到达现场抄录。
三、远程数据传送及智能监测中心系统
远程数据传送采用华为提供的NB-IoT窄带物联网接入技术。NB-IoT窄带接入技术具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本。因此，在线监测器能在更广泛区域内随时连接到智能监测中心系统，保证实时数据准确、可靠交互。
智能监测中心系统包括数据接收、数据显示、数据分析、数据统计管理、雷击次数提示、泄露电流超值报警等。监测中心系统能接收所有安装在线路上的避雷器在线监测器数据并显示在屏幕上，系统对避雷器运行数据进行分析，判断避雷器运行情况及存在的缺陷和问题，及时做出提示或报警。同时，系统对数据进行统计管理并保存，方便值班人员查询、调用。系统还能与手机链接，在手机APP界面上显示监测数据，使值班人员能在现场查看避雷器运行情况。
四、采用先进的雷电波传感技术
雷击电流高达几十千安，其时间甚短，一般仅为10～100μs。根据雷击电流特点，采用的雷电波传感器具备：
1、能测量非常大的电流；
2、测量带宽非常宽，能从低频（如0.1Hz）~几兆甚至几十兆Hz；
3、测量无需跟测量源相连接，绝缘等级高；
4、可测量的电流变化率非常大；
5、能承受大电流过载而不坏；
因此，FZ-MOA-B 避雷器在线监测器在实际应用中能捕捉到不同强度的雷击电流（雷击动作电流阈值为 50A）。
五、小电流测量技术
氧化锌避雷器的泄漏电流都在微安级别，为能做到准确测量泄漏电流，电流测量（包括电流采集、信号滤波、信号转换）的各个环节必须有较高的信噪比：
1、采用低纹波、高稳定性DC-DC电源；
2、高宽带、低噪声、低功耗的CMOS零交叉精密运算放大器；
3、采集的电流信号经高通滤波及数据滤波处理；
4、线路板加装金属屏蔽，排除电磁场干扰；
六、低功耗设计
在线监测器采用电池供电及太阳能电池辅助供电。为使产品能够工作更长的时间，产品采用低功耗、低电压的意法STM32微处理器，低功耗运放及低功耗元器件，保证产品能连续工作达6至10年。
七、产品适应性设计
电力避雷器在线监测装置都安装在户外，为适应户外恶劣环境，本产品采用防紫外线的工程塑料成型外壳，内部电子线路板用硅橡胶注入元器件与屏蔽盒之间的空间及引线的空隙，待自行固化封闭后，防止电子线路板受潮而失效。
八、实施效果
本在线监测器于2019年6月在本公司仙都变电站安装试用至今，运行将近一年时间，运行状况良好，在总计2组6台在线监测器上传到监测中心的数据有近千条，能很好地监测避雷器运行情况，现就2020年7月的部分监测数据列表如下：
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九、结论
在线监测器挂网运行一年来，NB-IoT无线窄带物联网数据传送可靠，没有发生断网现象，值班人员在控制室监测屏上能实时掌握避雷器工作情况，减轻人员劳动强度。
从实际数据来看，监测雷击次数计数准确，测量泄漏电流正常，因此，此监测器完全能代替传统监测器,作为新一代避雷器在线监测装置在电力线路上应用。
参考文献
【1】基于无线通信的氧化锌避雷器在线检测仪 吴才章 《自动化技术与应用》 2009年第06期
【2】浮点型DSP的MOA泄漏电流测试仪 李飞；陈继明；申忠如《高电压技术》2002年第7期
【3】泛在电力物联网在配电领域的实践技术 李文龙 《电工技术》2020年第8期
【4】智能配电系统中的泛在电力物联网应用 颜敏 《中国新通讯》2020年第7期