王杜 胡文涛
国网湖北省电力有限公司黄冈供电公司，湖北 黄冈 438000
摘要：现如今，我国的市场经济在快速发展，社会在不断进步，在输配电线路中，对避雷器实现故障诊断与定位，有利于快速检修，减少雷击停电。通过研究电力物联网中避雷器的远程故障监测与维护，设计了一种结构简单、成本低廉的高可靠性无线避雷器在线监测装置。对这一避雷器在线监测装置的理论依据进行了介绍，对创新点进行了分析，并给出了具体的在线监测装置与金属氧化物避雷器的组合，以及技术参数。这一避雷器在线监测装置具有较高的应用和推广价值。
关键词：电力系统；物联网；避雷器；故障；监测；维护
引言
近年来?随着金属氧化锌避雷器（MOA）的广泛使用?由避雷器引发的事故率也在增加。对MOA实施在线监测?及时获取MOA的运行信息?就可以大大提高其运行的可靠性?降低事故发生的概率?减少事故带来的经济损失。监测避雷器运行状态的通常方法有全电流法、阻性电流三谐波法、补偿法、三次谐波法等。另外?还有采用红外光学方式监测避雷器发热状况来分析避雷器的运行状况。目前?这些监测方法的在线监测设备主要还是应用在变电站、电厂等场合?因在这些场合?通常装有电容分压器或变压器?所以在线监测设备可以方便地获得用于MOA的在线监测的电压信号?而且在线监测设备的巡检管理也比较方便。对线路上MOA的在线监测仍处于起步阶段。线路MOA有其特殊的工作环境：①线路MOA安装在线路杆塔上?杆塔之间相距较远?而且主要安装在雷害多发的山区地带?给巡检带来很大的困难；②在线监测设备本身需要电源供电?不像在变电站内存在低压电源?可以非常方便的给监测设备提供电源?电力线路电压很高?给工作在杆塔上的在线监测设备供电带来困难；③在线监测设备所需要电压信号的获取非常困难。
1项目概况
针对传统避雷计数器动作情况不能适时掌控，以及需线路停电观测的弊端，高平供电支公司研发了MOA避雷器雷击动作次数远程监测系统（装置），它能对MOA避雷器雷击计数器的实时状况进行无线远程实时监测。这样，一旦一个避雷器遭受雷击，检修人员的手机和报警监测主机上马上出现一条对应该避雷器编号的短信息，提醒维护人员处理。该MOA避雷器雷击动作次数远程监测系统结构设计合理，有很强的耐腐蚀能力，且密封性好，可与在不同电压等级电网运行的MOA避雷器、FCZ型磁吹避雷器和FZ型普通阀式避雷器等一起使用。应用避雷器雷击动作次数远程监测系统（装置）可有效地进行雷击次数监测，通过实时掌握遭受雷击的次数，及时地判断MOA避雷器的工作状态，避免运行中的MOA避雷器发生爆炸事故，为MOA避雷器的状态检修提供了有效手段。经高平供电支公司在长平变电站运行MOA避雷器雷击动作次数远程监测系统，证明其性能稳定可靠，为提高电网安全运行提供了重要的依据。
2电力物联网中避雷器远程故障监测与维护
2.1远程传输终端硬件设计
远程传输终端硬件包括单片机系统与通信模块，采用了美国Silabs公司推出的高度集成的SOC型单片机C8051F020。GPRS模块在本设计中选择了Siemens公司的MC55。主要使用了MC55的GPRS数据传输、TCP连接功能。C8051F通过配置的UART口使用AT指令对MC55控制和数据传输，实现数据的透明传输。
2.2短信模块SPZWG-13A技术参数
SPZWG-13A是某公司生产的GPRSModem，该产品使用RS-232接口，可直接与PC机相连进行GPRS拨号上网或收发短信息。
主要特点如下：采用高性能工业级GPRS模块；支持GPRS拨号无线上网；提供拨号上网软件，操作更简单；支持语音通话（需定制）；支持来电话铃声提示（需定制）；支持中、英文短信息的收发；提供易于使用的短信息收发上位机驱动；支持完善的AT命令；RS-232DB9接口；支持＋5～35V宽范围供电；通信最大电流450mA、休眠2.5mA；可适应高温和低温工作环境，温度范围-25～+70℃。
2.3信号采集器的功能特点
为了提高在线监测系统的精度并降低设备的成本?设计了一个新的信号采集器。信号采集器由ZnO电阻片、1∶1高精度微型电流互感器、扼流线圈和限流电阻4个部分组成。在正常工作状态下?ZnO电阻片R2的电阻值非常高?所以泄漏电流将会流过与其并联的微型电流互感器的一次侧绕组?互感器的二次侧绕组就会感应出同样大小的电流?通过监测二次侧的电流就可以在线监测避雷器的泄漏电流。当避雷器动作时?在非常短的时间内有非常大的冲击电流流过避雷器?此时ZnO电阻片R2的电阻将会变得非常小?而扼流线圈的电抗将会变得非常大?冲击电流就通过R2泄放入地。扼流线圈L和限流电阻R1主要是为了实现对互感器的保护。
2.4创新点
采用并联接线法，基于电流互感器感应并联导线上电流的原理和方法，可以同时测量金属氧化物避雷器的泄漏电流和雷击次数。在金属氧化物避雷器中金属氧化物接近底部的位置放置一个金属薄片，引一根导线穿过电流互感器后接至避雷器外壳地，此导线与底部的金属氧化物形成并联。在金属氧化物绝缘性能良好的状态下，金属氧化物无泄漏电流，电流互感器感应到导线上的电流为零。在金属氧化物绝缘性能变差的状态下，有微弱的电流流过金属氧化物，当电流流至接近金属氧化物底部时，由于金属氧化物底部阻性大，电流会全部流至并联的导线上，电流互感器感应到导线上有微弱电流，一般为０～５０ｍＡ，此电流即为金属氧化物的泄漏电流。当直击雷或感应雷到达金属氧化物时，由于金属氧化物的物理特性，雷击电压大于金属氧化物的截止电压阈值，金属氧化物导通，大电流流至金属氧化物底部。此时，绝大部分电流通过金属氧化物流至外壳地，同时会分流部分电流，大小为１～５Ａ。电流互感器感应到导线上的大电流，即可记录雷击次数。测量金属氧化物的温度，与环境温度对比，判断金属氧化物是否发热。结合测量得到的金属氧化物泄漏电流，双参数分析金属氧化物避雷器的绝缘性能，准确性高，可以避免误判。顶端承载的高压线电压没有限制，可以适用１０ｋＶ或３５ｋＶ不同高压等级，不需要修改测量单元的任何参数。采用窄带物联网技术，功耗低，延时短，成本低，体积小，测量数据直接传输至云平台，安全可靠。可以根据用户要求定时传输数据，在发生雷击时，实时快速上传数据，方便管理人员及时进行管理。
2.5无线数据传输
整个无线数据传输网络包括数据终端设备和GPRS网络。数据传输时通过GPRS模块接入GPRS网络,再通过网络各接口及网关支持节点(GGSN)，将分组数据相应处理,发送到目的监控中心网络的固定IP地址的主机上。监测控制中心主机与GPRS模块的连接是通过GPRS附着过程、激活(PDP)上下文、进行PPP协商后建立。此时模块进入GPRS数据模式。到此为止，数据就可以在模块和网络之间进行交换。
结语
GSM模块短消息具有永远在线、无须拨号、价格低廉、覆盖范围广等特点，在数据量不大、实时性要求不高的系统中，通过精心设计远程监测通信单元的硬件和软件，以GSM短消息为数据传输手段建立远程监测系统，具有极大的组网灵活性。本项目实际运行表明，检修维护人员通过本系统全天候实时掌握每一个被监测避雷器的雷击情况，无需到现场巡检，极大减少了人力、物力的投入，对农电系统的减员增效和设备状态检修提供了有力的技术保障。
参考文献
[1]肖文明.氧化锌避雷器的测试探讨[J].高电压技术,1998，24(3)：41-43．
[2]李喜平,陈庆国,王吉涛,氧化锌避雷器远程状态监测系统[J].黑龙江科技信息，2009，(14)：4．