分体式避雷器底座泄漏电流在线监测装置设计

分体式避雷器底座泄漏电流在线监测装置设计

殷紫吟 朱卓然 汪雪

国网镇江供电公司 江苏 212000

摘要：金属氧化锌避雷器底座分为整体式和分体式2种，分体式避雷器底座一般由绝缘瓷瓶、绝缘套和金属螺栓组成，运行一段时间后，水分和杂质往往会经由瓷瓶与螺栓之间或瓷瓶与避雷器底座之间的缝隙侵入内部，导致螺栓锈蚀和污秽。而内部绝缘套和瓷瓶也有由于金属螺栓的热胀冷缩导致损坏。出现上述情况后会出现电流泄漏，从而使底座绝缘电阻显著下降的问题。底座绝缘不良将导致在线监测全电流数值偏低，不能准确监视避雷器的实际运行状态。同时，也极易引起断裂、破损等缺陷，影响避雷器的稳定性。金属氧化锌避雷器的泄漏电流在线测量是评估其非线性电阻片劣化程度的重要指标，开发性能优良的在线监测装置实现对其泄漏电流的监测具有重要的实际意义。

关键词：分体式避雷器;泄漏电流;电流传感器;湿度传感器;监控终端

引言

氧化锌避雷器作为电力系统重要的过电压保护设备，在保护电力系统安全运行上有十分重要的作用，其运行状况将直接影响电力系统的安全运行。MOA由于长期承受工频电压、冲击电压和内部受潮等影响，引起内部ZnO阀片老化、阻性电流增加、功耗增大，导致阀片温度升高，直至发生热崩溃。内部ZnO阀片的老化程度反映了MOA的健康状况。为了及时发现MOA的隐患，需要经常监测其运行状态，MOA老化后内部电阻减小，泄漏电流阻性分量按指数规律极大地增加。因此，准确监测阻性分量电流的变化对于MOA的健康诊断非常重要。

1概述

氧化锌避雷器（以下简称MOA）是一种新型保护器，它具有非常好的非线性伏安特性。在低电压（系统标称电压）作用下，流过避雷器的电流仅为微安级，所以MOA可以不用串联间隙，但由于取消了放电间隙，ZnO阀片将长期直接承受工频电压作用而产生劣化，引起避雷器伏安特性的变化和泄漏电流的增加。在多次释放雷电能量时会造成MOA的劣化和老化，如果不及时处理会引起避雷器爆炸。

我公司多年来一直致力于开展、探索避雷器的带电测试工作，在线监测技术是在运行电压下，采用专用仪器测试电力设备的绝缘参数，它能真实地反映电力设备在运行条件下的绝缘状况，因此有利于检测出内部绝缘缺陷。另一方面带电测试可以不受停电时间限制，随时可以进行测试，其测试结果便于相互比较，并且可以测得较多带电测试数据，从而对设备绝缘可靠地进行统计分析，有效地保证电力设备的安全运行。带电测试工作的数据为今后我公司全面开展实施状态检修工作奠定了坚实的基础。

2现场采集模块

2.1湿度传感器

湿度传感器选用的是DHT12电容型数字传感器，该传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合型传感器。具有体积小、低功耗、使用简单等优点。所采用的电路是带有电容的电容型湿度传感器，其中的湿敏元件可作为敏感元件，且是采用有机高分子材料构成的，是由其独特的吸湿性能和膨润性能而组成的，属水分子亲和力型湿敏元件，当其吸湿后，介电常数会发生很明显的变化，变为高分子电介质，由此可将其做成电容式湿敏元件。同时，该电路是2个时基电路IC1、IC2组成，也就是2个555多谐振荡器构成，与此同时，时基电路IC1以及外围元件构成多谐振器的主要部分，主要作用是产生触发IC2的脉冲，而脉冲发生器是由IC2和电容型湿敏元件及外围元件组成，具有调节脉冲宽度的作用，调节脉冲宽度将会影响湿敏元件的电容值的大小，而电容值的大小又进一步可决定空气中的相对湿度。

2.2电流传感器

在线监测装置中电流传感器选用的是ACS712电流传感器，该传感器是由Allegro公司推出的一种线性电流传感器，该传感器是由铜制电流通路以及霍尔传感器电路构成，该铜制电流通路靠近芯片表面，而另一部分采取精确的低偏置线性电路，具有响应时间快、灵敏度高、噪声低、几乎零误差、绝缘电压高等特点。

线性电流传感器ACS712－20A的器件内置采用线性霍尔传感器电路，且常被应用在电流监测模块电路中，其精确的低偏置能有效输出与检测的交流或直流电流成比例的电压，由于输出电压与电流线性相关，因此，实际检测电路电流约在0～4A范围变动，该传感器的输出电压在2.5～2.9V变化，ΔV=0.4V，而单片机要求检测输入电压为0～5V。由此，为了实现电位的移动以及信号的放大，可将具有一级差分输入比例的运算放大器加入到传感器当中，相应的该运算放大电路图由多种结构构成，如电阻Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6以及运放OP1177等。令电压V1、V2为2.5V，放大倍数采用12.5，可满足相应要求。

3避雷器故障在线监测与决策算法研究

避雷器在线监测与决策算法的关键是对特征信号的处理。由于避雷器运行环境复杂多变，以及缺乏对避雷器状态恶化过程机理的全面认识，对特征信号的理解和运用存在片面性，导致现有的单一信号判据都无法适应而导致误判和漏判。理论研究和现场录波数据表明，阻性电流中含有大量高频分量，如果能提出一种精确的数学模型，从理论上推导阻性电流判据，对在线监测是极为有利的。同时避雷器温度的测量受环境的干扰很大，如果能选择合适的传感器、进行高精度测量，并研究一个合适的数据处理算法对温度信号进行处理，将使在线监测精度大大提高。

A/D精度和速度的提高及DSP芯片技术的成熟，对于特征信号和状态评估的计算将更为有利。而特征信号的测量成为提高状态估计精度的关键因素。采用先进的新型传感器可极大地提高在线监测效率和精度。

单判据阻性电流已无法满足现在的线监测要求，研究多判据监测理论是一个趋势。小波理论、模糊集理论、人工神经网络等数学工具的应用使判据的可靠性和自适应性得到加强。但应用这些先进数学工具的前提是理解特征信号对避雷器状态的作用机理，了解避雷器各种状态条件下的温度、电压、电流特征等。

馈线自动化系统中的通信系统，为研究分布式避雷器在线监测系统提供了物质基础。以前研究的阻性电流信号的单一判据原理都具有局限性，仅对某一特征进行比较分析，只能反映避雷器在某一时期的自身状态。现在，利用分布在馈线上的新型在线监测终端强大的测量和计算功能，可取得多个状态特征;利用监测终端的通信功能，可将计算得到的状态判据上传给控制中心的子站系统，通过子站的分析判断决定避雷器是否需要进行检修。

结语

从改善避雷器底座绝缘性能的角度出发，文中提出了一种分体式避雷器底座泄漏电流在线监测装置，通过增设安全防腐材料，将基础钢座底部增加排水孔，同时在瓷瓶与引下线之间加装绝缘性能良好的硅橡胶垫。采用湿度传感器和霍尔电流传感器实现对避雷器底座绝缘和泄漏电流的在线监测。通过设定一定阈值，当检测到泄漏电流超标时，将传输结果发送至现场监控终端，通过远程无线通信，将检测结果传输给后台监控平台。同时现场监控终端根据检测结果，启动报警装置，可提醒现场维护人员避雷器出现故障，以便能及时维修。

参考文献

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