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电力物联网中避雷器远程故障监测与维护

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关键词:

摘要：

孙震(1988— ),男,硕士,工程师,主要从事输配电线路运行管理工作,

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1 研究背景

在以计算机、互联网、大数据、云储存、机器人为核心的智能时代,输配电网正面临深刻变革,输配电线路的智能远程控制是未来的发展方向。电力物联网围绕电力系统各环节,充分应用移动互联和人工智能等现代信息技术、先进通信技术,实现电力系统各环节万物互联、人机交互,建立具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。

电力装备是“中国制造2025”十大领域之一,上海市智能电网发展迅速,分布式电源、微电网智能用电、智能变电站、配电自动化、设备状态检测、用电信息采集、智能楼宇、电动汽车充换电站等广泛实现试点,互联网、物联网、通信网与电力系统更加紧密融合,已初步具备构建城市能源互联网的条件。

笔者研究电力物联网中避雷器的远程故障监测与维护,设计一种结构简单、成本低廉的高可靠性无线避雷器在线监测装置,涵盖发、输、变、配、用、调度等各领域,运用云计算、大数据、物联网、5G等现代信息通信技术,与控制技术深度融合,为智能电网提供全生命周期的一体化、专业化避雷信息服务。研究成果首先在上海实施应用,逐步成为上海电网互联网的有机组成部分,然后进一步推广,对实现高效、安全的能源供应具有重要意义,具有广泛的市场前景,社会效益与经济效益显著。

2 存在的问题

现有的避雷器监测装置一般为有线式,与避雷器就近连接在一起,用于监测避雷器的漏电流和遭雷击次数。查看避雷器监测装置监测数据时,需要爬到线上,危险性较高。无线式避雷器监测装置的监测终端一般由单片机、无线收发模块、漏电流采集电路、雷击次数采集电路、供电电源组成,单片机通过无线收发模块将漏电流采集电路和雷击次数采集电路所采集的监测数据发送至监测主机,查看监测数据较为方便。但是,现有的无线式避雷器监测装置需要加装太阳能电池板提供电能,这样不仅提高了监测装置的复杂程度,增大了整体体积,增加了制造成本,而且还降低了可靠性。

3 研究内容

为克服现有技术的不足,笔者设计一种结构简单、成本低廉的高可靠性无线避雷器在线监测装置。这一避雷器在线监测装置由与避雷器串联的整流桥、电源变换电路、单片机、与单片机相连的监测信号采集电路、无线收发模块组成。电源变换电路包括储能电容、开关管组件、高电压检测器和电阻。储能电容并联在整流桥的输出端,端电压经开关管组件和三端稳压器为避雷器在线监测装置供电。储能电容端电压还经过由第一电阻和第二电容组成的积分延时电路,施加至高电压检测器的输入端。拟采用在避雷器内部植入温度、电流传感器和嵌入式芯片的方式,实现对温度、电流等信号的监测。拟采用消息队列遥测传输协议作为通信协议,定义一套完整的信号接口,涵盖温度、电流等检测信号,以及避雷器故障、避雷器短路、避雷器失效、电池电压不足、通信系统故障等故障报警信号。

4 理论依据

避雷器泄漏电流指在正常额定电压下,避雷器工作时所流过的电流。一般而言,在正常的工作状态下,可以将避雷器看作绝缘体,不存在过电压时,避雷器泄漏电流非常小,不会大于1 mA。随着避雷器长时间工作,受外界因素影响,避雷器内部阀片的性能会有所降低,此时避雷器泄漏电流就会变大。避雷器泄漏电流在一定程度上反映了避雷器的绝缘程度,是在运行状态下判断避雷器性能的一个极为重要的指标。

笔者依托泛载物联网结构来布置和连接线路避雷器,依照基本雷电防护原理,满足信息化、智能化防雷需求,设计无线避雷器在线监测装置,构建具有实时监测、远程监测、雷击记录、灾害预警等功能的综合信息化智能防雷系统,实现从防护到预警,从巡检到自检的全新雷电防护模式。

在研究中,依靠智能监测技术、物联网信号传输技术,实现对大面积避雷器工作状态和雷击次数的监测。在感知层,传感器实时检测避雷器阀片温度、泄漏电流及动作次数。北斗卫星定位系统用于定位故障点。在传输层,应用物联网实现感知层与后台服务层的实时信息传送。

5 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0～50 mA,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1～5 A。电流互感器感应到导线上的大电流,即可记录雷击次数。

文章来源：《电瓷避雷器》网址: http://www.dcblqzz.cn/qikandaodu/2021/0611/525.html