基于雷击能量估计方法的氧化锌避雷器在线失效预警装置设计

尹程臣 肖继云

摘  要：由于氧化锌避雷器能够通过对过电压的限制来保护设备，因此被广泛的应用到了电力系统中。在露天长期处于高压运行状态下的氧化锌避雷器，更易出现失效和动作的错误，进而对其他电气设备构成威胁，使其运行无法得到安全的保证。因此，本文通过对雷击能量的估算，对在线氧化锌避雷器实效预警装置进行了设计，以供参考。

关键词：雷击能量;估计方法;氧化锌避雷器;预警装置

目前，在定期对氧化锌避雷器进行检查和维护的过程中，主要是以离线方式为主，通过对专用仪器的操作，来检测氧化锌避雷器是否有着良好的性能。此类方法不仅对劳动量有着较大的需求，并且也缺乏科学的规则来对安装使用时间进行检查。

一、雷击能量估算

针对雷击脉冲来说，对其的捕获和能量估算，其相关原理可以通过对RC回路的采用来进行比拟说明，在发生雷击的时候，如果能量E（1）公式能够表示二次线圈在互感器中的电流脉冲用能量，那么采用电容对雷击脉冲能量的捕获，能够得知其在内电场中的电压为 （2）;在经过脉冲后，能量按照公式（3）的形式泄放电流，然后通过对该泄放电流的检测，采用公式（4）能够实现对脉冲能量的估算[1]。

由于一次、二次这两个线圈在互感器中是线性电流关系，通过对式（4）结果的计算能够得知，该结果与氧化锌避雷器能够承受的实际雷击能量之间为当量关系。根据这一当量关系能够在试验台上进行离线雷击实验，通过对某一失效避雷器的雷击效应的统计，以及对回归计算法的采用，能够获取到在线预警所需的阈值。

二、在线预警装置的设计

（一）工作原理

在线监测对防雷装置的应用有着如下应用情况和工作原理：在线监测系统在防雷装置中的应用，通过对防雷模块和接地电阻的设计，能够实现对相关数据的监测，主机系统在现场通过有线或无线网络能够获取到此类数据;防雷模块监测仪通过对浪涌的实时监测，能够了解到雷击是否对避雷器造成劣化，能够作为依据，对使避雷器装置性能进行更加可靠的检测，远程监测记录仪所获取到的数据是由无线或有线网络所传送的;接地电阻监测仪所获取到的接地电阻值，通过对无线网络或有线网络的采用，能够向远程监测记录仪输送相关数据[2]。

（二）系统构成及运行

远程监测记录仪中涉及到了I2RAM片外存储器电路、供电采集电路以及开关电源电路等构件，其对微控制器这一主控制器的采用，在速度、抗干扰能力以及功能等方面有着一定的优势，主控制器在远程监测记录仪中通过电路与雷电数据采集系统的连接，能够实现对雷电数据的采集，然后远程监测记录仪通过总线对此类数据的获取，能够由主控制器实现对其的处理;主控制器在远程监测记录仪中通过电路与接地的连接，能够实现对接地电阻的判断，然后光耦隔离能够向远程监测记录仪中输送此类比较电路，再由主控制器对其进行处理;用于监测避雷器模块的电路在连接主控制器后，能够将状态信号从避雷器中传送到远程监测记录仪中，再由主控制器对其进行处理;主控制器在远程监测记录仪中通过电路与I2RAM片外存储器的连接，能夠实现对原始的系统数据和原始的雷电数据的存储，以此来避免数据在停电时的丢失;主控制器、开关电源在远程监测记录仪中通过电路与指示灯进行连接;主控制器通过电路与温度采集系统与远程监测记录仪的连接，能过实现对周围温度数据的采集，然后由总线向主控制器输送此类数据;主控制器中通过电路与时钟的连接、与U盘数据采集系统和远程监测记录仪的连接，能够由U盘实现对各项当前数据的采集记录;主控制器在远程监测记录仪中通过对电路与温度采集系统的连接，能够由各个开关来实现对记录仪的控制;通过RS-485通信电路能够实现与现场部分系统和记录仪的通信;记录仪前所显示的是液晶显示电路面板;通过开关电源模块能够使系统中所获取到的电压由交流转变为多路直流。

（三）在线预警装置电源设计

由于雷电发生时电网中存在着过电压，并且所收到的电磁干扰较为复杂和强大，通常来说，引入电压源型电流会导致测量时出现较大的噪音，所以，对电源进行合理的设计，能够通过对电流互感器的利用，能够使电源转变为电流源型。通过电流互感器的采用能够实现对直流电源的供应，此外，还将铁磁谐振交流稳压器应用到了变电站操作电源中。由于稳压器的交流需要电感电磁谐振器，因此导致电源有着较大的体积和重量，所以，在线装置中对微功率电子的应用并不适合。为了实现对以上问题的解决，在预警装置中对单个全电子器件进行了设计，并在稳压电路中进行了并联[3]。稳压电路中通过与该电子元件的并联，能够与铁磁谐振稳压器实现对直流稳压的等效输出。为了使供电能够具有可靠性，在两路输出端并联设计了两个完全相同的互感器和稳压电路。并联电路的稳压原理为，通过R1、R2对检测支路的构成，当电压在负载侧比设定的阈值更低时，断开开关，能够使供电电流流向负载侧;如果负载侧出现了比设定的阈值更高的阈值时，通过对开关的导通，能够使电源侧断路的电流源实现对闭合回路的形成[4]。

结束语：

本文对氧化锌避雷器在受到雷击时所能承受的能量进行了估算和检测，当雷击能量累计到特定值时，则可以判定避雷器即将失效，为了实现对在线失效的预警，特对这一在线失效预警装置进行了设计。

参考文献

[1]  王恩国，苏成志，李振辉. 避雷装置失效实时监测系统[J]. 现代建筑电气，2015（08）：22-25.

[2]  杨庆林. 基于雷击能量估计方法的氧化锌避雷器在线失效预警装置设计[J]. 山东工业技术，2015，000（012）：210-210.

[3]  赵煜，吕庆升，崔兴，等. 变电站避雷器在线监测仪故障分析及整改措施[J]. 中国设备工程，2019，000（010）：39-40.

[4]  郝致远. 基于LabVIEW的氧化锌避雷器在线监测系统的研究与设计[D]. 山东大学，2011.