胡伟伟，贺 强，姜 坤，霍稳静，李 胜
（南阳金牛电气有限公司，河南 南阳 474750）
氧化锌避雷器是电力系统中不可缺少的重要组成部分，在不同的行业得到了广泛的应用[1]。随着我国电力需求的不断增大，对于氧化锌避雷器的运行性能也提出了更高的要求。在实际运行过程中，使用年限、内部结构性能以及安装方式等都会直接影响到氧化锌避雷器的使用寿命。当前我国部分电力企业在对避雷器进行检修时仅通过简单的巡视进行例行检修，这种方式存在一定的安全隐患[2]。针对避雷器中存在的问题设计实时监测系统，利用低耗能的远距离无线电（Long Range Radio，LoRa）通信技术及时发现避雷器运行时出现的各种事故，从而延长避雷器的使用寿命，减少漏电事故的发生，具有较好的实际应用意义[3,4]。
氧化锌避雷器运行状态实时监测系统主要由避雷器运行状态监测终端、中继网关、后台数据中心以及远程监控平台构成，如图1所示。
图1 实时监测系统构成
（1）避雷器运行状态监测终端。针对避雷器运行过程中出现的泄漏电流、雷击电流以及原始信号采集等进行优化处理，经平台统一处理后将对应的数据传输到中继网关终端。
（2）中继网关。利用中继网关对相应区域内终端检测到的数据进行统一接收和处理，将处理好的数据直接发送至远程控制中心，供后台统一化管理。
（3）后台数据中心。后台数据中心主要进行数据接收和处理，将收集到的数据传输至远程监控平台读取。
（4）远程监控平台。通过远程监控平台实现避雷器运行中产生数据的显示、查询以及整理，技术人员可以直接通过该平台对避雷器运行中产生的各项数据进行远程操控，以便在第一时间制定出针对性的处理措施[5]。
2.1 泄漏电流检测
避雷器的使用对于电力行业而言具有非常重要的意义，将其应用在电力系统中有助于避免和减少因雷击造成的系统故障。避雷器能够直接将大电压分散至大地，从而确保电力系统及相关设备不受影响。氧化锌避雷器主要由氧化锌阀片、压力释放装置和瓷套构成。
流经氧化锌避雷器的总电流由阻性分量和容性分量合成，最终产生的主要是无功功率，借助无功功率能够间接性分析出整个运行系统在运行过程中出现氧化锌阀片发热的主要原因，有助于技术人员及时采取针对性的处理措施。同时，产生有功功率导致氧化锌阀片发热的主要是阻性电流中的基波分量，只要能检测到总泄漏电流中的阻性电流基波分量，就能判断氧化锌阀片的性能是否良好。
2.2 雷击电流检测
利用雷电流流过防雷设备泄流通道时会在其周围空间产生变化磁场的原理进行感应监测，从而实现雷击电流的间接测量，以便技术人员能够检测雷击电流[6]。当电流通过时，周围的空间会产生一定的磁场，雷击电流经过后磁场的感应强度会增强，借助这种方式还能分析产生的雷电流大小。
3.1 避雷器状态监测终端
避雷器状态监测终端主要由电池供电单元、信号采集单元、信号AD转换单元、电源电压采集单元、实时时钟单元、LoRa通信单元、串口通信接口单元以及微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）构成，对于整个系统的运行有较大的帮助。
3.2 中继网关
本设计中，中继网关主要由太阳能供电单元、LoRa通信单元以及4G通信单元等组成。
3.3 远程监控平台
远程监控平台主要是对系统中产生的数据进行远程监控的一个重要平台，能够实现数据实时监控和后续统计和分析，为技术人员制定防雷措施提供支撑。
4.1 避雷器状态监测终端驱动程序
本设计中避雷器状态监测终端驱动程序主要由泄露电流采集软件驱动、累计电流采集软件驱动、电源电压采集软件驱动、LoRa通信软件驱动、串口通信软件驱动、内存EEPROM软件驱动、实时时钟软件驱动以及程序远程更新软件驱动构成，具体功能如下。
泄漏电流采集软件驱动具有远程监控数据的功能，维修人员在实际检修过程中能够直接结合监控数据的变化情况采取针对性的应对措施，同时还能直接对驱动芯片中的数据进行采集。
通过雷击电流采集软件驱动能够直接唤醒处于睡眠模式的中央处理器（Central Processing Unit，CPU），采集和统计雷击数据，最终将采集到的数据直接传输到中继网关，以便技术人员能够在第一时间采取针对性的处理措施[7]。
电源电压采集软件驱动能够向单片机内部模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC）下发指令，采集雷击电流值。
相较于中继网关的整体系统运行而言，LoRa通信软件驱动本身具有上传指令和下达指令的功能，能够对产生的各项数据进行分析。
串口通信软件驱动能够直接对监测到的数据进行重新配置，还能实现打印数据的功能[8]。
内存EEPROM软件驱动能够实现对数据的监测和配置，为用户提供便利。
实时时钟软件驱动能够为技术人员的检修和相关的信号唤醒等提供信号支撑，帮助其快速开展工作。
技术人员直接通过程序远程更新软件驱动进行最终的操控工作和升级更新，从而达到自动化的操控标准[9,10]。
4.2 避雷器运行状态实时监测终端控制方法
结合实时监测要求，笔者设计了避雷器在运行过程中监测终端的控制方式，具体流程如图2所示。
图2 避雷器运行状态实时监测终端控制流程
该监测终端在实际运行过程中可以直接获取漏电流值和对应的电压值等，且检测获取的时间较短，通过对通信数据进行解析，判断是否为有效指令。系统将监测获得的数据等直接上传至中继网关中，有助于监测工作的高效进行。在运行过程中，针对外部中断环节产生的泄漏电流值、供电电压、雷电流值进行累计计数，将累计后的数据上传至中继网关，降低失误率。
通过分析氧化锌避雷器使用的各种在线监测技术、雷电流在线监测技术以及互联网技术，提出了一种架空输电线路氧化锌避雷器运行状态实时监测系统。通过分析不同状态下避雷器运行过程中产生的泄漏电流、雷电流信号等，有助于工作人员第一时间了解避雷器的运行情况和老化情况，从而采取针对性的维修措施，减少漏电和爆炸事故的发生，提高避雷器的运行安全性，对于保障我国用电安全有一定的积极作用。
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