基于低功耗技术的避雷器在线监测系统软硬件设计

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1、基于低功耗技术的避雷器在线监测系统软硬件设计(1.四川大学电气信息学院四川成都610065；2.国网四川省电力公司资阳供电公司资阳641300)摘要：针对我国电力系统当前广泛使用的传统机电式金属氧化物避雷器，在不改变其电路结构的基础上，设计出一种新型低功耗避雷器在线监测器系统。对比描述了新系统结构的特点，提出并分析了基于低功耗技术的无线通信模块、中央控制单元、软件控制流程以及电源管理模块。以避雷器漏电流作为能量来源，详细计算了各模块的电量消耗，实现了系统的低功耗要求。关键词：金属氧化物避雷器低功耗在线监测系统电源管理1引言智能电网建设是当前电力系统发展的主要方向，它不仅

2、需要发电，配电过程的智能管理，同时也要求对输变电设备的运行状态实现在线监测、在线评价。无间隙金属氧化物避雷器(MOA),作为一种过电压保护设备，以响应快、通流容量大、残压低、结构简单等优点而被广泛使用［1】。通常高压电力线路均通过MOA与大地相连，在长期的工频高压作用下，MOA会发生缓慢老化、绝缘劣化，成为电网的安全隐患，因此需要实时监测其运行状态，及早发现处理安全隐患［2］。当前电网中金属氧化物避雷器监测系统仍然以传统的机电式MOA泄漏电流监测器为主。这种传统的监测器只能监测以容性分量为主的全泄漏电流和MOA动作次数，这些数据只能通过运维人员手工抄录，不能实时传输，而

3、且它无法提取泄漏电流阻性分量，MOA的健康状态只能依靠运维人员用阻性电流检测仪带电检测来获取。这种定期的检测和抄录，不仅耗费大量的人力成木，而且由于检测的频次较低，难以及时、准确判断MOA运行状态变化，致使有的隐患未被及时发现而酿成事故［3］。因此,研究开发安全、准确、易于安装和维护并具有健康状态在线分析、故障主动提醒功能的MOA在线监测系统，是当前MOA状态评价和检修工作的迫切需求［4.5］。本文基于传统的机电式MOA泄漏电流监测器，在不改变它的电路结构基础上，通过新增一个储能电容、电源管理模块，控制器模块、无线发射器，以MOA漏电流为能量来源，采用低功耗技术，实现M

4、OA动作次数、泄漏电流的分析、存储与无线发送。2系统结构2.1传统结构我国电力系统对变电站和输电线路的金属氧化物避雷器最常见的监测手段是安装于MOA根部的传统机电式泄漏电流监测器，系统结构如图1所示，包括绕线电阻、整流桥、动作储能电容、触发电路、电流表、机械式计数器。在正常工作状态下，MOA电阻片成高阻态，漏电流在200µA〜1000µA,指针式电流表显示当前全漏电流。当发生雷击吋，电阻片呈低阻态，雷电流通过它对地释放。图1中的线绕电阻在常态时阻抗很小，在瞬态电流脉冲下具奋较大的感抗，通过调整艿感抗即可调整整流桥在雷击泄放时输出电压。整流输出电流

5、对动作储能电容进行充电，当雷击泄放发生吋，动作储能电容被瞬间充电，当其电压高于24V的阈值，触发电路工作，继而推动电磁继电器动作，雷击计数器进行一次计数。图1传统机电式避雷器检测系统结构2.2新型结构本文提出一种新型低功耗避雷器在线监测器，其系统结构如图2所示,对比图1所示的传统机电式避雷器检测系统，本新型系统保持了原系统的电路结构，在此之上新增了能源储能电容、能源管理模块、穿心式电流互感器、漏电流采样、CPU、LCD显示、无线通信等模块。图中MOA泄漏电流经整流后对能源储能电容充电。由于动作储能电容的电容值很小，其阻值较大，使得直流电流经电流表、电磁继电器后对能源储能

6、电容进行充电。此过程将MOA固冇的泄漏电流转换为设备工作所需电能量。穿心式电流互感器串入MOA主冋路中，用来采集的全漏电流，经电流采样模块处理后输入值CPU,CPU通过傅里叶变换算法分析出漏电流基波及谐波分量大小,通过无线通信模块发送至控制中心，同时为了延续传统的监测器使用惯，机械式计数器动作触发信号被传送至CPU，通过低功耗小尺、j*LCD屏，显示漏电流值以及雷击事件发生次数。图2新型低功耗避雷器监测系统结构本新型在线监测系统具有如下特点：1、未改变传统MOA监测器的结构，根据传统机电式MOA监测器多年的运行经验，新系统不会带来任何不安全的隐患，在MOA主冋路中串入采

7、样互感器、在互感器二次侧接入CPU的数字电路符合Q/GDW540.3规范。2、采用无线通信技术，避免了有线通信安装成本高，检修工作量大、不方便的困难。3、采用特有的低功耗技术，使得监测电路仅仅以漏电流作为能量来源，就可以正常工作，因此系统不需要从电网中取电，避免了电网对监测器的干扰。3低功耗技术硬件实现3.1无线通信采用物联网常用的无线低功耗通讯技术实现的数据传输与同步控制，如图2中无线通信模块。为降低无线通信模块的整体功耗，设计出一种无线通信电路，原理如图3所示。主要由T/R收发切换器，接收LNA、下变频MIX、PGA、ADC,发送上变