隨著高速公路的發(fā)展，機(jī)電系統(tǒng)在高速公路運行中發(fā)揮了越來越重要的作用，如聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)、全程監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、隧道供電照明通風(fēng)系統(tǒng)等，這些機(jī)電系統(tǒng)為高速公路的正常、高效、安全的運行提供了保證，因此供電系統(tǒng)必須可靠、安全。

　　【摘 要】高速公路24小時不間斷運行，必須保證供電系統(tǒng)不間斷正常運行，而雷擊對于供電系統(tǒng)的影響是十分巨大的，可能導(dǎo)致供電設(shè)備的損壞甚至整個供電系統(tǒng)的癱瘓，影響高速公路機(jī)電系統(tǒng)的正常運行。因此，為了減少和規(guī)避雷擊危害，在供電設(shè)備中，一般都安裝有避雷器作為過電壓保護(hù)裝置，而避雷器的質(zhì)量和性能也就成為左右供電設(shè)備安全的關(guān)鍵因素。本文結(jié)合無線傳感技術(shù)的特點，分析了其在避雷器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用，對避雷器的運行狀態(tài)進(jìn)行診斷，取得了良好的效果。

　　【關(guān)鍵詞】工程師發(fā)表論文,無線傳感技術(shù),避雷器,狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),運用

　　前言

　　為了保護(hù)供電系統(tǒng)的安全，避雷器得到了廣泛的普及和應(yīng)用，并發(fā)揮了巨大作用。但是，對于避雷器的運行狀態(tài)，并沒有一個完善的監(jiān)測方案，往往都是依靠人工巡檢的方式，存在很大的滯后性，從而在一定程度上影響了其作用的有效發(fā)揮。

　　1 當(dāng)前避雷器監(jiān)測中存在的問題

　　傳統(tǒng)對于避雷器狀態(tài)的監(jiān)測主要是依靠人工巡檢的方法，不僅存在很大的滯后性，而且需要消耗大量的人力物力資源。之后出現(xiàn)了針對避雷器泄露的電流進(jìn)行在線檢測的相關(guān)產(chǎn)品，主要是利用RS-485、CAN組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過光電隔離的方式保證電力系統(tǒng)的安全。但是，這種監(jiān)測方案存在一定的安全問題。避雷器在遭受雷擊時，會承受巨大的雷擊電流，如果采用漏電監(jiān)視器進(jìn)行監(jiān)測，則設(shè)備同樣需要承受這個能量，為了保證設(shè)備的有效性，不可避免地需要布設(shè)專用的線纜，一旦出現(xiàn)問題，可能將雷擊電流引入監(jiān)控室，導(dǎo)致故障影響的擴(kuò)大，造成整個供電系統(tǒng)及其他機(jī)電系統(tǒng)的崩潰，存在巨大的安全風(fēng)險，因此并沒有得到普及。換言之，當(dāng)前對于避雷器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測的產(chǎn)品極少，甚至可以說處于空白期，需要引起電力管理人員的重視。

　　2 無線傳感技術(shù)在避雷器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　2.1 無線傳感技術(shù)的特點

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)，是指通過無線通訊的方式連接起來的，包含多個傳感器，集驅(qū)動控制能力、通信能力以及計算能力于一身的網(wǎng)絡(luò)，利用TDMA突致跳時擴(kuò)頻和跳頻擴(kuò)頻模式結(jié)合的方式實現(xiàn)通訊功能，傳輸基站通過RS-485總線實現(xiàn)與主機(jī)的相互連接。在避雷器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用無線傳感技術(shù)，可以有效解決避雷器泄露電流的監(jiān)測問題。因為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于無線通訊網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的電壓、電流傳感器是通過無線通信與主機(jī)相互連接的，因此并不存在直接的接觸，即使出現(xiàn)故障，也不會對其他設(shè)備造成影響，更不會將雷電電流引入監(jiān)控室，能夠有效避免監(jiān)測過程中的風(fēng)險和故障隱患，確保系統(tǒng)的可靠性。

　　2.2 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理

　　在對避雷器泄露電流進(jìn)行檢測和分析時，需要注意以下幾點：

　　一般情況下流經(jīng)避雷器的電流包含有容性成分IC和阻性成分IR，其中IC注意要是基波，而IR不僅包括基波，同時還含有一定的諧波，這主要是由于金屬氧化物避雷器自身的非線性特性造成的。對于避雷器運行狀態(tài)的判斷依據(jù)，主要是看IR是否在正常的范圍之內(nèi)，而監(jiān)測系統(tǒng)的主要任務(wù)，則是從全電流中提取IR。在正常運行狀態(tài)下，由于IC的值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于IR，因此全電流主要表現(xiàn)為IC。從相位上看，IC超前于IR90°，但是從基波方面看，如果不引入相應(yīng)的外部參考信息，很難將IR分離出來。因此，在對IR進(jìn)行提取時，一般都是根據(jù)其與該項電壓同相位的原理，引入該項引入電壓信號，就可以對IR進(jìn)行準(zhǔn)確提取。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)就是基于上述理論，通過無線基站接收器，將電壓、電流傳感器與現(xiàn)場的測試元件相互連接，電壓傳感器針對各相電壓的過零時間以及各次諧波分量進(jìn)行測量，在電壓過零的同時，在線監(jiān)測設(shè)備對避雷器的泄露電流進(jìn)行測量，與測試元件一起計算阻性電流。同時，系統(tǒng)還提供了一種3次諧波輔助判斷技術(shù)，通過對電壓電流中3次諧波的提取，進(jìn)行對比分析，如果電壓中的3次諧波增加的同時電流3次諧波也同時增加，則屬于正常情況，而如果電壓中3次諧波正常，電流中3次諧波增加，則表明避雷器可能存在故障或問題，系統(tǒng)可以針對當(dāng)前的避雷器運行環(huán)境，顯示出其內(nèi)部閥片的實際情況。

　　2.3 系統(tǒng)設(shè)計

　　系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲與傳輸模塊以及狀態(tài)監(jiān)測展現(xiàn)管理模塊三個主要模塊，涉及多種儀器和設(shè)備，這里分別對其進(jìn)行分析。

　　(1)在線監(jiān)測儀

　　在線監(jiān)測儀要實現(xiàn)對于泄露電流大小的檢測、諧波的分析以及雷擊次數(shù)和強(qiáng)度的采集、現(xiàn)場溫度濕度數(shù)據(jù)的采集等，然后通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，將測量的結(jié)果傳輸給現(xiàn)場處理元件。在線監(jiān)測儀主要有控制器、微電流感應(yīng)圈、控制器等組成，微電流感應(yīng)線圈可以對泄露電流信號進(jìn)行采集，可以感應(yīng)到 1mA以下的泄露電流，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng);控制器則可以通過超低功耗快速傅里葉FFT算法，對泄露電流中的基波和諧波分量進(jìn)行計算和分析。為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以采用多傳感器融合的方法進(jìn)行測量。

　　(2)電壓相位傳感儀

　　主要功能是產(chǎn)生避雷器監(jiān)測單元需要的基準(zhǔn)電壓信號，同時對基準(zhǔn)電壓信號和各電壓等級及各相PT電壓的相位進(jìn)行測量，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將測量結(jié)果傳輸給現(xiàn)場處理元件，為全電流與母線電壓角差的計算提供參考依據(jù)，然后可以計算出容性電流和阻性電流。PT電壓信號可以在母線壓邊的二次側(cè)取得，同樣是采用WSN技術(shù)進(jìn)行傳輸。

　　(3)狀態(tài)監(jiān)測軟件

　　該狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的分析軟件主要分為4個組成部分，根據(jù)各自的功能劃分，包括：

　　①通訊服務(wù)程序，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊的連接;

　�、谠诰�控制程序，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺分析和計算;

　�、踳eb程序，主要提供web信息的發(fā)布和瀏覽功能;

　　④警報程序，針對檢測到的異常狀況進(jìn)行報警。

　　2.4 實踐檢測

　　根據(jù)一組220kV的氧化鋅避雷器的實踐檢測，檢測結(jié)果與實際情況相符，具有良好的檢測精度和可靠性。同時，由于引入了無線傳感技術(shù)，避雷器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化，現(xiàn)場的布置不僅簡單方便，也可以有效避免將雷電流引入監(jiān)控室的風(fēng)險。利用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式，可以節(jié)省大量的人力物力資源，降低了工作人員的勞動強(qiáng)度以及安全風(fēng)險，提高了工作效率。

　　3 結(jié)語

　　總之，在高速公路機(jī)電系統(tǒng)越來越豐富、智能交通越來越發(fā)達(dá)的今天，供電系統(tǒng)的可靠性、安全性越來越重要，做好供電系統(tǒng)的運行維護(hù)工作，確保供電的可靠性和穩(wěn)定性、安全性，是十分重要的。而避雷器作為電力系統(tǒng)中的過電壓保護(hù)裝置，可以保護(hù)供電系統(tǒng)不受雷擊危害的影響。在避雷器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中運用無線傳感技術(shù)，可以提升監(jiān)測的有效性和及時性，提升變電設(shè)備運行的可靠性，對于供電系統(tǒng)的建設(shè)有著非常重要的現(xiàn)實意義和長遠(yuǎn)意義。

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