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无线传感技术在公路机电系统避雷器状态监测中的应用 【摘 要】高速公路24小时不间断运行，必须保证供电系统不间断正常运行，而雷击对于供电系统的影响是十分巨大的，可能导致供电设备的损坏甚至整个供电系统的瘫痪，影响高速公路机电系统的正常运行。因此，为了减少和规避雷击危害，在供电设备中，一般都安装有避雷器作为过电压保护装置，而避雷器的质量和性能也就成为左右供电设备安全的关键因素。本文结合无线传感技术的特点，分析了其在避雷器状态监测系统中的应用，对避雷器的运行状态进行诊断，取得了良好的效果。 【关键词】无线传感技术；避雷器；状态监测系统；运用 前言 随着高速公路的发展，机电系统在高速公路运行中发挥了越来越重要的作用，如联网收费系统、全程监控系统、通信系统、隧道供电照明通风系统等，这些机电系统为高速公路的正常、高效、安全的运行提供了保证，因此供电系统必须可靠、安全。为了保护供电系统的安全，避雷器得到了广泛的普及和应用，并发挥了巨大作用。但是，对于避雷器的运行状态，并没有一个完善的监测方案，往往都是依靠人工巡检的方式，存在很大的滞后性，从而在一定程度上影响了其作用的有效发挥。 1 当前避雷器监测中存在的问题 传统对于避雷器状态的监测主要是依靠人工巡检的方法，不仅存在很大的滞后性，而且需要消耗大量的人力物力资源。之后出现了针对避雷器泄露的电流进行在线检测的相关产品，主要是利用RS-485、CAN组成监控网络，通过光电隔离的方式保证电力系统的安全。但是，这种监测方案存在一定的安全问题。避雷器在遭受雷击时，会承受巨大的雷击电流，如果采用漏电监视器进行监测，则设备同样需要承受这个能量，为了保证设备的有效性，不可避免地需要布设专用的线缆，一旦出现问题，可能将雷击电流引入监控室，导致故障影响的扩大，造成整个供电系统及其他机电系统的崩溃，存在巨大的安全风险，因此并没有得到普及。换言之，当前对于避雷器状态进行监测的产品极少，甚至可以说处于空白期，需要引起电力管理人员的重视。 2 无线传感技术在避雷器状态监测系统中的应用 2.1 无线传感技术的特点 无线传感器网络（WSN），是指通过无线通讯的方式连接起来的，包含多个传感器，集驱动控制能力、通信能力以及计算能力于一身的网络，利用TDMA突致跳时扩频和跳频扩频模式结合的方式实现通讯功能，传输基站通过RS-485总线实现与主机的相互连接。在避雷器状态监测系统中应用无线传感技术，可以有效解决避雷器泄露电流的监测问题。因为无线传感器网络属于无线通讯网络，网络中的电压、电流传感器是通过无线通信与主机相互连接的，因此并不存在直接的接触，即使出现故障，也不会对其他设备造成影响，更不会将雷电电流引入监控室，能够有效避免监测过程中的风险和故障隐患，确保系统的可靠性。 2.2 状态监测系统的工作原理 在对避雷器泄露电流进行检测和分析时，需要注意以下几点： 一般情况下流经避雷器的电流包含有容性成分IC和阻性成分IR，其中IC注意要是基波，而IR不仅包括基波，同时还含有一定的谐波，这主要是由于金属氧化物避雷器自身的非线性特性造成的。对于避雷器运行状态的判断依据，主要是看IR是否在正常的范围之内，而监测系统的主要任务，则是从全电流中提取IR。在正常运行状态下，由于IC的值要远远大于IR，因此全电流主要表现为IC。从相位上看，IC超前于IR90°，但是从基波方面看，如果不引入相应的外部参考信息，很难将IR分离出来。因此，在对IR进行提取时，一般都是根据其与该项电压同相位的原理，引入该项引入电压信号，就可以对IR进行准确提取。状态监测系统就是基于上述理论，通过无线基站接收器，将电压、电流传感器与现场的测试元件相互连接，电压传感器针对各相电压的过零时间以及各次谐波分量进行测量，在电压过零的同时，在线监测设备对避雷器的泄露电流进行测量，与测试元件一起计算阻性电流。同时，系统还提供了一种3次谐波辅助判断技术，通过对电压电流中3次谐波的提取，进行对比分析，如果电压中的3次谐波增加的同时电流3次谐波也同时增加，则属于正常情况，而如果电压中3次谐波正常，电流中3次谐波增加，则表明避雷器可能存在故障或问题，系统可以针对当前的避雷器运行环境，显示出其内部阀片的实际情况。 2.3 系统设计 系统分为数据采集模块、数据存储与传输模块以及状态监测展现管理模块三个主要模块，涉及多种仪器和设备，这里分别对其进行分析。 （1）在线监测仪 在线监测仪要实现对于泄露电流大小的检测、谐波的分析以及雷击次数和强度的采集、现场温度湿度数据的采集等，然后通过无线传感器网络，实现数据的无线传输，将测量的结果传输给现场处理元件。在线监测仪主要有控制器、微电流感应圈、控制器等组成，微电流感应线圈可以对泄露电流信号进行采集，可以感应到1mA以下的泄露电流，灵敏度高，抗干扰能力强；控制器