配电网避雷器状态监测装置的研究与实现 CNR217-090

项目背景

某供电局配网部在运氧化锌避雷器约3，200只，分布在1,100个台区和杆塔上。传统巡检方式每年雷雨季节前由班组人员携带便携式泄漏电流测试仪逐只登杆或使用绝缘操作杆检测——两人一组，读取全电流和阻性电流值后记录在纸质表格中。一轮全量检测耗时约3个月，巡检周期远长于避雷器受潮劣化的发展窗口（绝缘劣化可能在2至4周内急剧恶化）。2023年曾发生1起避雷器在巡检后2个月因受潮劣化而爆炸的事件，导致10kV线路跳闸停电6小时。此外，避雷器过电压动作次数——判断剩余寿命的关键数据——传统巡检方法无法获取，维护策略被迫采用最保守的定期更换（6至8年）。

存在问题

一是巡检周期过长——1年1轮远大于避雷器受潮劣化窗口（2至4周），无法及时发现劣化趋势。二是人工检测受现场电磁干扰影响严重——便携测试仪阻性电流读数波动±15%，劣化初期的微小增量（<0.1mA）容易被误判为"正常"。三是无动作次数记录——过电压动作次数是判断避雷器剩余寿命的不可替代数据，传统巡检无法获取。四是数据无连续性——每年仅1个数据点，无法绘制劣化趋势曲线，更换决策缺乏科学依据。五是3，200只避雷器分布范围广（约1,100个台区），巡检人力成本高、登杆作业风险大。

创新目标

三项目标：一、研发在线监测装置，实现避雷器泄漏电流24小时连续采集和4G远程上传，将巡检周期从1年缩至15分钟；二、将劣化告警从年度巡检发现改为温度/电流超阈值实时推送，单装置成本≤300元以支持规模化部署；三、实现动作次数自动记录和劣化趋势曲线绘制。

技术方案

装置由电流采集模块和通信模块构成。采集模块采用坡莫合金磁环式精密电流互感器（匝比1:200），套在避雷器接地引下线上，量程0.1至50mA，分辨率0.01mA，频率响应50Hz至5kHz（覆盖泄漏电流基波和3至5次谐波）。通过硬件同步采样方法分离阻性电流分量——利用PT二次侧电压信号与泄漏电流信号的相位差计算功率因数角，分离阻性电流Ir=I×cosφ。采集周期为15分钟，数据经Cat.1物联网4G模块上传至云平台。装置由1节3.6V/19Ah锂亚硫酰氯电池供电，15分钟采样周期下日均功耗约1.5mAh，设计续航5年（电池可用容量约16.5Ah，安全系数约1.3）。云平台按避雷器编号存储时间序列数据，每只避雷器生成独立的劣化趋势曲线。设定两级告警：黄色预警——阻性电流增量超过初始值的50%；红色告警——全电流增量超过100%或阻性电流超过初始值的200%。

创新亮点

一是从1年1检变为15分钟1检，时间分辨率提升约35,000倍。阻性电流在4至8周内从0.02mA逐渐升至0.11至0.18mA的渐变过程被完整记录和预警，而非在巡检时才首次发现。二是硬件同步采样计算替代FFT软件算法，功耗和硬件成本均降低约70%，单装置硬件成本约220元。三是每只避雷器12个月的连续趋势曲线辅助判断劣化速度，从定期更换转向状态检修提供了可靠的量化依据。四是4G低功耗物联网技术使3,200只的大规模部署成为可能。

落地应用效果

装置于2024年10月在雷击高发区的150只避雷器上试点安装。至2025年10月平台累计产生约512万条监测数据，成功预警12只避雷器的异常劣化趋势（阻性电流在4至8周内从0.02mA逐渐升至0.11至0.18mA），经停电拆回试验证实其中11只绝缘电阻已低于100MΩ（劣化标准），及时安排了更换。试点线路在2025年雷雨季节未发生因避雷器故障导致的线路跳闸，对比同期未安装装置的线路发生2起避雷器故障。该成果为避雷器从固定年限更换转向按状态检修提供了验证案例。

产出物：避雷器在线监测装置150套、云监测平台1套（含趋势分析、阈值告警和数据导出功能）、安装和调试手册1份、劣化趋势判定标准1份。

适用场景：10kV和35kV配电网氧化锌避雷器的在线状态监测，尤其适用于雷击高发区、沿海高湿区和工业污染区等避雷器劣化速度快的场景，可扩展至变电站避雷器的在线监测。

⚠️ 安全提示：CT安装须在避雷器停电并挂接地线后进行，磁环与接地引下线之间须保持绝缘间隙≥10mm；装置外壳为室外型IP65防护等级，须确保防水接头旋紧并检查密封圈完好；更换电池操作须停电执行，禁止在线开盖；告警阈值须根据每只避雷器的初始阻性电流值单独设定。