CN104198863A - 基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置及监测方法，包括开口式电流互感器、安装支架和监测主机，所述的开口式电流互感器和监测主机分别安装在安装支架两端，所述的开口式电流互感器套设在避雷器上，并与监测主机通讯连接；所述的开口式电流互感器实时采集避雷器上的全电流信息并实时传输给监测主机，监测主机分析后得到阻性电流峰值，并与设定的阈值进行比较，若超过，进行报警。与现有技术相比，本发明具有有效的解决了避雷器的实时在线监测，并且真正有效的解决了困扰带避雷器在线监测装置的电安装问题。

Description

基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及一种避雷器监测装置，尤其是涉及一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置及监测方法。

背景技术

避雷器作为变电站中必备的电力设备，其应用的广泛程度几无取代，成为变电设备的主要电气设备之一，主要作用在于对变电站的其他电力设备进行过电压保护，防止雷击，对电力设备安全运行起着很大的保护作用。避雷器自身的好坏或者性能衰减直接影响被保护设备的安全可靠性，避雷器如果长期受潮或者阀片老化都会导致阻性电流增大，而阻性电力过大则会发热，持续的发热则会破坏或者损坏避雷器。为了实时了解避雷器是否正常工作及其损坏趋向，需要专门的设备对其进行监测。目前已有多种不同技术路线的同类产品，大多都是通过母线电压参考值的方法分析其总电力、容性电力、阻性电流来判断实时判断其工作状态，主要的问题在于：真正导致发热的阻性电流计算不准，同时装置的安装必须停电(高等级变电站每年停电时间非常有限)。而本发明从计算模型和结构设计上实质性的解决了上述问题不仅大幅度的提高了阻性电流的监测精度，同时有效的解决了带电安装的问题，从而减少了安装时间，增强了设备的可靠性和准确性，极大的避免了人力、时间、成本上的浪费。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置及监测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置，其特征在于，包括开口式电流互感器、安装支架和监测主机，所述的开口式电流互感器和监测主机分别安装在安装支架两端，所述的开口式电流互感器套设在避雷器上，并与监测主机通讯连接；

所述的开口式电流互感器实时采集避雷器上的全电流信息并实时传输给监测主机，监测主机分析后得到阻性电流峰值，并与设定的阈值进行比较，若超过，进行报警。

所述的开口式电流互感器包括第一圆弧形组件和第二圆弧组件，所述的第一圆弧形组件一端和第二圆弧组件一端分别与安装支架转动连接，在开口式电流互感器闭合时，所述的第一圆弧形组件另一端和第二圆弧组件另一端连接。

所述的第一圆弧形组件另一端呈凸形结构，所述的第二圆弧形组件另一端呈凹形结构，当开口式电流互感器闭合时，所述的第一圆弧形组件凸块插入第二圆弧形组件的凹槽内。

所述的第一圆弧形组件凸块上设有通孔，所述的第二圆弧形组件凹槽的两边上设有与凸块通孔对应的通孔。

所述的监测主机包括壳体以及安装在壳体内的印刷电路板，所述的壳体与安装支架连接。

所述的印刷电路板包括CPU电路、以及分别与CPU电路连接的存储电路、无线通讯电路、输入接口和报警电路，所述的输入接口与开口式电流互感器连接，所述的无线通讯电路与远程终端连接。

一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)开口式电流互感器采集避雷器上的全电流信息并实时传输给监测主机；

2)监测主机采样一个周期的全电流；

3)将半个周期内的极值点作为容性电流极值点；

4)以该容性电流极值点为基准模拟一个容性电流；

5)将全电流减去该模拟的容性电流的达到阻性电流的波形；

6)判断阻性电流和容性电流的峰值是否满足以下公式，若满足，执行步骤7)，否则发挥步骤2)

iX＝iC+iR，其中iX为全电流，iC为容性电流，iR为阻性电流

7)以阻性电流极值时刻为基准，确定电压参考极值点；

8)在全电流的波形上的对应点的采样值为阻性电流峰值。

所述的模拟的容性电流波形为标准的正弦波波形。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)不用拆卸和改装，首次降低了工作的复杂程度，同时也避免了电压相序的调整，更重要的是可以进行带电作业，这样将及简化了工程安装同时也避免了因为施工原因影响数据的准确性。

2)有效的解决了避雷器的实时在线监测，并且真正有效的解决了困扰带避雷器在线监测装置的电安装问题。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为避雷器等效电路图；

图4为泄露全电流矢量图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置，包括开口式电流互感器1、安装支架2和监测主机3，所述的开口式电流互感器1和监测主机3分别安装在安装支架2两端，所述的开口式电流互感器1套设在避雷器4上，并与监测主机3通讯连接；所述的开口式电流互感器1实时采集避雷器4上的全电流信息并实时传输给监测主机3，监测主机3分析后得到阻性电流峰值，并与设定的阈值进行比较，若超过，进行报警。

所述的开口式电流互感器1包括第一圆弧形组件11和第二圆弧组件12，所述的第一圆弧形组件11一端和第二圆弧组件12一端分别与安装支架2转动连接，在开口式电流互感器闭合时，所述的第一圆弧形组件11另一端和第二圆弧组件12另一端连接。

所述的第一圆弧形组件11另一端呈凸形结构，所述的第二圆弧形组件12另一端呈凹形结构，当开口式电流互感器闭合时，所述的第一圆弧形组件凸块插入第二圆弧形组件的凹槽内。所述的第一圆弧形组件11凸块上设有通孔，所述的第二圆弧形组件12凹槽的两边上设有与凸块通孔对应的通孔。

所述的监测主机3包括壳体以及安装在壳体内的印刷电路板，所述的壳体与安装支架连接。所述的印刷电路板包括CPU电路、以及分别与CPU电路连接的存储电路、无线通讯电路、输入接口和报警电路，所述的输入接口与开口式电流互感器连接，所述的无线通讯电路与远程终端连接。

如图2所示，本发明的监测方法，包括以下步骤：

1)开口式电流互感器采集避雷器上的全电流信息并实时传输给监测主机；

2)监测主机采样一个周期的全电流；

3)将半个周期内的极值点作为容性电流极值点；

4)以该容性电流极值点为基准模拟一个容性电流；

5)将全电流减去该模拟的容性电流的达到阻性电流的波形；

6)判断阻性电流和容性电流的峰值是否满足以下公式，若满足，执行步骤7)，否则发挥步骤2)

iX＝iC+iR，其中iX为全电流，iC为容性电流，iR为阻性电流

7)以阻性电流极值时刻为基准，确定电压参考极值点；

8)在全电流的波形上的对应点的采样值为阻性电流峰值。

所述的模拟的容性电流波形为标准的正弦波波形。

本发明的原理分析如下：

氧化锌避雷器在线监视的是其运行状态下的泄漏电流。称之为泄漏全电流(简称全电流)iX。氧化锌避雷器等效于一个电容和一个非线性电阻的并联，流过电容的电流称之为容性泄漏电流(简称容性电流)iC，流过非线性电阻的电流称之为阻性泄漏电流(简称阻性电流)iR。图3为避雷器等效电路图，图4为泄漏电流矢量图。

由于测量只能得到避雷器的全电流，所以较传统的避雷器监视仪普遍监视全电流有效值。但全电流不足以彻底明确的反映避雷器内部绝缘性能。

在全电流中，占主导地位的是容性电流，阻性电流只占泄漏全电流的5～20％。容性电流取决于金属氧化物的介电常数，杂散电容和的内部均压电容。

阻性泄漏电流是避雷器运行状态的集中反映：

正常运行电压状态下一般阻性电流占全电流的比例不会超过5～20％，阻性泄漏电流远远小于容性泄漏电流，所以阻性分量即使增加一倍，全电流的变化不会超过5.0％。

阻性电流的极大变化才能引起全电流的变化。阻性电流是金属氧化物避雷器伏安特性曲线的最直接反应。也是避雷器内在绝缘状态的直接反应。

避雷器在运行中由于内部元件发生劣化，引起阻性电流的增加，造成有功损失不断加大，一定程度后会导至避雷器的热崩溃，若不能迅速将不正常的避雷器及时退出运行，很可能在一段时间内(几月、天或数小时)发生爆炸，引发大面积电力事故。

基于上述的原因，国内外众多厂家开始研制带有阻性电流测量的在线监视仪。但由于受到多方面条件的限制，目前为止在线监测避雷器阻性泄漏电流的产品较少，好的产品就更少，并且大多数集中受困以下技术瓶颈难于突破：

缺乏有效的高压测量手段，无法达到监视仪的安全等级和抗干扰要求。

缺乏全新的测量和计算方法，无法提高监视仪的测量精度和稳定度。

总体上由于传统的阻性电流测量方法存在缺陷，没有形成高性价比的产品。

二分量成份分析法：

避雷器泄漏电流有两分量叠加合成，分别是超前电压90°的线性容性电流和非线性阻性电流分量。表达式如下：

iX＝iC+iR

全电流有iX由容性电流iC和的阻性电流iR叠加而成。容性电流iC由于是线性函数，因此同电压波形一样是正弦波形，只是相位超前90°。

阻性电流iR由于是非线性函数，因此不再是正弦波形，而是同电压波形同相位同频，幅值大小取决于避雷器伏安特性的一个脉冲波形。其最大值与电压最大值出现在同一时刻。

(1)测量所得的全电流iX是由容性电流iC和阻性电流iR叠加而成。其关系为：

iX＝iC+iR

(2)容性电流的正弦波形可以唯一确定，其频率为工频50Hz，相位超前阻性电流的非正弦波形90°，幅值满足上述公式，有避雷器的等效电容唯一确定。

(3)阻性电流的非正弦波形可以唯一确定，其频率为工频50Hz，相位落后容性电流的正弦波形90°幅值满足上述公式，有避雷器的伏安特性唯一确定。

(4)容性电流的正弦波形的最大值超前阻性电流的非正弦波形的最大值1/4周期，确定了阻性电流的非正弦波形的最大值，相当于电压的最大值时刻，相当于找到了电压参考点，可以在全电流波形上直接找到需要的阻性泄漏电流峰值。

避雷器在线监视装置的安装主要分为仪表就位安装、信号线安装和接地线安装。由于现场安装的可操作条件有限，信号线安装中额外增加电压信号的接线安装是额外增加了该工程实施的复杂程度，同时还需要对电压的相序进行调整，这样工作的技术难度也额外增加了。一旦出现母线相序的变化，将会产生大量的重复工作，而且无论是敞开式的避雷器还是开关柜或GIS内的避雷器，其留给监视仪的空间都是有限的，基本不会超过130×130×100mm的空间内，其次需要拆卸改装避雷器的接地铜牌。首先对于等级较高的变电站，停电的时间非常有限，其次在这样的狭小空间内施工，操作也非常的不方便。

本发明的设计首先不用拆卸和改装，首次降低了工作的复杂程度，同时也避免了电压相序的调整，更重要的是可以进行带电作业，这样将及简化了工程安装同时也避免了因为施工原因影响数据的准确性。

Claims (8)

1.一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置，其特征在于，包括开口式电流互感器、安装支架和监测主机，所述的开口式电流互感器和监测主机分别安装在安装支架两端，所述的开口式电流互感器套设在避雷器上，并与监测主机通讯连接；

所述的开口式电流互感器实时采集避雷器上的全电流信息并实时传输给监测主机，监测主机分析后得到阻性电流峰值，并与设定的阈值进行比较，若超过，进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置，其特征在于，所述的开口式电流互感器包括第一圆弧形组件和第二圆弧组件，所述的第一圆弧形组件一端和第二圆弧组件一端分别与安装支架转动连接，在开口式电流互感器闭合时，所述的第一圆弧形组件另一端和第二圆弧组件另一端连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置，其特征在于，所述的第一圆弧形组件另一端呈凸形结构，所述的第二圆弧形组件另一端呈凹形结构，当开口式电流互感器闭合时，所述的第一圆弧形组件凸块插入第二圆弧形组件的凹槽内。

4.根据权利要求3所述的一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置，其特征在于，所述的第一圆弧形组件凸块上设有通孔，所述的第二圆弧形组件凹槽的两边上设有与凸块通孔对应的通孔。

5.根据权利要求1所述的一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置，其特征在于，所述的监测主机包括壳体以及安装在壳体内的印刷电路板，所述的壳体与安装支架连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置，其特征在于，所述的印刷电路板包括CPU电路、以及分别与CPU电路连接的存储电路、无线通讯电路、输入接口和报警电路，所述的输入接口与开口式电流互感器连接，所述的无线通讯电路与远程终端连接。

7.一种实施权利要求1所述的基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)开口式电流互感器采集避雷器上的全电流信息并实时传输给监测主机；

2)监测主机采样一个周期的全电流；

3)将半个周期内的极值点作为容性电流极值点；

4)以该容性电流极值点为基准模拟一个容性电流；

5)将全电流减去该模拟的容性电流的达到阻性电流的波形；

6)判断阻性电流和容性电流的峰值是否满足以下公式，若满足，执行步骤7)，否则发挥步骤2)

iX＝iC+iR，其中iX为全电流，iC为容性电流，iR为阻性电流

7)以阻性电流极值时刻为基准，确定电压参考极值点；

8)在全电流的波形上的对应点的采样值为阻性电流峰值。

8.根据权利要求7所述的一种基于传感技术的开口式避雷器在线监测装置的监测方法，其特征在于，所述的模拟的容性电流波形为标准的正弦波波形。