基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法，包括開(kāi)口式電流互感器、安裝支架和監(jiān)測(cè)主機(jī)，所述的開(kāi)口式電流互感器和監(jiān)測(cè)主機(jī)分別安裝在安裝支架兩端，所述的開(kāi)口式電流互感器套設(shè)在避雷器上，并與監(jiān)測(cè)主機(jī)通訊連接；所述的開(kāi)口式電流互感器實(shí)時(shí)采集避雷器上的全電流信息并實(shí)時(shí)傳輸給監(jiān)測(cè)主機(jī)，監(jiān)測(cè)主機(jī)分析后得到阻性電流峰值，并與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若超過(guò)，進(jìn)行報(bào)警。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有有效的解決了避雷器的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并且真正有效的解決了困擾帶避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的電安裝問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種避雷器監(jiān)測(cè)裝置，尤其是涉及一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]避雷器作為變電站中必備的電力設(shè)備，其應(yīng)用的廣泛程度幾無(wú)取代，成為變電設(shè)備的主要電氣設(shè)備之一，主要作用在于對(duì)變電站的其他電力設(shè)備進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，防止雷擊，對(duì)電力設(shè)備安全運(yùn)行起著很大的保護(hù)作用。避雷器自身的好壞或者性能衰減直接影響被保護(hù)設(shè)備的安全可靠性，避雷器如果長(zhǎng)期受潮或者閥片老化都會(huì)導(dǎo)致阻性電流增大，而阻性電力過(guò)大則會(huì)發(fā)熱，持續(xù)的發(fā)熱則會(huì)破壞或者損壞避雷器。為了實(shí)時(shí)了解避雷器是否正常工作及其損壞趨向，需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。目前已有多種不同技術(shù)路線(xiàn)的同類(lèi)產(chǎn)品，大多都是通過(guò)母線(xiàn)電壓參考值的方法分析其總電力、容性電力、阻性電流來(lái)判斷實(shí)時(shí)判斷其工作狀態(tài)，主要的問(wèn)題在于:真正導(dǎo)致發(fā)熱的阻性電流計(jì)算不準(zhǔn)，同時(shí)裝置的安裝必須停電(高等級(jí)變電站每年停電時(shí)間非常有限)。而本發(fā)明從計(jì)算模型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上實(shí)質(zhì)性的解決了上述問(wèn)題不僅大幅度的提高了阻性電流的監(jiān)測(cè)精度，同時(shí)有效的解決了帶電安裝的問(wèn)題，從而減少了安裝時(shí)間，增強(qiáng)了設(shè)備的可靠性和準(zhǔn)確性，極大的避免了人力、時(shí)間、成本上的浪費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0005]一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括開(kāi)口式電流互感器、安裝支架和監(jiān)測(cè)主機(jī)，所述的開(kāi)口式電流互感器和監(jiān)測(cè)主機(jī)分別安裝在安裝支架兩端，所述的開(kāi)口式電流互感器套設(shè)在避雷器上，并與監(jiān)測(cè)主機(jī)通訊連接；
[0006]所述的開(kāi)口式電流互感器實(shí)時(shí)采集避雷器上的全電流信息并實(shí)時(shí)傳輸給監(jiān)測(cè)主機(jī)，監(jiān)測(cè)主機(jī)分析后得到阻性電流峰值，并與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若超過(guò)，進(jìn)行報(bào)警。
[0007]所述的開(kāi)口式電流互感器包括第一圓弧形組件和第二圓弧組件，所述的第一圓弧形組件一端和第二圓弧組件一端分別與安裝支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在開(kāi)口式電流互感器閉合時(shí)，所述的第一圓弧形組件另一端和第二圓弧組件另一端連接。
[0008]所述的第一圓弧形組件另一端呈凸形結(jié)構(gòu)，所述的第二圓弧形組件另一端呈凹形結(jié)構(gòu)，當(dāng)開(kāi)口式電流互感器閉合時(shí)，所述的第一圓弧形組件凸塊插入第二圓弧形組件的凹槽內(nèi)。
[0009]所述的第一圓弧形組件凸塊上設(shè)有通孔，所述的第二圓弧形組件凹槽的兩邊上設(shè)有與凸塊通孔對(duì)應(yīng)的通孔。
[0010]所述的監(jiān)測(cè)主機(jī)包括殼體以及安裝在殼體內(nèi)的印刷電路板，所述的殼體與安裝支架連接。
[0011]所述的印刷電路板包括CPU電路、以及分別與CPU電路連接的存儲(chǔ)電路、無(wú)線(xiàn)通訊電路、輸入接口和報(bào)警電路，所述的輸入接口與開(kāi)口式電流互感器連接，所述的無(wú)線(xiàn)通訊電路與遠(yuǎn)程終端連接。
[0012]一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0013]I)開(kāi)口式電流互感器采集避雷器上的全電流信息并實(shí)時(shí)傳輸給監(jiān)測(cè)主機(jī)；
[0014]2)監(jiān)測(cè)主機(jī)采樣一個(gè)周期的全電流；
[0015]3)將半個(gè)周期內(nèi)的極值點(diǎn)作為容性電流極值點(diǎn)；
[0016]4)以該容性電流極值點(diǎn)為基準(zhǔn)模擬一個(gè)容性電流；
[0017]5)將全電流減去該模擬的容性電流的達(dá)到阻性電流的波形；
[0018]6)判斷阻性電流和容性電流的峰值是否滿(mǎn)足以下公式，若滿(mǎn)足，執(zhí)行步驟7)，否則發(fā)揮步驟2)
[0019]iX = iC+iR，其中iX為全電流，iC為容性電流，iR為阻性電流
[0020]7)以阻性電流極值時(shí)刻為基準(zhǔn)，確定電壓參考極值點(diǎn)；
[0021]8)在全電流的波形上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的采樣值為阻性電流峰值。
[0022]所述的模擬的容性電流波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波波形。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]I)不用拆卸和改裝，首次降低了工作的復(fù)雜程度，同時(shí)也避免了電壓相序的調(diào)整，更重要的是可以進(jìn)行帶電作業(yè)，這樣將及簡(jiǎn)化了工程安裝同時(shí)也避免了因?yàn)槭┕ぴ蛴绊憯?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0025]2)有效的解決了避雷器的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并且真正有效的解決了困擾帶避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的電安裝問(wèn)題。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的方法流程圖；
[0028]圖3為避雷器等效電路圖；
[0029]圖4為泄露全電流矢量圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]實(shí)施例
[0032]如圖1所示，一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，包括開(kāi)口式電流互感器1、安裝支架2和監(jiān)測(cè)主機(jī)3，所述的開(kāi)口式電流互感器I和監(jiān)測(cè)主機(jī)3分別安裝在安裝支架2兩端，所述的開(kāi)口式電流互感器I套設(shè)在避雷器4上，并與監(jiān)測(cè)主機(jī)3通訊連接；所述的開(kāi)口式電流互感器I實(shí)時(shí)采集避雷器4上的全電流信息并實(shí)時(shí)傳輸給監(jiān)測(cè)主機(jī)3，監(jiān)測(cè)主機(jī)3分析后得到阻性電流峰值，并與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若超過(guò)，進(jìn)行報(bào)警。
[0033]所述的開(kāi)口式電流互感器I包括第一圓弧形組件11和第二圓弧組件12，所述的第一圓弧形組件11 一端和第二圓弧組件12 —端分別與安裝支架2轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在開(kāi)口式電流互感器閉合時(shí)，所述的第一圓弧形組件11另一端和第二圓弧組件12另一端連接。
[0034]所述的第一圓弧形組件11另一端呈凸形結(jié)構(gòu)，所述的第二圓弧形組件12另一端呈凹形結(jié)構(gòu)，當(dāng)開(kāi)口式電流互感器閉合時(shí)，所述的第一圓弧形組件凸塊插入第二圓弧形組件的凹槽內(nèi)。所述的第一圓弧形組件11凸塊上設(shè)有通孔，所述的第二圓弧形組件12凹槽的兩邊上設(shè)有與凸塊通孔對(duì)應(yīng)的通孔。
[0035]所述的監(jiān)測(cè)主機(jī)3包括殼體以及安裝在殼體內(nèi)的印刷電路板，所述的殼體與安裝支架連接。所述的印刷電路板包括CPU電路、以及分別與CPU電路連接的存儲(chǔ)電路、無(wú)線(xiàn)通訊電路、輸入接口和報(bào)警電路，所述的輸入接口與開(kāi)口式電流互感器連接，所述的無(wú)線(xiàn)通訊電路與遠(yuǎn)程終端連接。
[0036]如圖2所示，本發(fā)明的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0037]I)開(kāi)口式電流互感器采集避雷器上的全電流信息并實(shí)時(shí)傳輸給監(jiān)測(cè)主機(jī)；
[0038]2)監(jiān)測(cè)主機(jī)采樣一個(gè)周期的全電流；
[0039]3)將半個(gè)周期內(nèi)的極值點(diǎn)作為容性電流極值點(diǎn)；
[0040]4)以該容性電流極值點(diǎn)為基準(zhǔn)模擬一個(gè)容性電流；
[0041 ] 5)將全電流減去該模擬的容性電流的達(dá)到阻性電流的波形；
[0042]6)判斷阻性電流和容性電流的峰值是否滿(mǎn)足以下公式，若滿(mǎn)足，執(zhí)行步驟7)，否則發(fā)揮步驟2)
[0043]iX = iC+iR，其中iX為全電流，iC為容性電流，iR為阻性電流
[0044]7)以阻性電流極值時(shí)刻為基準(zhǔn)，確定電壓參考極值點(diǎn)；
[0045]8)在全電流的波形上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的采樣值為阻性電流峰值。
[0046]所述的模擬的容性電流波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波波形。
[0047]本發(fā)明的原理分析如下:
[0048]氧化鋅避雷器在線(xiàn)監(jiān)視的是其運(yùn)行狀態(tài)下的泄漏電流。稱(chēng)之為泄漏全電流(簡(jiǎn)稱(chēng)全電流)ix。氧化鋅避雷器等效于一個(gè)電容和一個(gè)非線(xiàn)性電阻的并聯(lián)，流過(guò)電容的電流稱(chēng)之為容性泄漏電流(簡(jiǎn)稱(chēng)容性電流)iC，流過(guò)非線(xiàn)性電阻的電流稱(chēng)之為阻性泄漏電流(簡(jiǎn)稱(chēng)阻性電流)iR。圖3為避雷器等效電路圖，圖4為泄漏電流矢量圖。
[0049]由于測(cè)量只能得到避雷器的全電流，所以較傳統(tǒng)的避雷器監(jiān)視儀普遍監(jiān)視全電流有效值。但全電流不足以徹底明確的反映避雷器內(nèi)部絕緣性能。
[0050]在全電流中，占主導(dǎo)地位的是容性電流，阻性電流只占泄漏全電流的5?20%。容性電流取決于金屬氧化物的介電常數(shù)，雜散電容和的內(nèi)部均壓電容。
[0051]阻性泄漏電流是避雷器運(yùn)行狀態(tài)的集中反映:
[0052]正常運(yùn)行電壓狀態(tài)下一般阻性電流占全電流的比例不會(huì)超過(guò)5?20%，阻性泄漏電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于容性泄漏電流，所以阻性分量即使增加一倍，全電流的變化不會(huì)超過(guò)5.0%。
[0053]阻性電流的極大變化才能引起全電流的變化。阻性電流是金屬氧化物避雷器伏安特性曲線(xiàn)的最直接反應(yīng)。也是避雷器內(nèi)在絕緣狀態(tài)的直接反應(yīng)。
[0054]避雷器在運(yùn)行中由于內(nèi)部元件發(fā)生劣化，引起阻性電流的增加，造成有功損失不斷加大，一定程度后會(huì)導(dǎo)至避雷器的熱崩潰，若不能迅速將不正常的避雷器及時(shí)退出運(yùn)行，很可能在一段時(shí)間內(nèi)(幾月、天或數(shù)小時(shí))發(fā)生爆炸，引發(fā)大面積電力事故。
[0055]基于上述的原因，國(guó)內(nèi)外眾多廠(chǎng)家開(kāi)始研制帶有阻性電流測(cè)量的在線(xiàn)監(jiān)視儀。但由于受到多方面條件的限制，目前為止在線(xiàn)監(jiān)測(cè)避雷器阻性泄漏電流的產(chǎn)品較少，好的產(chǎn)品就更少，并且大多數(shù)集中受困以下技術(shù)瓶頸難于突破:
[0056]缺乏有效的高壓測(cè)量手段，無(wú)法達(dá)到監(jiān)視儀的安全等級(jí)和抗干擾要求。
[0057]缺乏全新的測(cè)量和計(jì)算方法，無(wú)法提高監(jiān)視儀的測(cè)量精度和穩(wěn)定度。
[0058]總體上由于傳統(tǒng)的阻性電流測(cè)量方法存在缺陷，沒(méi)有形成高性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品。
[0059]二分量成份分析法:
[0060]避雷器泄漏電流有兩分量疊加合成，分別是超前電壓90°的線(xiàn)性容性電流和非線(xiàn)性阻性電流分量。表達(dá)式如下:
[0061]iX = iC+iR
[0062]全電流有iX由容性電流iC和的阻性電流iR疊加而成。容性電流iC由于是線(xiàn)性函數(shù)，因此同電壓波形一樣是正弦波形，只是相位超前90°。
[0063]阻性電流iR由于是非線(xiàn)性函數(shù)，因此不再是正弦波形，而是同電壓波形同相位同頻，幅值大小取決于避雷器伏安特性的一個(gè)脈沖波形。其最大值與電壓最大值出現(xiàn)在同一時(shí)刻。
[0064](I)測(cè)量所得的全電流iX是由容性電流iC和阻性電流iR疊加而成。其關(guān)系為:
[0065]iX = iC+iR
[0066](2)容性電流的正弦波形可以唯一確定，其頻率為工頻50Hz，相位超前阻性電流的非正弦波形90°，幅值滿(mǎn)足上述公式，有避雷器的等效電容唯一確定。
[0067](3)阻性電流的非正弦波形可以唯一確定，其頻率為工頻50Hz，相位落后容性電流的正弦波形90°幅值滿(mǎn)足上述公式，有避雷器的伏安特性唯一確定。
[0068](4)容性電流的正弦波形的最大值超前阻性電流的非正弦波形的最大值1/4周期，確定了阻性電流的非正弦波形的最大值，相當(dāng)于電壓的最大值時(shí)刻，相當(dāng)于找到了電壓參考點(diǎn)，可以在全電流波形上直接找到需要的阻性泄漏電流峰值。
[0069]避雷器在線(xiàn)監(jiān)視裝置的安裝主要分為儀表就位安裝、信號(hào)線(xiàn)安裝和接地線(xiàn)安裝。由于現(xiàn)場(chǎng)安裝的可操作條件有限，信號(hào)線(xiàn)安裝中額外增加電壓信號(hào)的接線(xiàn)安裝是額外增加了該工程實(shí)施的復(fù)雜程度，同時(shí)還需要對(duì)電壓的相序進(jìn)行調(diào)整，這樣工作的技術(shù)難度也額外增加了。一旦出現(xiàn)母線(xiàn)相序的變化，將會(huì)產(chǎn)生大量的重復(fù)工作，而且無(wú)論是敞開(kāi)式的避雷器還是開(kāi)關(guān)柜或GIS內(nèi)的避雷器，其留給監(jiān)視儀的空間都是有限的，基本不會(huì)超過(guò)130 X 130 X 10mm的空間內(nèi)，其次需要拆卸改裝避雷器的接地銅牌。首先對(duì)于等級(jí)較高的變電站，停電的時(shí)間非常有限，其次在這樣的狹小空間內(nèi)施工，操作也非常的不方便。
[0070]本發(fā)明的設(shè)計(jì)首先不用拆卸和改裝，首次降低了工作的復(fù)雜程度，同時(shí)也避免了電壓相序的調(diào)整，更重要的是可以進(jìn)行帶電作業(yè)，這樣將及簡(jiǎn)化了工程安裝同時(shí)也避免了因?yàn)槭┕ぴ蛴绊憯?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括開(kāi)口式電流互感器、安裝支架和監(jiān)測(cè)主機(jī)，所述的開(kāi)口式電流互感器和監(jiān)測(cè)主機(jī)分別安裝在安裝支架兩端，所述的開(kāi)口式電流互感器套設(shè)在避雷器上，并與監(jiān)測(cè)主機(jī)通訊連接； 所述的開(kāi)口式電流互感器實(shí)時(shí)采集避雷器上的全電流信息并實(shí)時(shí)傳輸給監(jiān)測(cè)主機(jī)，監(jiān)測(cè)主機(jī)分析后得到阻性電流峰值，并與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若超過(guò)，進(jìn)行報(bào)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的開(kāi)口式電流互感器包括第一圓弧形組件和第二圓弧組件，所述的第一圓弧形組件一端和第二圓弧組件一端分別與安裝支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在開(kāi)口式電流互感器閉合時(shí)，所述的第一圓弧形組件另一端和第二圓弧組件另一端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的第一圓弧形組件另一端呈凸形結(jié)構(gòu)，所述的第二圓弧形組件另一端呈凹形結(jié)構(gòu)，當(dāng)開(kāi)口式電流互感器閉合時(shí)，所述的第一圓弧形組件凸塊插入第二圓弧形組件的凹槽內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的第一圓弧形組件凸塊上設(shè)有通孔，所述的第二圓弧形組件凹槽的兩邊上設(shè)有與凸塊通孔對(duì)應(yīng)的通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的監(jiān)測(cè)主機(jī)包括殼體以及安裝在殼體內(nèi)的印刷電路板，所述的殼體與安裝支架連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的印刷電路板包括CPU電路、以及分別與CPU電路連接的存儲(chǔ)電路、無(wú)線(xiàn)通訊電路、輸入接口和報(bào)警電路，所述的輸入接口與開(kāi)口式電流互感器連接，所述的無(wú)線(xiàn)通訊電路與遠(yuǎn)程終端連接。
7.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述的基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)開(kāi)口式電流互感器采集避雷器上的全電流信息并實(shí)時(shí)傳輸給監(jiān)測(cè)主機(jī)； 2)監(jiān)測(cè)主機(jī)采樣一個(gè)周期的全電流； 3)將半個(gè)周期內(nèi)的極值點(diǎn)作為容性電流極值點(diǎn)； 4)以該容性電流極值點(diǎn)為基準(zhǔn)模擬一個(gè)容性電流； 5)將全電流減去該模擬的容性電流的達(dá)到阻性電流的波形； 6)判斷阻性電流和容性電流的峰值是否滿(mǎn)足以下公式，若滿(mǎn)足，執(zhí)行步驟7)，否則發(fā)揮步驟2) iX = iC+iR，其中iX為全電流，iC為容性電流，iR為阻性電流 7)以阻性電流極值時(shí)刻為基準(zhǔn)，確定電壓參考極值點(diǎn)； 8)在全電流的波形上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的采樣值為阻性電流峰值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于傳感技術(shù)的開(kāi)口式避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的模擬的容性電流波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波波形。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104198863SQ201410482941
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】鄭向陽(yáng), 吳保軍, 許根利, 孫世五, 高俊巖, 張卓云 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司焦作供電公司, 上海欣影電力科技股份有限公司