CN103412195B - 一种用于检测雷电环境的电力集抄系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测雷电环境的电力集抄系统及方法，包括了挂接在数据总线上的采集器、采集终端和检测装置，通过采集终端来采集电力集抄信息，由采集器收集所得的电力集抄信息，所述检测装置与采集终端相互耦合，它包括：接收器，用于感应由雷电放电时生成的磁场并获得相应的电信号；A/D转换器，将所述电信号转换为数字信号；以及处理器，用于根据所述数字信号中的特性信息判断雷电的放电类型和计算相应的电压幅值。本发明通过接收器来获取一个高压放电环境下的放电情况，能够有效检测雷电环境，获取状态参数。防止雷电等恶劣天气对电力采集数据的影响。

Description

一种用于检测雷电环境的电力集抄系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统信息集抄技术，更特定言之，本发明尤其涉及适用于恶劣环境下的，可以检测雷电环境状况的电力集抄系统及一种实用性检测方法。

背景技术

一般而言，仪表或者电力供应企业要实现产品和网络的普及，就必须考虑到不同的安装和使用条件，例如环境较为恶劣的山区或雷电等恶劣的天气情况。一般研发人员并没有考虑到，在遇到极高电压的情况下，会对设备造成影响的可能性，但技术人员通常认为，这些问题可以通过其他设备来解决，与电力采集设备无关；或者，某些技术人员考虑到电力采集设备所可能承受的高压浪涌，却仍未采取一种有效措施来检测环境状态，作为集抄系统的安全铺设依据或数据分析依据。用于例如发电厂或者变电站的聚合物式接收器的内部要素包括：层叠多个的氧化锌元件；配置在该氧化锌元件两端的端子电极；以及连接这些端子电极的多个玻璃纤维增强塑料(FRP)等绝缘支承物。聚合物式接收器用聚合物等绝缘材料直接浇铸在这些内部要素的周围作为绝缘外套。在这样的接收器中，例如在IEC标准(60099-4)的放压试验中，注入高于氧化锌元件的容许量的能量而引起氧化锌元件毁坏。在短路电流通过接收器时，在接收器内部会产生高温、高压的电弧气体。接收器的内压由于电弧气体而上升时，会导致内部要素产生爆炸性的飞散。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种用于检测雷电环境的电力集抄系统及方法，可以通过接收器来获取一个高压放电环境下的放电情况，能够有效检测雷电环境，获取状态参数。防止雷电等恶劣天气对电力采集数据的影响。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

技术方案1：一种用于检测雷电环境的电力集抄系统，包括了挂接在数据总线上的采集器、采集终端和检测装置，通过采集终端来采集电力集抄信息，由采集器收集所得的电力集抄信息，其中所述检测装置与采集终端相互耦合，它包括：接收器，感应雷电放电时生成的磁场并获得相应的电信号；A/D转换器，将所述电信号转换为数字信号；以及处理器，用于根据所述数字信号中的特性信息判断雷电的放电类型和计算相应的电压幅值。当然，在另一个实施例中，A/D转换器和处理器可以属于采集终端。

在一个实施例中，进一步包括一个信号调制器，用于清除所述电信号中的杂讯并产生一个调制电信号，其中所述信号调制器进一步包括模拟滤波组件，用于滤除所述电信号中频率大于设定截止临限值的信号成分。

在一个实施例中，进一步包括一个非线性放大器，用于将所述调制电信号在输入所述A/D转换器之前进行振幅压缩，其中所述非线性放大器选用对数放大器；或者所述非线性放大器选用逐级线性放大器。

在一个实施例中，进一步包括一个非线性放大器，用于将所述电信号在输入所述A/D转换器之前进行动态幅值削减，其中所述非线性放大器选用对数放大器；或者所述非线性放大器选用逐级线性放大器。

在一个实施例中，所述处理器包括信号耦合组件，用于将所述电信号加以耦合并产生一个新的耦合电信号，所述处理器使用所述电信号和耦合电信号来判断雷电的放电类型和计算相应的电压幅值。

在一个实施例中，进一步包括一个放大器，用于将所述调制电信号在输入所述A/D转换器之前进行动态幅值削减，其中所述放大器选用对数放大器；或者所述放大器选用逐级线性放大器。

在一个实施例中，所述处理器利用电信号来识别出所述耦合电信号的波形最小值和最大值，并从此耦合电信号识别出零交叉，其中所述处理器区分放电类型为云间放电或云对地放电，计算出放电电压。

在一个实施例中，所述处理器进一步产生表示雷电放电状态的数字信号，且所述电力集抄系统进一步包括一个数字信号传输端，用于通过所述数据总线传输给采集器。

在一个实施例中，所述接收器包括：层叠的非线性阻抗；配置在所述非线性阻抗的层叠方向两侧的一对端子电极；在所述非线性阻抗的周围配置多条分别沿所述层叠方向延伸并连接所述一对端子电极的绝缘支撑部；以及形成一体而覆盖所述非线性阻抗和所述多条绝缘支撑部、并在外周面具有多个突出设置的裙边状绝缘外套，在所述绝缘外套的裙边间设置从所述非线性阻抗的表面突起的壁厚较薄的薄壁部，所述薄壁部设置在所述绝缘外套周向的绝缘支撑部间，沿着所述层叠方向设置多个，为狭缝状，隔着所述裙边，沿所述层叠方向直线延伸。

在一个实施例中，所述薄壁部沿所述周向设置1个或者2个。

在一个实施例中，将所述薄壁部的朝向设置在与邻近设备不同的方向。

技术方案2：一种利用前述的电力集抄系统检测雷电环境的方法，包括：

步骤1，利用接收器根据雷电放电时感应生成的磁场并获得相应的电信号；

步骤2，利用A/D转换器根据所述电信号产生数字信号；

步骤3，利用处理器根据所述数字信号中的特性信息判断雷电的放电类型和计算电压幅值。

在一个实施例中，进一步包括步骤：利用信号调制器来清除所述电信号中的杂讯并产生一个调制电信号，其中进一步利用一个模拟滤波组件来滤除所述电信号中频率大于设定截止临限值的信号成分。

在一个实施例中，利用一个线性放大器将所述调制电信号在输入所述A/D转换器之前进行振幅压缩，其中所述非线性放大器选用对数放大器；或者所述非线性放大器选用逐级线性放大器。

或者在一个实施例中，利用一个线性放大器将将所述调制电信号在输入所述A/D转换器之前进行动态幅值削减。

在一个实施例中，将所述电信号加以耦合并产生一个新的耦合电信号，利用所述处理器使用所述电信号和耦合电信号来判断雷电的放电类型和计算相应的电压幅值。

在一个实施例中，通过所述处理器利用电信号来识别出所述耦合电信号的波形最小值和最大值，并从此耦合电信号识别出零交叉，其中所述处理器区分放电类型为云间放电或云对地放电，计算出放电电压。

在一个实施例中，通过所述处理器进一步产生表示雷电放电状态的数字信号用于传输至采集器。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

可以通过接收器来获取一个高压放电环境下的放电情况，能够有效检测雷电环境，获取状态参数。防止雷电等恶劣天气对电力采集数据的影响。改进了接收器的结构设计，防止了接收器的内压由于电弧气体而上升，导致内部要素产生爆炸性的飞散的危险。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1为本发明电力集抄系统的结构示意图；

图2为本发明接收器的结构剖面图。

具体实施方式

如图1所示，用于检测雷电环境的电力集抄系统的实施例包括了挂接在主站4与用户负载5之间的RS485数据总线（也可以选择其他无线方式）上的采集器1、采集终端2和检测装置3，通过采集终端2来采集一个区域内的电力集抄信息，通过采集器1来收集这些电力集抄信息，其中所述检测装置3与采集终端2相互耦合，它包括：接收器31，用于感应由雷电放电（100KV）时生成的磁场并获得相应的电信号；A/D转换器21，将所述电信号转换为数字信号，同时采集电力线电流和电压变化量；以及处理器22，用于根据所述数字信号中的特性信息判断雷电的放电类型和电压。当然，在另一个实施例中，A/D转换器21和处理器22可以属于采集终端2的内部组成。采集终端2可较佳地包括一个外置LCD显示器23，以实时反映这些信息。

在一个实施例中，进一步包括一个信号调制器32，用于清除所述电信号中的杂讯并产生一个调制电信号，其中所述信号调制器32进一步包括模拟滤波组件，用于滤除所述电信号中频率大于设定截止临限值的信号成分。

在一个实施例中，进一步包括一个非线性放大器33，用于将所述调制电信号在输入所述A/D转换器21之前进行振幅压缩，其中所述非线性放大器选用对数放大器；或者所述非线性放大器选用逐级线性放大器。

在另一个实施例中，进一步包括一个非线性放大器33，用于将所述调制电信号在输入所述A/D转换器21之前进行动态幅值削减，其中所述非线性放大器33选用对数放大器，或者选用逐级线性放大器。

在一个实施例中，所述处理器22包括信号耦合组件，用于将所述电信号加以耦合并产生一个新的耦合电信号，所述处理器22使用所述电信号和耦合电信号来判断此区域内雷电的放电类型和计算电压幅度。

在另一个实施例中，进一步包括一个放大器，用于将所述调制电信号在输入所述A/D转换器21之前进行动态幅值削减，其中所述放大器选用对数放大器；或者所述放大器选用逐级线性放大器。

在另一个实施例中，所述处理器22利用电信号来识别出所述耦合电信号的波形最小值和最大值，并从此耦合电信号识别出零交叉，其中所述处理器22区分放电类型为云间放电或云对地放电，计算出放电电压。

在一个实施例中，所述处理器22进一步产生表示雷电放电状态的数字信号，且所述电力集抄系统进一步包括一个数字信号传输端，用于通过所述数据总线传输给采集器。

在一个实施例中，参见图2，所述接收器31包括：层叠的非线性阻抗311，作为本实施例的优选，可采用氧化锌材料元件；配置在所述非线性阻抗层叠方向两侧的一对端子电极313（其中这对电极又可以较佳地包括弹簧部312）；在所述非线性阻抗的周围配置多条分别沿所述层叠方向延伸并连接所述一对端子电极的绝缘支撑部（图中未绘示出）；以及形成一体而覆盖所述非线性阻抗311和所述多条绝缘支撑部、并在外周面具有多个突出设置的裙边状绝缘外套314，在所述绝缘外套314的所述裙边间设置从所述非线性阻抗313的表面起的壁厚较薄的薄壁部315，所述薄壁部315设置在所述绝缘外套314周向的绝缘支撑部间，沿着所述层叠方向设置多个，为狭缝状，隔着所述裙边，沿所述层叠方向直线延伸。

因此，在本实施例中，将阻抗311、端子电极313（包括弹簧312）、绝缘支撑部作为一个主要组成，用例如聚合物等绝缘材料注塑成为一个绝缘外套314，以包覆和保护此主要组成。在组装此组成时，通过拧紧电极313而压迫弹簧312从而固定和串联这些阻抗311。

在一个实施例中，所述多个薄壁部315在所述周向设置1个或者2个。

在一个实施例中，将所述多个薄壁部315的朝向设置在与邻近设备不同的方向。

当然，按照原理上来讲，接收器31不应仅仅包含这个主要组成，在另一个实施例中，进一步包括线圈绕组，在这个主要组成吸收了外部强电压而产生磁场的过程中，根据磁场大小而连续地感应出电力，从而在一方面起到了一个接收天线的作用，通过产生的电信号来判断这个磁场的大小，从而也能够得知雷电环境或类似恶劣天气下应该注意的状态数据，便于例如测试时作为一个产品检测的依据。接收器31作为电信号的接收通道接收雷电放电（100KV-1万KV）时产生的穿过所述线圈绕组的电磁场时所生成的感应电流信号。通过上述接收器31结构改进，所述接收器31能承受雷电100KV-1万KV的电弧放电，而且能快速释放能量，防止接收器31的内压由于电弧气体而上升时，导致内部要素产生爆炸性的飞散的危险。

基于前述实施例，给出一种电力集抄系统检测雷电环境的方法的实施例，包括：

步骤1，利用接收器31感应雷电放电（100KV）时产生的磁场并获得相应的电信号；

步骤2，利用A/D转换器21根据所述电信号产生数字信号；

步骤3，利用处理器22根据所述数字信号中的特性信息判断雷电的放电类型和计算电压幅值。

在一个实施例中，进一步包括步骤：利用信号调制器32来清除所述电信号中的杂讯并产生一个调制电信号，其中进一步利用一个模拟滤波组件来滤除所述电信号中频率大于设定截止临限值的信号成分。

在一个实施例中，利用一个线性放大器33将所述调制电信号在输入所述A/D转换器21之前进行振幅压缩，其中所述非线性放大器33选用对数放大器；或者所述非线性放大器33选用逐级线性放大器。

或者在另一个实施例中，利用一个线性放大器33将所述电信号在输入所述A/D转换器21之前进行动态幅值削减。

在一个实施例中，将所述电信号加以耦合并产生一个新的耦合电信号，利用所述处理器22使用所述电信号和耦合电信号来判断雷电的放电类型和计算电压幅值。

在一个实施例中，通过所述处理器22利用电信号来识别出所述耦合电信号的波形最小值和最大值，并从此耦合电信号识别出零交叉，其中所述处理器22区分放电类型为云间放电或云对地放电，计算出放电电压。

在一个实施例中，通过所述处理器22进一步产生表示雷电放电状态的数字信号用于传输至采集器1。

据此，本发明解决了前述的缺陷，可以通过接收器来获取一个高压放电环境下的放电情况，而且针对可能存在的隐患对接收器做出了改进，同样，前述实施例中的“一个”、“此”等措辞并非是指代单数，在某些实施例中代表了一个组合，而实施例的描述并不能作为对本发明技术范畴的限定制约。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (9)

1.一种用于检测雷电环境的电力集抄系统，包括了挂接在数据总线上的采集器、采集终端和检测装置，通过采集终端来采集电力集抄信息，由采集器收集所得的电力集抄信息，其特征在于：所述检测装置与采集终端相互耦合，它包括：接收器，用于感应雷电放电时生成的磁场并获得相应的电信号；A/D转换器，将所述电信号转换为数字信号；以及处理器，用于根据所述数字信号中的特性信息判断雷电的放电类型和计算相应的电压幅值，所述处理器包括信号耦合组件，用于将所述电信号加以耦合并产生一个新的耦合电信号，所述处理器使用所述电信号和耦合电信号来判断雷电的放电类型和计算相应的电压幅值，所述处理器利用电信号来识别出所述耦合电信号的波形最小值和最大值，并从此耦合电信号识别出零交叉，其中所述处理器区分放电类型为云间放电或云对地放电，计算放电电压值。

2.根据权利要求1所述的用于检测雷电环境的电力集抄系统，其特征在于：进一步包括一个清除接收器中电信号的杂讯并产生调制电信号的信号调制器，所述信号调制器进一步包括模拟滤波组件，用于滤除所述电信号中频率大于设定截止临限值的信号成分。

3.根据权利要求2所述的用于检测雷电环境的电力集抄系统，其特征在于：进一步包括一个非线性放大器，用于将所述调制电信号在输入所述A/D转换器之前进行振幅压缩，其中所述非线性放大器选用对数放大器，或者所述非线性放大器选用逐级线性放大器。

4.根据权利要求1所述的用于检测雷电环境的电力集抄系统，其特征在于：进一步包括一个非线性放大器，用于将所述电信号在输入所述A/D转换器之前进行动态幅值削减，其中所述非线性放大器选用对数放大器；或者所述非线性放大器选用逐级线性放大器。

5.根据权利要求3所述的用于检测雷电环境的电力集抄系统，其特征在于：进一步包括一个放大器，用于将所述调制电信号在输入所述A/D转换器之前进行动态幅值削减，其中所述放大器选用对数放大器，或者所述放大器选用逐级线性放大器。

6.根据权利要求1所述的用于检测雷电环境的电力集抄系统，其特征在于：所述处理器进一步产生表示雷电放电状态的数字信号，且所述电力集抄系统进一步包括一个数字信号传输端，用于通过所述数据总线传输给采集器。

7.根据权利要求1所述的用于检测雷电环境的电力集抄系统，其特征在于：所述接收器包括：层叠的非线性阻抗；配置在所述非线性阻抗的层叠方向两侧的一对端子电极；在所述非线性阻抗的周围配置多条分别沿所述层叠方向延伸并连接所述一对端子电极的绝缘支撑部；以及形成一体而覆盖所述非线性阻抗和所述多条绝缘支撑部、并在外周面具有多个突出设置的裙边状绝缘外套，在所述绝缘外套的所述裙边间设置从所述非线性阻抗的表面突起的壁厚较薄的薄壁部，所述薄壁部设置在所述绝缘外套周向的绝缘支撑部间，沿着所述层叠方向设置多个，为狭缝状，隔着所述裙边，沿所述层叠方向直线延伸。

8.根据权利要求7所述的用于检测雷电环境的电力集抄系统，其特征在于：所述薄壁部沿所述周向设置1个或者2个。

9.一种采用权利要求1-8任意一项所述的电力集抄系统检测雷电环境的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，接收器感应雷电放电时生成的磁场并获得相应的电信号；

步骤2，A/D转换器根据所述电信号得到相应的数字信号；

步骤3，由处理器根据所述数字信号中的特性信息判断雷电的放电类型和计算相应的电压幅值。