CN103901302A - 一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测方法及装置，属于电力系统输电线路用带串联间隙避雷器在线检测方法及装置，避雷器动工频作电流采集器与数据处理器连接，计数指示器分别与避雷器动作工频电流采集器、数据处理器连接，该数据处理器与故障报警指示器连接。采用检测带串联间隙线路避雷器动作电流大小、持续动作时间作为判据，对动作电流大小、持续动作时间电压值设定报警阈值，当达到或者超过报警阈值即对带串联间隙线路避雷器状态异常进行报警，实现了带间隙线路避雷器的状态监测，装置采用无源监测方式，结构简单，为运行、维护人员及时提供避雷器状态信息，提高了带间隙线路避雷器运行可靠性。

Description

一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测方法及装置

技术领域

本专利涉及电力系统输电线路用带串联间隙避雷器在线检测方法及装置，属于输电线路防雷设备的配套附属设备，适用于输电线路带串联间隙避雷器运行状态检测。

背景技术

线路避雷器主要用于限制大气过电压引起杆塔绝缘子闪络，是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一，是电力系统推广应用的一种防雷设备，运行环境恶劣往往会遇到如：污秽、进水受潮、易遭受大电流冲击，大电流冲击，这些将直接影响线路避雷器的使用寿命，在运行中会出现热崩溃，甚至发生爆炸事故，为了确保线路避雷器正常发挥作用，线路避雷器需要对运行状态进行在线监控。

线路避雷器目前主要有无间隙和带串联间隙两大类线路避雷器，无间隙线路避雷器可以采用常规检测即可对现状进行有效监控，对于带串联间隙由于间隙起到隔离作用，正常运行时不存在泄漏电流，采用常规检测及计数器方式不能对避雷器的劣化做出直接进行有效监测，近年国内公开的专利例如“线路避雷器用故障指示器”专利号2005220078602.5，“线路避雷器状态指示器”专利号200720087637.4及“带间隙线路避雷器状态指示器”专利号200810046846.3均是为检测避雷器动作次数，通过记录累计次数、指示标识等显示动作情况，只能作为设备定期检修维护提供参考，不能对避雷器的劣化做出直接判断，为了保证带间隙线路避雷器安全运行，需要解决线路避雷器运行状态在线监测难题，实现带间隙线路避雷器在线监测，提高带间隙线路避雷器安运行可靠性。

发明内容

本发明提供一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测方法及装置，以解决目前不能对避雷器的劣化做出直接判断、不能对线路避雷器运行状态进行在线监测的问题。

本发明采取的技术方案是：

本发明对带串联间隙线路避雷器状态在线检测方法，包括下列步骤：

利用测量线路避雷器动作电流、持续时间作为检测本体状态判据，在雷电压动作的一段时间内检测带间隙线路避雷器动作时工频续流值I和其通过工频电流时间T的实时数据I(t)，按照以下公式进行计算，求取线路避雷器动作异常报警阈值：

$\left\{\begin{array}{c}I\left(t\right)=[I\left(1\right),I(1+\mathrm{\Δt}),........,I\left(\mathrm{n\Δt}\right)]\\ F=I\left(\mathrm{\Δt}\right)-I\left((\mathrm{\Δ}-1)t\right)\\ T=\mathrm{n\Δt}\end{array}\right.$

其中，I为避雷器动作电流；T为工频电流持续动作时间；n为T时间内采集总数，Δt为检测时间间隔；F为Δt时间间隔前后电流差值；

检测电流值和持续时间离散点相关分布空间，如果F≥0，I(n△t)≠0，说明线路避雷器动作间隙通过的工频续流在T时间内尚未熄弧，线路避雷器本体未发生老化，间隙和本体流过的工频电流一般1～2个周期内即可熄弧，工频电流幅值小于2A；

选取T＞60为熄弧阈值，当F≥0，I(n△t)≠0，T＞60，即可对线路避雷器劣化程度评估并且报警显示。

一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测的装置，避雷器动作电流采集器串联在线路避雷器接地线中，避雷器动工频作电流采集器与数据处理器连接，计数指示器分别与避雷器动作工频电流采集器、数据处理器连接，该数据处理器与故障报警指示器连接。

避雷器动作电流采集器由罗戈夫斯基线圈电流传感器与瞬变电压抑制器、压敏保护电阻并联构成，瞬变电压抑制器和压敏保护电阻并连接在线圈输出端；

数据处理器由计数指示器的闭合接点、电流电压变换器、电阻分配器和RC定时器构成；

计数指示器原由电流电压变换器、电容、指针电磁式计数器及闭合接点组成;

故障报警指示器由保护二极管、电磁线圈和故障指示机构组成。

本发明是通过检测带串联间隙线路避雷器动作时间隙燃弧工频续流时间、工频续流幅值，根据检测数据不同对避雷器劣化状态评估并且报警指示，实现带串联间隙线路避雷器状态在线检测。

带串联间隙线路避雷器的本体关键器件为金属氧化物非线性电阻阀片，其电阻片具有极为优越的非线性特性，正常工作电压下其电阻值很高，实际上相当于一个绝缘体，而在过电压作用下电阻片的电阻很小，残压很低，使积累的能力快速释放，将线路电压升高限制在一定幅值防止杆塔绝缘子闪络，当过电压消失后，它又自动恢复常态，切断工频续流，线路避雷器本体未发生老化时流过间隙和本体的工频电流一般1～2个周期内即可熄弧，工频电流幅值小于2A，考虑避雷器差异性以及实际运行工况包括污秽、潮湿等恶劣运行环境影响因素，线路避雷器动作间隙通过的工频续流时间不大于数秒、电流值不大于数安，检测上述参数可以直接反映避雷器劣化的程度，对线路避雷器状态进行检测。

本发明的有益效果体现是：

（1）对带间隙线路避雷器的运行状态进行直接监测，线路无需定期停电对线路避雷器进行拆卸试验检测，降低了运行检修成本，实现了带串联间隙线路避雷器状态检修。

（2）本专利采用无源监测方式对线路避雷器进行检测，装置结构简单，报警指示明显，运行检修人员能够及时对故障避雷器进行更换，提高了线路供电的可靠性。

（3）本发明装置的动作计数相关参数满足国家标准要求，适用于输电线路带间隙避雷器的在线监测。

（4）本发明装置可重复使用，不工作时不承受电压，元器件不易老化，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明原理图，图中包括带串联间隙线路避雷器5，输电线6；

图2是本发明避雷器动作电流采集电路原理图；

图3是本发明数据处理器电路原理图；

图4是本发明计数指示器电路原理图；

图5是本发明故障报警指示器电路原理图。

具体实施方式

本发明对带串联间隙线路避雷器状态在线检测方法，包括下列步骤：

利用测量线路避雷器动作电流、持续时间作为检测本体状态判据，在雷电压动作的一段时间内检测带间隙线路避雷器动作时工频续流值I和其通过工频电流时间T的实时数据I(t)，按照以下公式进行计算，求取线路避雷器动作异常报警阈值：

$\left\{\begin{array}{c}I\left(t\right)=[I\left(1\right),I(1+\mathrm{\Δt}),........,I\left(\mathrm{n\Δt}\right)]\\ F=I\left(\mathrm{\Δt}\right)-I\left((\mathrm{\Δ}-1)t\right)\\ T=\mathrm{n\Δt}\end{array}\right.$

其中，I为避雷器动作电流；T为工频电流持续动作时间；n为T时间内采集总数，Δt为检测时间间隔；F为Δt时间间隔前后电流差值；

检测电流值和持续时间离散点相关分布空间，如果F≥0，I(n△t)≠0，说明线路避雷器动作间隙通过的工频续流在T时间内尚未熄弧，线路避雷器本体未发生老化，间隙和本体流过的工频电流一般1～2个周期内即可熄弧，工频电流幅值小于2A；

选取T＞60为熄弧阈值，当F≥0，I(n△t)≠0，T＞60，即可对线路避雷器劣化程度评估并且报警显示。

一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测的装置，避雷器动作电流采集器1串联在线路避雷器接地线中，避雷器动工频作电流采集器1与数据处理器2连接，计数指示器3分别与避雷器动作工频电流采集器1、数据处理器2连接，该数据处理器2与故障报警指示器4连接。

避雷器动作电流采集器1由罗戈夫斯基线圈电流传感器101与瞬变电压抑制器102、压敏保护电阻103并联构成，避雷器动作电流通过罗戈夫斯基线圈经过磁耦合即采集到线路避雷器动作时的雷电流冲击和工频续流信号，被测电气主回路仅通过磁耦合联系在一起，而无电路上的直接连接线圈实现高、低电压隔离，瞬变电压抑制器102和压敏保护电阻103并连接在线圈输出端，不仅可以抑制瞬变高电压起到保护作用，而且能够提高整个装置的抗干扰能力。

数据处理器2由计数指示器3的闭合接点301、电流电压变换器201、电阻分配器202和RC定时器构成203；避雷器动作电流采集器1采集的避雷器动作电流信号大于50A,计数指示器3计数并且闭合闭合接点301，电流信号经闭合接点301输入到电流电压变换器201，将电流信号转换为电压信号，电压信号通过电阻分配器202电路中的R1、R2进行二次分压，通过调整分压比，通过调整分压比，对于检测区间动作电流大于一定值，即F≥0，I(n△t)≠0时，具备启动异常动作报警指示器条件之一，线路避雷器动作持续时间T采用RC充电方式进行检测，RC定时器电路203中的第三电阻R3对电容C充电，电容C的充电时间按照R、C充电常数预设，T＞60，缓慢上升到预定电压值，当电压值和持续时间阈值达到报警值F≥0，I(n△t)≠0,T＞60，即可驱动故障指示器动作指示。

计数指示器3原由电流电压变换器302、电容303、指针电磁式计数器304及闭合接点301组成;当进行线路避雷器动作时，记录雷电冲击次数，并且闭合接点301闭合，其中线路避雷器雷电冲击动作计数按照标准规定当8/20μS的雷电冲击电流超过50A时，该计数器累加计数并且保持。

故障报警指示器4由保护二极管401、电磁线圈402和故障指示机构403组成，保护二极管401抑制瞬间大电流实现过电压保护，防止电磁线圈402被大电流击穿，当避雷器动作时通过间隙的工频续流幅值、持续时间超过预警值，电磁线圈402将动作，驱动故障指示机构403指示并且保持。

所述避雷器动作电流采集器采集线路避雷器动作电流信号,计数器计数并且闭合其闭合接点，工频续流信号经闭合接点输入到电流电压变换器，将电流信号转换为电压信号，电压信号通过电阻分配器电路中的第一电阻R1、第二电阻R2进行二次分压，通过调整分压比，对于检测区间动作电流大于一定值（即F≥0，I(n△t)≠0）时，具备启动异常动作报警指示器条件之一。

线路避雷器动作持续时间T检测采用RC充电方式：

Uc0为电容器C上的初始电压值；

Uc1为电容器C可驱动报警机构动作的放电电压值；

Uct为t时刻电容器C上的充电电压的额定值；

Ucc为电容器充满电压值；

T为消弧线圈动作持续时间；

根据 $U_{\mathrm{ct}}=U_{c01}+(U_{c1}-U_{c0})(1-e^{-\frac{T}{\mathrm{RC}}}),$ 换算 $T=\mathrm{RCLn}\frac{(U_{c1}-U_{c0})}{(U_{c1}-U_{\mathrm{ct}})}.$

当电容器C充电电压缓慢上升到85%Ucc电压，Uct≥Uc1，设定充电时间T＞60，则F≥0，I(n△t)≠0时，T＞60，电容器C电压将对报警指示器进行放电，实现带间隙线路避雷器状态异常报警指示。

本发明能够实现带间隙线路避雷器运行状态在线监测，为输电运行维护人员及时提带间隙线路避雷器状态信息，将故障消灭在萌芽状态，做到防患于未然，提高带间隙线路避雷器运行可靠性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测方法，包括下列步骤： 

利用测量线路避雷器动作电流、持续时间作为检测本体状态判据，在雷电压动作的一段时间内检测带间隙线路避雷器动作时工频续流值I和其通过工频电流时间T的实时数据I(t)，按照以下公式进行计算，求取线路避雷器动作异常报警阈值： 

其中，I为避雷器动作电流；T为工频电流持续动作时间；n为T时间内采集总数，Δt为检测时间间隔；F为Δt时间间隔前后电流差值； 

检测电流值和持续时间离散点相关分布空间，如果F≥0，I(n△t)≠0，说明线路避雷器动作间隙通过的工频续流在T时间内尚未熄弧，线路避雷器本体未发生老化，间隙和本体流过的工频电流一般1～2个周期内即可熄弧，工频电流幅值小于2A； 

选取T＞60为熄弧阈值，当F≥0，I(n△t)≠0，T＞60，即可对线路避雷器劣化程度评估并且报警显示。 

2.一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测的装置，其特征在于：避雷器动作电流采集器串联在线路避雷器接地线中，避雷器动工频作电流采集器与数据处理器连接，计数指示器分别与避雷器动作工频电流采集器、数据处理器连接，该数据处理器与故障报警指示器连接。 

3.根据权利要求2所述的一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测的装置，其特征在于：避雷器动作电流采集器由罗戈夫斯基线圈电流传感器与瞬变电压抑制器、压敏保护电阻并联构成，瞬变电压抑制器和压敏保护电阻并连接在线圈输出端。 

4.根据权利要求2所述的一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测的装置，其特征在于：数据处理器由计数指示器的闭合接点、电流电压变换器、电阻分配器和RC定时器构成。 

5.根据权利要求2所述的一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测的装置，其特征在于：计数指示器原由电流电压变换器、电容、指针电磁式计数器及闭合接点组成。 

6.根据权利要求2所述的一种对带串联间隙线路避雷器状态在线检测的装置，其特征在于：故障报警指示器由保护二极管、电磁线圈和故障指示机构组成。 

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