CN106526383B - 避雷器状态监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种避雷器状态监测系统及监测方法，其中，所述系统包括避雷器、陶瓷电容绝缘子、电流互感器以及电压电流监测装置，避雷器一侧与高压输电线路具有一定间隙、另一侧与地线电连接，电流互感器串联设置在避雷器和地线之间；陶瓷电容绝缘子包括依次电连接的高压臂和低压臂，高压臂电连接至高压输电线路，低压臂与地线电连接；电压电流监测装置分别与电流互感器和陶瓷电容绝缘子连接。通过采用本发明实施例提供的监测系统利用避雷器残压波形、动作电流波形即可判断避雷器的运行状态，从而能有效地指导避雷器的维护和更换，提高电力系统的防雷水平。

Description

避雷器状态监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及电力系统避雷器监测技术领域，尤其涉及一种避雷器状态监测系统及监测方法。

背景技术

目前，电力系统中，避雷器状态监测方法以泄漏电流监测为基础，提出了如泄漏电流法、补偿法、三次谐波法(零序电流法)以及基波阻性电流法等方法进行检测。但是，这些方法仅适用于不带串联间隙的避雷器，对于带间隙的避雷器，因避雷器不直接与系统接触，导致采用监测运行状态下的泄露电流的方法不能应用于带间隙的避雷器。

近年来，国内许多电网公司为减少输电线路雷击过电压而造成断路器跳闸，在输电线路上安装了带间隙型线路避雷器，带间隙型输电线路避雷器的使用极大地减少了雷害事故的发生，得到了广泛的应用。然而因带间隙型避雷器不直接接触输电线路，避雷器在长期运行中导致保护特性下降，电网运行单位无法直观地了解，必须停电试验检查，因此对于间隙型线路避雷器在线的状态监测具有重要意义。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种避雷器状态监测系统及监测方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种避雷器状态监测系统，包括避雷器、陶瓷电容绝缘子、电流互感器以及电压电流监测装置，其中：

所述避雷器一侧与高压输电线路具有一定间隙、另一侧与地线电连接，所述电流互感器串联设置在所述避雷器和地线之间；

所述陶瓷电容绝缘子包括依次电连接的高压臂和低压臂，所述高压臂电连接至高压输电线路，所述低压臂与地线电连接；

所述电压电流监测装置分别与所述电流互感器和陶瓷电容绝缘子连接。

优选地，所述电压电流监测装置包括电流信号处理电路、电压信号处理电路、信号转换电路和处理器，其中：

所述电流信号处理电路与所述电流互感器电连接，所述电压信号处理电路连接至所述陶瓷电容绝缘子的低压臂和高压臂之间；

所述电流信号处理电路和电压信号处理电路分别与所述信号转换电路电连接；

所述信号转换电路与所述处理器电连接。

优选地，所述电压电流监测装置还包括传输模块，所述传输模块与所述处理器电连接，且所述传输模块与后台避雷器状态监测中心通信连接，所述传输模块设置为GPRS模块或WIFI模块。

优选地，所述电压电流监测装置还包括匹配电阻，所述匹配电阻一端与所述陶瓷电容绝缘子的低压臂电连接，另一端与所述电压信号处理电路电连接。

优选地，所述电压电流监测装置还包括取电模块，所述取电模块分别电连接至所述电流信号处理电路、电压信号处理电路、信号转换电路和处理器。

优选地，所述高压臂和低压臂之间的分压比为500-3000，所述高压臂的电容量为10pF-10nF，所述低压臂的电容量为10nF-10uF。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种避雷器状态监测方法，避雷器状态监测方法应用于第一方面任一项所述的避雷器状态监测系统，所述方法包括：

实时获取设置在避雷器靠近地线一端电流互感器的动作电流，以及陶瓷电容绝缘子低压臂上的电压；

根据所述电压或动作电流启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形以及电流波形；

当所述过电压波形的过电压幅值超过避雷器额定残压幅值的0.5倍或电流幅值超过额定标称放电电流0.1倍时，计算出残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间，将残压波形的残压值、上升时间和半波时间、将电流波形的动作电流峰值、上升时间和半波时间与试验得到的数值，以及将残压波形的残压值、上升时间和半波时间、将电流波形的动作电流峰值、上升时间和半波时间与理论计算值进行比较分析来判断避雷器的状态。

优选地，根据所述电压的大小或频率启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形以及电流波形，包括：

判断所述电压是否大于系统电压的1.2倍或1.5倍，或者，判断所述电压是否含有500Hz-2000Hz的高频信号；其中，对于中性点有效接地系统判断所述电压是否为系统电压的1.2倍，对于中性点非有效接地系统判断所述电压是否为系统电压的1.5倍；

当所述电压大于系统电压的1.2倍或1.5倍时，或者，当所述电压中含有500Hz-2000Hz的高频信号时，启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形、电流波形。

优选地，根据所述动作电流的电流幅值启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形、电流波形，包括：

判断所述动作电流的电流幅值是否大于0.2kA；

当所述电流幅值大于0.2kA时，启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形、电流波形。

优选地，所述方法还包括：

将记录的20-100ms内的过电压波形、电流波形发送至后台避雷器状态监测中心，当过电压幅值超过避雷器额定残压幅值的0.5倍或电流幅值超过额定标称放电电流0.1倍时，后台避雷器状态监测中心分析处理20-100ms的过电压波形、电流波形，计算出残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间等，将残压波形的残压值、上升时间和半波时间、将电流波形的动作电流峰值、上升时间和半波时间与试验得到的数值，以及将残压波形的残压值、上升时间和半波时间、将电流波形的动作电流峰值、上升时间和半波时间与理论计算值进行比较分析来判断避雷器的状态。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明实施例提供的避雷器状态监测系统包括避雷器、陶瓷电容绝缘子、电流互感器以及电压电流监测装置，其中：所述避雷器一侧与高压输电线路具有一定间隙、另一侧与地线电连接，所述电流互感器串联设置在所述避雷器和地线之间；所述陶瓷电容绝缘子包括依次电连接的高压臂和低压臂，所述高压臂电连接至高压输电线路，所述低压臂与地线电连接；所述电压电流监测装置分别与所述电流互感器和陶瓷电容绝缘子连接。通过采用本发明实施例提供的监测系统和方法能够根据陶瓷电容绝缘子的高压臂和低压臂构成的分压单元，监测避雷器两端的残压，并通过电压电流监测装置直接检测避雷器动作电流和残压，从而对避雷器的状态进行实时监控，从而分析比较判断避雷器的运行状态。同时，利用高压陶瓷电容绝缘子绝缘强度高、机械性能好、价格便宜等优点，直接挂在输电线路上构成分压单元，兼取电及分压器作用，能够完整准确地记录避雷器残压波形及动作次数，结合安装在避雷器尾端与地之间连线的电流互感器获得的避雷器动作时的动作电流，利用避雷器残压波形、动作电流波形即可实时判断在线避雷器的运行状态，能够大大减少需要断电监测造成的损失，并能有效地指导避雷器的维护和更换，提高电力系统的防雷水平。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种避雷器状态监测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种避雷器状态监测系统的原理结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种避雷器状态监测方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种避雷器状态监测方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种避雷器状态监测方法的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种避雷器状态监测系统的结构示意图。

如图1所示，该避雷器状态监测系统包括避雷器1、陶瓷电容绝缘子、电流互感器2、电压电流监测装置3、高压输电线路、杆塔和后台避雷器状态监测中心4。其中，

所述避雷器1一侧与高压输电线路具有一定间隙、另一侧与地线电连接，所述电流互感器2串联设置在所述避雷器1和地线之间，用于监测避雷器1的动作电流，且所述电流互感器2固定在杆塔上；所述陶瓷电容绝缘子包括依次电连接的高压臂C1和低压臂C2，所述高压臂C1电连接至高压输电线路，所述低压臂C2与地线电连接，从而使高压臂C1和低压臂C2构成分压单元，其中，所述高压臂C1和低压臂C2之间的分压比为500-3000，所述高压臂C1的电容量为10pF-10nF，所述低压臂C2的电容量为10nF-10uF；所述电压电流监测装置3分别与所述电流互感器2和陶瓷电容绝缘子连接，所述电压电流监测装置3与后台避雷器状态监测中心4通信连接。从而，由电压电流监测装置3将采集的低压臂上的电压和电流信号发送至后台避雷器状态监测中心4，以便后台避雷器状态监测中心4根据所述动作电流波形和电压波形的变化确定避雷器是否异常。

另外，参见图2，为本发明实施例提供的避雷器状态监测系统的监测原理结构示意图，如图2所示，该系统包括高压输电线路、避雷器1、电流互感器2、包括高压臂和低压臂的陶瓷电容绝缘子以及电压电流监测装置3。

在本发明实施例中，所述避雷器1的一端与高压输电线路之间具有一定间隙，另一端与地线连接，从而形成间隙型线路避雷器，且所述避雷器1和地线之间并接电流互感器；所述陶瓷电容绝缘子包括由高压臂C1和低压臂C2组成的分压单元，其中，所述低压臂C2包括多个并联连接的电容，从而使得低压臂C2的电容量小于高压臂C1的电容量，其中，在本发明实施例中，所述高压臂C1的电容量可以为10pF-10nF，所述低压臂的电容量可以为10nF-10uF。

其中，所述电压电流监测装置3包括电流信号处理电路32、电压信号处理电路31、信号转换电路33和处理器34，在本发明实施例中，所述电流信号处理电路32和电压信号处理电路31可均称为数据采集电路，主要用于采集电压和电流信号；其中，所述电流信号处理电路32与所述电流互感器2电连接，用于接收电流互感器2采集的避雷器1的动作电流；所述电压信号处理电路31连接至所述陶瓷电容绝缘子的低压臂和高压臂之间，用于接收避雷器1两侧的电压；且所述电流信号处理电路32和电压信号处理电路31分别与所述信号转换电路33电连接，所述信号转换电路33与所述处理器34电连接，从而使得电流信号处理电路32和电压信号处理电路31采集的电流和电压信号进行模数或数模转换，便于处理器34直接对数字信号的处理，提高工作效率。

在本发明实施例中，所述电压电流监测装置3还包括传输模块和取电模块35，所述取电模块35分别电连接至所述电流信号处理电路32、电压信号处理电路31、信号转换电路33和处理器34，且所述取电模块35还连接至陶瓷电容绝缘子的低压臂C2和高压臂C1之间，从而由该取电模块35通过陶瓷电容绝缘子获得电能，并为所述电流信号处理电路32、电压信号处理电路31、信号转换电路33和处理器34供电，且所述传输模块与所述处理器34电连接，且所述传输模块与后台避雷器状态监测中心4通信连接，在具体实施过程中，所述传输模块设置为GPRS模块或WIFI模块。

另外，在本发明实施例提供的避雷器状态监测系统中，所述电压电流监测装置3还包括匹配电阻R，所述匹配电阻R的一端与所述陶瓷电容绝缘子的低压臂C2电连接，所述匹配电阻R的另一端与所述电压信号处理电路电连接。

通过采用本发明实施例提供的避雷器状态监测系统，通过电压电流监测系统分别采集避雷器的动作电流和电压，其中，高压陶瓷电容器是以介电陶瓷为核心材料的环氧树脂灌封的电容器，其具有绝缘强度高，体积小以及频率特性好等特点，已被大量用作配网开关柜验电器材的分压元件。因此能利用该特点，将其封装于绝缘支柱内部或制造成高绝缘强度的各式输电线路陶瓷电容绝缘子，与输电线路直接相连或并联在线路避雷器两端，构成分压单元，实现电力系统过电压监测和避雷器的残压监测。结合安装在避雷器尾端与地连线之间的电流互感器获得的避雷器动作时的动作电流，利用避雷器的残压及动作电流波形判断避雷器的状态，可有效解决线路避雷器监测的难题。

同时，利用高压陶瓷电容绝缘子绝缘强度高、机械性能好、价格便宜等优点，直接挂在输电线路上构成分压单元，兼取电及分压器作用，能够完整准确地记录避雷器残压波形及动作次数，结合安装在避雷器尾端与地之间连线的电流互感器获得的避雷器动作时的动作电流，利用避雷器残压波形、动作电流波形即可判断避雷器的运行状态，从而有效提高对避雷器状态的监测效率和精准度。

参见图3所示，为本发明实施例提供的避雷器状态监测方法的流程示意图，所述避雷器状态监测方法应用于前述的避雷器状态监测系统，如图3所示，该方法可以包括以下步骤。

在步骤S101中，实时获取设置在避雷器靠近地线一端电流互感器的动作电流，以及陶瓷电容绝缘子低压臂上的电压。

本发明实施例中，可以通过电压电流监测装置3中的电压信号处理电路和电流信号处理电路分别采集陶瓷电容绝缘子低压臂上的电压和电流互感器2的动作电流。

当获取到动作电流和电压时，在步骤S102中，根据所述电压或动作电流启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形以及电流波形。

在本发明实施例中，参见图4所示，步骤S102可以详细包括以下步骤：

在步骤S1021中，判断所述电压是否大于系统电压的1.2倍或1.5倍，或着，判断所述电压是否含有500Hz-2000Hz的高频信号。

其中，在本发明实施例中，对于中性点有效接地系统判断所述电压是否大于系统电压的1.2倍，对于中性点非有效接地系统判断所述电压是否大于系统电压的1.5倍，1.2倍或1.5倍的系统电压也被称为发生残压的电压阈值大小，从而根据判断电压值的大小以及分析电压中是否包含500Hz-2000Hz的高频信号来判断是否启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形、电流波形。

在步骤S1022中，当所述电压大于系统电压的1.2倍或1.5倍，或着，当所述电压包含有500Hz-2000Hz的高频信号时，启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形、电流波形。

另外，在本发明实施例中，可以参见图5所示的避雷器状态监测方法的流程示意图，如图5所示，该步骤S102还可以包括如下步骤：

在步骤S1023中，判断所述动作电流的电流幅值是否大于0.2kA。

本发明实施例中，可以根据动作电流的电流幅值启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形、电流波形。

当所述电流幅值大于0.2kA时，在步骤S1024中，启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形、电流波形。否则，继续执行步骤S101。

在步骤S103中，当所述过电压波形的过电压幅值超过避雷器额定残压幅值的0.5倍或电流幅值超过额定标称放电电流0.1倍时，判断避雷器的状态。

本发明实施例中，当所述过电压波形的过电压幅值超过避雷器额定残压幅值的0.5倍或电流幅值超过额定标称放电电流0.1倍时，由后台避雷器状态监测中心4根据残压波形计算出残压值、残压波形的上升时间和半波时间，由后台避雷器状态监测中心4根据动作电流计算出动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间，从而将残压波形的残压值、上升时间和半波时间、将电流波形的动作电流峰值、上升时间和半波时间，将残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间与试验得到的数值进行比较分析，以及将残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间与理论计算值进行比较分析，来确定避雷器1是否异常。

另外，在本发明实施例中，在步骤S102中由电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形以及电流波形后，电压电流监测装置将记录的20-100ms内的过电压波形、电流波形发送至后台避雷器状态监测中心，当过电压幅值超过避雷器额定残压幅值的0.5倍或电流幅值超过额定标称放电电流0.1倍时，后台避雷器状态监测中心分析处理20-100ms的过电压波形、电流波形，计算出残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间等，将残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间与试验得到的数值进行比较分析，以及将残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间与理论计算值进行比较分析，来判断避雷器的状态。如残压值超出额定值、半波时间极短、电压波形和电流波形出现异常等则认为避雷器存在异常。具体的判断比较方式在本发明实施例中不详细阐述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种避雷器状态监测系统，其特征在于，包括避雷器、陶瓷电容绝缘子、电流互感器以及电压电流监测装置，其中：

所述避雷器的一侧与高压输电线路具有一定间隙、另一侧与地线电连接，所述电流互感器串联设置在所述避雷器和地线之间，用于监测所述避雷器的动作电流；

所述陶瓷电容绝缘子包括依次电连接的高压臂和低压臂，所述高压臂电连接至高压输电线路，所述低压臂与地线电连接，所述高压臂和低压臂构成分压单元，用于实现电力系统过电压监测和避雷器的残压监测；其中，所述高压臂和低压臂之间的分压比为500-3000，所述高压臂的电容量为10pF-10nF，所述低压臂的电容量为10nF-10uF；

所述电压电流监测装置分别与所述电流互感器和陶瓷电容绝缘子连接，所述电压电流监测装置与后台避雷器状态监测中心通信连接；由电压电流监测装置将采集的低压臂上的电压和电流信号发送至后台避雷器状态监测中心，后台避雷器状态监测中心根据所述动作电流波形和电压波形的变化确定避雷器是否异常；

其中，后台避雷器状态监测中心根据所述动作电流波形和电压波形的变化确定避雷器是否异常包括：当所述过电压波形的过电压幅值超过避雷器额定残压幅值的0.5倍或电流幅值超过额定标称放电电流0.1倍时，由后台避雷器状态监测中心根据残压波形计算出残压值、残压波形的上升时间和半波时间，由后台避雷器状态监测中心根据动作电流计算出动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间，将残压波形的残压值、上升时间和半波时间、将电流波形的动作电流峰值、上升时间和半波时间与试验得到的数值进行比较分析，以及将残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间与理论计算值进行比较分析，来判断避雷器的状态是否异常。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压电流监测装置包括电流信号处理电路、电压信号处理电路、信号转换电路和处理器，其中：

所述电流信号处理电路与所述电流互感器电连接，所述电压信号处理电路连接至所述陶瓷电容绝缘子的低压臂和高压臂之间；

所述电流信号处理电路和电压信号处理电路分别与所述信号转换电路电连接；

所述信号转换电路与所述处理器电连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电压电流监测装置还包括传输模块，所述传输模块与所述处理器电连接，且所述传输模块与后台避雷器状态监测中心通信连接，所述传输模块设置为GPRS模块或WIFI模块。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电压电流监测装置还包括匹配电阻，所述匹配电阻一端与所述陶瓷电容绝缘子的低压臂电连接，另一端与所述电压信号处理电路电连接。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电压电流监测装置还包括取电模块，所述取电模块分别电连接至所述电流信号处理电路、电压信号处理电路、信号转换电路和处理器。

6.一种避雷器状态监测方法，其特征在于，所述避雷器状态监测方法应用于权利要求1-5任一项所述的避雷器状态监测系统，所述避雷器状态监测方法包括：

实时获取设置在避雷器靠近地线一端电流互感器的动作电流，以及陶瓷电容绝缘子低压臂上的电压；

根据所述电压或动作电流启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形以及电流波形；

当所述过电压波形的过电压幅值超过避雷器额定残压幅值的0.5倍或电流幅值超过额定标称放电电流0.1倍时，计算出残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间，将残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间与试验得到的数值进行比较分析，以及将残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间与理论计算值进行比较分析，来判断避雷器的状态；

其中，根据所述电压的大小或频率启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形以及电流波形，包括：

判断所述电压是否大于系统电压的1.2倍或1.5倍，或者，判断所述电压是否含有500Hz-2000Hz的高频信号；其中，对于中性点有效接地系统判断所述电压是否大于系统电压的1.2倍，对于中性点非有效接地系统判断所述电压是否大于系统电压的1.5倍；

当所述电压大于系统电压的1.2倍或1.5倍时，或者，当所述电压中含有500Hz-2000Hz的高频信号时，启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形、电流波形；

判断所述动作电流的电流幅值是否大于0.2kA；

当所述电流幅值大于0.2kA时，启动电压电流监测装置记录20-100ms内的过电压波形、电流波形。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将记录的20-100ms内的过电压波形、电流波形发送至后台避雷器状态监测中心，当过电压幅值超过避雷器额定残压幅值的0.5倍或电流幅值超过额定标称放电电流0.1倍时，后台避雷器状态监测中心分析处理20-100ms的过电压波形、电流波形，计算出残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间，将残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间与试验得到的数值进行比较分析，以及将残压值、残压波形的上升时间和半波时间、动作电流峰值、动作电流的上升时间和半波时间与理论计算值进行比较分析，来判断避雷器的状态。

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