CN108594038A - 避雷器监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种避雷器监控系统包括：避雷器本体；监控装置，用于检测避雷器本体受到电击的情况；接地阀片，连接在避雷器本体与地线之间；取能装置，能利用接地阀片所产生的热量产生电能；储能装置，能存储取能装置产生的电能；其中，储能装置连接至监控装置为监控装置供电。本发明的有益之处在于提供了一种利用避雷器内部的热能提供电能来源的避雷器监控系统。

Description

避雷器监控系统

技术领域

本发明涉及一种监控系统，具体涉及一种避雷器监控系统。

背景技术

随着我国电网智能化的快速发展，各种智能设备的可靠性显得非常重要。其中金属氧化物避雷器的可靠性直接影响电力系统中其他设备的安全运行，因此金属氧化物避雷器的在线监测技术应用变得日益广泛。

无间隙金属氧化物避雷器主要由瓷套、阀片和绝缘构架等部分组成。氧化锌阀片具有非常有益的非线性特性，在有雷击等较高电压下呈现的电阻很小，可以泄放大量雷电流且残压很低；在电网正常运行电压下，避雷器呈现的电阻很大，泄漏电流只有50μA～1500μA，电流过小可视为无工频泄漏。

由于金属氧化物避雷器没有放电间隙，氧化锌电阻片长期承受运行电压，并有泄漏电流不断流过避雷器各个串联阀片，这个电流的大小取决于避雷器的热稳定和阀片的老化程度。

避雷器一般安装在室外，很容易受潮、老化和表面有污秽，这都会使避雷器正常对地的绝缘水平降低，泄漏电流增大，直接被击穿而损坏。

由于避雷器故障发展速度快，传统的每年一次的预防性试验是不能完全发现其缺陷的，必须采用在线监测技术掌握避雷器的运行状况，以确保避雷器的安全运行。现有的避雷器在线监控系统一般采用外部电源或者电池供电，采用外部电源供电时，外部电源易被雷电损坏，而采用电池供电，需要定时更换电池，在线监测供电电源是要解决的关键问题之一。

发明内容

一种避雷器监控系统包括：避雷器本体；监控装置，用于检测避雷器本体受到电击的情况；接地阀片，连接在避雷器本体与地线之间；取能装置，能利用接地阀片所产生的热量产生电能；储能装置，能存储取能装置产生的电能；其中，储能装置连接至监控装置为监控装置供电。

进一步地，避雷器本体为氧化锌避雷器。

进一步地，接地阀片为氧化锌阀片。

进一步地，储能装置包括电容。

进一步地，电容为法拉电容。

进一步地，储能装置包括电池。

进一步地，电池为锂电池。

进一步地，取能装置包括若干温差发电贴片。

进一步地，取能装置包括P型半导体和N型半导体以及连接它们的金属连接片。

进一步地，金属连接片为铜片。

本发明的有益之处在于：

提供了一种利用避雷器内部的热能提供电能来源的避雷器监控系统。

附图说明

图1是本发明的一个优选实施例的结构示意图；

图2是图1中部分的具体结构示意图；

图3是本发明的取能装置的一个优选实施例的结构示意图；

图4是本发明的温差发电贴片与接地阀片表面配合的结构示意图；

图5是本发明的另一种温差发电贴片与接地阀片表面配合的结构示意图；

图6是本发明的温差发电贴片与接地阀片内部配合的结构示意图；

图7是本发明的另一种温差发电贴片与接地阀片内部配合的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的系统包括：避雷器本体101，监控装置(图中未示出)，接地阀片102，取能装置和储能装置104。

监控装置的作用在于实时在线监测避雷器运行特征值及其变化趋势，通过相关数据运算，实时诊断避雷器的运行工况，以便及时采取相应措施。是保证输电线路和电网的安全可靠运行的重要器件。

其中，避雷器本体101具有可以选用氧化锌避雷器，避雷器本体101可以电性连接至电网的高压母线105和接地阀片102之间，接地阀片102连接在避雷器本体101和电网地线109之间。具体而言，接地阀片102为氧化锌阀片。

监控装置(图中未示出)用于检测避雷器本体101受到电击的情况或者避雷器本体的其他异常情况。取能装置能利用接地阀片102所产生的热量产生电能；储能装置104能存储取能装置产生的电能；其中，储能装置104连接至监控装置为监控装置供电。

如图1所示，具体而言，储能装置104包括电容。更具体地说，该电容为法拉电容。或者说，电容可以选择超级电容。作为一种方案，储能装置104可以选用电池。具体而言，可以选用锂电池。

另外，取能装置可以选用温差发电贴片103。取能装置也可以选用其他采用塞贝克效应的原理而制造的温差发电元件。

如图3所示，作为一种具体方案，取能装置包括P型半导体301和N型半导体302以及连接它们的金属连接片303，还包括陶瓷板304。进一步地，金属连接片为铜片。该温差发电装置由N、P两种不同类型的半导体热电材料经过连接片串联而成，当热端加热时，器件的两端建立起温差，两种载流子都流向冷端，产生电流。该温差发电装置含有18组至128组重复排列的热电单元，通过串联或并联来达到所需要的功率。

如图4至图5所示，接地阀片401、501为圆柱体，温差发电贴片402、502粘贴至圆柱体的外周。作为另一种方案，粘贴至圆柱体的端面，并且温差发电贴片402、502为环形。

如图6至图7所示，接地阀片701为圆柱体，温差发电插片702至少部分插入至圆柱体中。如图6所示，温差发电插片702插入的方向平行于该圆柱体的中轴线；如图7所示，温差发电插片702插入的方向垂直于该圆柱体的中轴线。

图4至图7所示的温差发电贴片或温差发电插片均可以电性连接至整流逆变电路108并通过整流逆变电路108将电能输出给储能装置104。需要说明的是，本说明书中所指的电性连接包括通过电磁场互感而构成电能传输的情况。

避雷器中的电压吸收器件主要是接地阀片102，由于接地阀片102频繁吸收抑制过电压(月次数能达到上百次)，接地阀片102吸收过电压后在其上产生大量的热量。利用该热量进行发电能够有效地利用该热能。并且该温差发电装置还具有可靠性高，使用寿命长，维护费用低，没有噪声等优点。

作为另一种方案，取能装置还可以利用接地阀片102两侧电压差产生的电能的电路或模块。

具体而言，取能装置包括一个钳位电路106。钳位电路的作用在于将电路中的最大电压控制到特定值，一旦电路中的电压达到特定阈值，所有额外的电量都会转移到钳位电路106，然后重新送回主电路，既对电路中各器件起到了有效保护，又最大限度的收集了电量。

取能装置还包括整流滤波电路107和整流逆变电路108。

其中，整流滤波电路107可以是由二极管组成的全桥，也可以是利用MOS管搭建的同步整流电路；滤波装置包括滤波电容器。整流滤波电路107用于将交流电变换为直流电并消除外部干扰以得到良好的波形。

取能装置的输入为避雷器本体101上产生的工频泄漏电流I1，该泄露电流经过取能子系统的钳位、整流、滤波后输出。

如图2所示，整流逆变电路108包括滤波电容C1，电子开关VT1，变压器T1，整流装置，滤波电感L1，滤波电容C2。电子开关VT1与变压器的原边相连，取能装置输出的电能经过滤波电容C1滤波后，通过电子开关VT1的开关操作，形成高频的交流电向变压器原边绕组输出。变压器T1的副边上产生变换的交流电。整流装置将该交流电整形成直流电，经过滤波电感L1、滤波电容C2滤波后输出。

变压器的感抗通常由公式

XL＝2πfl

表示，其中f表示变压器的工作频率，l表示电感量。从以上公式中可知，感抗XL与频率f成正比。对于相同的感抗XL，工作频率f越高，电感量l就越小，即制作变压器时所需线圈匝数也就越少，对应的变压器的体积也就缩小，成本也相应地降低。另外，高频能够提高铁氧体的导磁效率，所以制作高频变压器所需铁氧体，体积也可以减小。综上，电子开关VT1将电能进行高频变换，能够减小变压器T1的体积和成本。

整流装置是同步整流电路，该同步整流电路包括电子开关VT2、电子开关VT3，进一步的，电子开关VT2为N沟道型MOS管、VT3为P沟道型MOS管。VT2的驱动电压从变压器副边绕组的异名端取出，VT3的驱动电压分别从变压器的副边绕组同名端取出。驱动电压加在MOS管的栅G和漏D之间。在通常情况下，MOS管这样应用不能完全开通，损耗很大。由于MOS管具有体内寄生的反并联二极管，本发明中源S和漏D相对栅的电平保持一致，加在GD之间的电压等同于加在GS之间的电压，MOS管可以完全开通，避免了由于开通不完全导致的损耗。工作时，若变压器副边绕组同名端为正，电子开关VT3的栅漏电压为正，VT3零压开通；若变压器副边绕组同名端为负，电子开关VT2开通，通过滤波电感L1续流。综上，电能变换子系统将取能子系统输出的交流电变换为波形平滑的直流电输出。这种波形平滑的直流电可以方便地给储能设备充电或者给监测装置及其他装置供电。

整流装置采用同步整流电路，由于MOS管的导通电阻在通常情况下远远小于二极管的导通电阻，在电流相同的情况下，MOS管上的发热要远小于二极管。采用同步整流电路能够降低整流器的损耗，提高工作效率和寿命。

作为一种替代方案，整流也可以采用桥式整流电路。

储能装置104包括法拉电容C3和电池B以及充放电管理装置。充放电管理装置控制法拉电容的充电饱和电压和放电截止电压。在实施例1中，充放电管理装置将法拉电容的充电饱和电压设置在5V，放电截止电压设置在2.5V。由于法拉电容较容易过压损坏，且其ESR较小、放电能力强。该充放电管理装置通过限制法拉电容的充电饱和电压以防止法拉电容过压损坏；并控制法拉电容的放电截止电压和最大放电电流，使法拉电容的工作更加安全。

作为一种可选方案，取能装置同时利用所述接地阀片102所产生的热量以及所述接地阀片102两侧电压差产生电能。

另外，可以为整流逆变电路108外接一个无线充电的线圈，从而使用户可以在避雷器包括取能装置和储能装置104的外壳之外对内部进行充电。

作为一种扩展方案，系统中还应该设置电量检测模块和无线通讯模块，在储能装置104的电能不足时通过无线通讯模块中的电能。

作为另一种扩展方案，取能装置由热能而产生的电能储存在超级电容中，取能装置由电压差产生的电能存储在电池中，在系统中设置一个控制器，控制器控制优先使用存储在超级电容中的电能，在电容器电能不足时，使用电池中的电能，在电容器的电能回复时，再次使用电容器中的电能。这样使用电能方式也可以在取能装置采用其他充电方案时使用。

综合以上，本发明还公开了适用于避雷器装置的供电方法。

作为一种方案，该方法包括：使接地阀片102通过流经避雷器本体101的电流；使接地阀片102发热；将接地阀片102的热能转换为电能；将电能存储。

作为另一种方案，该方法包括：使接地阀片102通过流经避雷器本体101的电流以使接地阀片102两侧产生电压差；利用接地阀片102两侧的电压差产生直流电源；利用直流电源对储能装置104进行充电。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种避雷器监控系统，其特征在于：

所述避雷器监控系统包括：

避雷器本体；

监控装置，用于检测所述避雷器本体受到电击的情况；

接地阀片，连接在所述避雷器本体与地线之间；

取能装置，能利用所述接地阀片所产生的热量产生电能；

储能装置，能存储所述取能装置产生的电能；

其中，所述储能装置连接至所述监控装置为所述监控装置供电。

2.根据权利要求1所述的避雷器监控系统，其特征在于：

所述避雷器本体为氧化锌避雷器。

3.根据权利要求1所述的避雷器监控系统，其特征在于：

所述接地阀片为氧化锌阀片。

4.根据权利要求1所述的避雷器监控系统，其特征在于：

所述储能装置包括电容。

5.根据权利要求4所述的避雷器监控系统，其特征在于：

所述电容为法拉电容。

6.根据权利要求1所述的避雷器监控系统，其特征在于：

所述储能装置包括电池。

7.根据权利要求1所述的避雷器监控系统，其特征在于：

所述电池为锂电池。

8.根据权利要求1所述的避雷器监控系统，其特征在于：

所述取能装置包括若干温差发电贴片。

9.根据权利要求1所述的避雷器监控系统，其特征在于：

所述取能装置包括P型半导体和N型半导体以及连接它们的金属连接片。

10.根据权利要求9所述的避雷器监控系统，其特征在于：

所述金属连接片为铜片。