CN110426573B - 一种防雷防冰闪合成绝缘子在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防雷防冰合成绝缘子在线监测方法，该方法通过测量得到流过防雷防冰闪合成绝缘子的雷电流波形数据，结合冲击电流耐受次和雷电能量耐受次数，最终计算得到热融化老化系数和热应力老化系数，并通过判断热融化老化系数和热应力老化系数是否超过设定的阈值，来对绝缘子的老化劣化程度进行判断和监测，并及时提示操作人员更换防雷防冰闪合成绝缘子。该方法可以实现防雷防冰闪合成绝缘子健康状态的实时监测，为防雷防冰绝缘子的更换提供依据，该方法通过合理的选择各种变量数据多角度的对绝缘子老化状态进行有效地评估，简单易行，可靠性高，且成本低。
Description
技术领域
本发明属于电力系统在线监测领域，具体涉及一种防雷防冰闪合成绝缘子在线监测方法。
背景技术
经统计，电力系统中50％以上的跳闸事故是由雷击引发，随着国民经济的不断发展，人民对用电可靠性提出了更高的要求，在众多防雷措施中，防雷防冰绝缘子因其良好的非线性特征而得到了广泛的应用，防雷防冰绝缘子的健康状态关系到电力系统的安全稳定运行，因此，研发高可靠性的防雷防冰绝缘子在线监测装置有着十分重要的意义。
防雷防冰闪合成绝缘子悬挂于线路中，具有线路避雷器和绝缘子的双重功能，现有的绝缘子避雷器主要通过红外测温发热以及泄漏电流幅值来判断是否发生老化故障。然而，防雷防冰绝缘子在正常工况下的电阻片不承受工频电压，泄漏电流与发热很小，无法可靠的测量。
因此，急需设计一种防雷防冰闪合成绝缘子监测方法，从而为防雷防冰闪合成绝缘子的在线监测和更换提供依据。
发明内容
在现有的泄漏电流与红外在线监测装置无法可靠地判断防雷防冰绝缘子是否发生老化故障的情况下，本发明提出了一种防雷防冰闪合成绝缘子在线监测方法，从而解决如何实现防雷防冰闪合成绝缘子的在线健康状态的评估和监测的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种防雷防冰合成绝缘子在线监测方法，包括以下步骤：
步骤1：通过测量得到流过防雷防冰闪合成绝缘子的雷电流波形数据，且并行地执行步骤2和步骤3；
步骤2：通过雷电流波形数据得到雷电流的伏安特性曲线，通过伏安特性曲线计算得到防雷防冰绝缘子两端的雷电残压，并根据雷电残压计算得到防雷防冰闪合成绝缘子两端的雷电能量E，根据雷电能量E与雷电能量耐受次数NX之间的对应关系，计算得到当前的热融化老化系数K，随后执行步骤4；
步骤3：通过雷电流波形数据得到雷电流幅值，并根据雷电流幅值I与冲击电流耐受次数MX对应关系，计算得到当前的热应力老化系数为J；
步骤4：根据热融化老化系数K和/或热应力老化系数J是否超各自所设定的阈值，对绝缘子的老化劣化程度进行判断和监测，并及时提示操作人员更换防雷防冰闪合成绝缘子。
进一步的，所述步骤2还包括：
设t时刻的雷电流波形为I(t)，根据伏安特性曲线计算得到的t时刻的雷电残压为U(t)，设T表示雷电流持续时间，则流过绝缘子中氧化锌电阻片的雷电能量E为：
所述雷电能量E的范围与雷电能量耐受次数NX为一一对应的关系；当遭受雷电流冲击时，老化系数增加1/NX，其中X表示雷电能量耐受次数级别，设避雷器的绝缘子遭雷击的总次数为n次，第i次雷击给绝缘子所增加的热融化老化系数为Ki，其中下标i的取值为1≤i≤n，则在受到第n次雷击时，可通过下式计算得到当前累计的热融化老化系数K：
所述步骤4还包括：当K大于等于1时，表示第n次雷击后热融化老化程度已经很严重，则判断认为绝缘子的氧化锌电阻片损坏需要更换。
进一步的，所述雷电能量E的范围与雷电能量耐受次数NX的对应关系参见表2：
表2
| E(MJ) | 耐受次数 |
| 0-100 | N1 |
| 100-200 | N2 |
| 200-300 | N3 |
| 300-400 | N4 |
| 400-500 | N5 |
| 500-600 | N6 |
| 600-700 | N7 |
| >700 | N8 |
其中，X为取值1～8的自然数。
进一步的，所述步骤3还包括：所述雷电流幅值I的范围与冲击电流耐受次数MX为一一对应的关系；当遭受雷电流冲击时，老化系数增加1/MX，其中X表示冲击电流耐受次数级别，设避雷器的绝缘子遭雷击的总次数为n次，第i次雷击给绝缘子所增加的热应力老化系数为Ji，其中下标i的取值为1≤i≤n，则在受到第n次雷击时，可通过下式计算得到当前累计的热应力老化系数为J：
所述步骤4还包括：当J大于等于1时，表示第n次雷击后热应力老化程度已经很严重，则判断认为绝缘子的氧化锌电阻片损坏需要更换。
进一步的，所述雷电流幅值I的范围与冲击电流耐受次数MX的对应关系参见表1：
表1
| I(kA) | 耐受次数 |
| 0-10 | M1 |
| 10-20 | M2 |
| 20-30 | M3 |
| 30-40 | M4 |
| 40-50 | M5 |
| 50-60 | M6 |
| 60-70 | M7 |
| >70 | M8 |
其中，X为取值1～8的自然数。
在另外一个方面，本发明还公开了一种防雷防冰闪合成绝缘子在线监测装置，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述任一项所述的在线监测方法。
在另外一个方面，本发明还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述任一项所述的在线监测方法。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：可以实现防雷防冰闪合成绝缘子健康状态的实时监测，为防雷防冰绝缘子的更换提供依据，该方法通过合理的选择各种变量数据多角度的对绝缘子老化状态进行有效地评估，简单易行，可靠性高，且成本低。
附图说明
图1为本发明防雷防冰闪合成绝缘子在线监测装置的拓扑结构图；
图2为本发明防雷防冰闪合成绝缘子在线监测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进行清楚、完整地描述，同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示的在线监测装置拓扑结构图，在线监测装置主要包含三层结构：测量层、传输层以及处理层。测量层通过罗氏线圈测量流过防雷防冰闪合成绝缘子的雷电流，传输层将雷电流的电流和电压等波形数据实时传输到处理层进行数据处理，处理层主要用于执行本发明的防雷防冰闪合成绝缘子在线监测方法，从而实时的对绝缘子进行老化、损坏的判断，处理层可使用带有ARM、DSP或者MCU的信号处理器进行数据处理，具体的，处理层可通过雷电流的伏安特性曲线计算得到防雷防冰绝缘子两端的残压，进而计算得到防雷防冰闪合成绝缘子两端的功率或者雷电能量。假设t时刻的雷电流波形为I(t)，根据伏安特性曲线计算得到的t时刻的电压为U(t)，设T表示雷电流持续时间，则流过MOA绝缘子中氧化锌电阻片的雷电能量E为：
需要指出的是，上述雷电流的雷电能量E也可以通过数字离散的计算方式得到。
测量层的通过罗氏线圈等之类的传感器实时采集并记录得到雷电流的电流和电压等波形数据后，将数据通过光电转换模块转换至传输层，传输层主要通过电力通信光缆进行数据的传输，将数据传输到，电力通信光缆可以为ADSS，OPGW以及OPPC等电力通信光缆。通信信号传输至处理模块后，在处理层中根据测量得到的电流幅值及能量，判断是否会发生损坏。
如图2所示为本发明的防雷防冰闪合成绝缘子在线监测方法，包括以下步骤：
步骤1：通过测量得到流过防雷防冰闪合成绝缘子的雷电流波形数据，且并行地执行步骤2和步骤3；
步骤2：通过雷电流波形数据得到雷电流的伏安特性曲线，通过伏安特性曲线计算得到防雷防冰绝缘子两端的雷电残压，并根据雷电残压计算得到防雷防冰闪合成绝缘子两端的雷电能量E，根据雷电能量E与雷电能量耐受次数NX之间的对应关系，计算得到当前的热融化老化系数K，随后执行步骤4；
步骤3：通过雷电流波形数据得到雷电流幅值，并根据雷电流幅值I与冲击电流耐受次数MX对应关系，计算得到当前的热应力老化系数为J；
步骤4：根据热融化老化系数K和/或热应力老化系数J是否超过设定的阈值，对绝缘子的老化劣化程度进行判断和监测，并及时提示操作人员更换防雷防冰闪合成绝缘子。
其具体涉及一种绝缘子的在线老化劣化评估方法。其中，本发明中发现防雷防冰闪合成绝缘子受到雷击时的老化与劣化主要有两种原因，即热应力老化与热融化老化，这两种老化都可能会因为雷击次数过多而导致。经过实验分析，本发明获知热应力老化主要是由于瞬间雷电流过大造成发热产生热应力，进而造成氧化锌片裂开，主要与雷电流幅值有关；而热熔化主要是氧化锌电阻片温升过高导致融穿，主要与雷电流能量有关。
根据实验测量得到的数据，氧化锌电阻片在不同雷电流幅值下的耐受能力不同。假设雷电流幅值与雷电耐受次数之间的关系参见表示雷电流幅值I与冲击电流耐受次数MX对应关系的表1所示。
表1
| I(kA) | 耐受次数 |
| 0-10 | M1 |
| 10-20 | M2 |
| 20-30 | M3 |
| 30-40 | M4 |
| 40-50 | M5 |
| 50-60 | M6 |
| 60-70 | M7 |
| >70 | M8 |
所述雷电流幅值I的范围与冲击电流耐受次数MX为一一对应的关系，为了分析热应力老化程度，定义热应力老化系数为J，当遭受雷电流冲击时，老化系数增加1/MX，其中X表示耐受次数级别，取值范围为X＝1～8，即X为1～8之间的自然数，当然X也可以根据需求取任意范围内的连续自然数，使得耐受次数级别的上限更多或者更少，只要不同的冲击电流耐受次数MX对应不同范围的雷电流幅值I即可，且可知M1～M8单调递减，其取值根据当前的雷电流幅值以及表1所示区间得到。因此，假设避雷器的绝缘子遭雷击的总次数为n次，第i次雷击给绝缘子所增加的热应力老化系数为Ji，其中下标i的取值为1≤i≤n，则在受到第n次雷击时，可通过下式计算得到当前累计的热应力老化系数为J：
通过上式的计算，当J大于等于1时(即此时对应设定的阈值为1)，表示第n次雷击后热应力老化程度已经很严重，则认为氧化锌电阻片损坏需要更换。
根据实验测量得到的数据，氧化锌电阻片在不同雷电能量下的耐受能力不同。假设雷电能量与雷电能量耐受次数之间的关系参见表示雷电能量E与雷电能量耐受次数NX对应关系的表2所示。
表2
| E(MJ) | 耐受次数 |
| 0-100 | N1 |
| 100-200 | N2 |
| 200-300 | N3 |
| 300-400 | N4 |
| 400-500 | N5 |
| 500-600 | N6 |
| 600-700 | N7 |
| >700 | N8 |
所述雷电能量E的范围与雷电能量耐受次数NX为一一对应的关系，此外，为了分析热融化老化程度，定义热融化老化系数为K，当遭受雷电流冲击时，老化系数增加1/NX，其中表示耐受次数级别的X＝1～8，其取值根据雷电流幅值以及表2所示区间得到。因此，假设避雷器的绝缘子遭雷击次数为n次，第i次雷击给绝缘子所增加的热融化老化系数为Ki，其中下标i的取值为1≤i≤n，则在受到第n次雷击时，可通过下式计算得到当前累计的热融化老化系数为K：
通过上式的计算，当K大于等于1时(即此时对应设定的阈值为1)，表示第n次雷击后热融化老化程度已经很严重，则认为氧化锌电阻片损坏需要更换。
上述的基于K的热融化老化程度和J的热应力老化程度可以同时进行计算和判断，当其中任意一者大于等于1时，则表示氧化锌电阻片老化损坏程度严重，并可发出对应的报警提示，以提示操作人员及时的更换在线工作的防雷防冰闪合成绝缘子，以避免遭受损失。
值得一提的是，冲击电流耐受次MX和雷电能量耐受次数NX是经过统计或者设计经验得到的有效数据，且本发明的方法特别适合于通过计算机软件来实现，故上述防雷防冰闪合成绝缘子在线监测方法可使用带计算机指令的非暂态计算机可读存储介质或者包括处理器的计算机来实现。
本发明的有益效果是：可以实现防雷防冰闪合成绝缘子健康状态的实时监测，为防雷防冰绝缘子的更换提供依据，该方法通过合理的选择各种变量数据多角度的对绝缘子老化状态进行有效地评估，简单易行，可靠性高，且成本低。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种防雷防冰合成绝缘子在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过测量得到流过防雷防冰闪合成绝缘子的雷电流波形数据，且并行地执行步骤2和步骤3；
步骤2：通过雷电流波形数据得到雷电流的伏安特性曲线，经伏安特性曲线计算得到防雷防冰绝缘子两端的雷电残压，并根据雷电残压计算得到防雷防冰闪合成绝缘子两端的雷电能量E，根据雷电能量E与雷电能量耐受次数NX之间的对应关系，计算得到当前累计的热融化老化系数K，随后执行步骤4；设t时刻的雷电流波形为I(t)，根据伏安特性曲线计算得到的t时刻的雷电残压为U(t)，设T表示雷电流持续时间，则流过绝缘子中氧化锌电阻片的雷电能量E为：
所述雷电能量E的范围与雷电能量耐受次数NX为一一对应的关系；当遭受雷电流冲击时，老化系数增加1/NX，其中X表示雷电能量耐受次数级别，设避雷器的绝缘子遭雷击的总次数为n次，第i次雷击给绝缘子所增加的热融化老化系数为Ki，其中下标i的取值为1≤i≤n，则在受到第n次雷击时，可通过下式计算得到当前累计的热融化老化系数K：
步骤3：通过雷电流波形数据得到雷电流幅值，并根据雷电流幅值I与冲击电流耐受次数MX对应关系，计算得到当前的热应力老化系数为J；所述雷电流幅值I的范围与冲击电流耐受次数MX为一一对应的关系；当遭受雷电流冲击时，老化系数增加1/MX，其中X表示冲击电流耐受次数级别；设避雷器的绝缘子遭雷击的总次数为n次，第i次雷击给绝缘子所增加的热应力老化系数为Ji，其中下标i的取值为1≤i≤n，则在受到第n次雷击时，可通过下式计算得到当前累计的热应力老化系数为J：
步骤4：根据热融化老化系数K和/或热应力老化系数J是否超各自所设定的阈值，对绝缘子的老化劣化程度进行判断和监测，并及时提示操作人员更换防雷防冰闪合成绝缘子；当K大于等于1时，表示第n次雷击后热融化老化程度已经很严重，则判断认为绝缘子的氧化锌电阻片损坏需要更换；当J大于等于1时，表示第n次雷击后热应力老化程度已经很严重，则判断认为绝缘子的氧化锌电阻片损坏需要更换。
2.根据权利要求1所述的在线监测方法，其特征在于，所述雷电能量E的范围与雷电能量耐受次数NX的对应关系参见表2：
表2
其中，X为取值1～8的自然数。
3.根据权利要求1所述的在线监测方法，其特征在于，所述雷电流幅值I的范围与冲击电流耐受次数MX的对应关系参见表1：
表1
其中，X为取值1～8的自然数。
4.一种防雷防冰合成绝缘子在线监测装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至3任一项所述的在线监测方法。
5.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至3任一项所述的在线监测方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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