CN110940931A - 一种避雷器泄漏电流在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种避雷器泄漏电流在线监测系统及方法，其中系统包括阻性电流监测电路、监测仪表和监测终端，阻性电流监测电路的输入端与避雷器的接地引下线连接，输出端与监测仪表的输入端连接，监测仪表的输出端与监测终端连接；其中方法包括：采集初始状态的红外热成像图和阻性电流，监测到的阻性电流与初始状态的阻性电流对比判断是否存在缺陷或故障，采集到的红外热成像图与初始状态的红外热成像图对比定位缺陷或故障点。本发明解决了现有技术中避雷器泄漏电流在线监测系统及方法检测灵敏度低的问题，本发明可靠性高，无需任何附加电子元件，检测灵敏度高；成本低廉；巧妙利用了闲置交流毫伏表；能够定位缺陷或故障点。

Description

一种避雷器泄漏电流在线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及电气监控技术领域，尤其涉及一种避雷器泄漏电流在线监测系统及方法。

背景技术

氧化锌避雷器在电力行业应用十分广泛，然而由于避雷器的设计制造工艺，也经常发生避雷器早期老化，甚至在工频电压下击穿，引起设备跳闸的事故。对此问题，避雷器在线监测技术应运而生，然而现有技术的避雷器检测方案，还存在不少不足之处，首先是残压大，现有技术的避雷器监视表均为串联型，表计本身也有较大的阻抗，从而对避雷器放电保护能力产生影响；其次是成本与监视性能不能两全，一般成本较低的监视表采用全电流监视，然而避雷器正常运行时流过的大部分电流为容性电流，阻性电流分量增大后表计读数变化不明显，反应故障特征电流的灵敏度较低，较先进的监测表采用阻性电流检测原理，能够较灵敏地反应故障特征电流，然而其原理复杂成本高昂；最后是自动化程度低，现有的避雷器检测技术绝大部分采用接地引下线串联模式，由于担心高电压侵入波进入二次系统，一般不敢与变电站自动化接口单元连接，因此避雷器的运行工况无法接入自动化监控系统，长期依赖人工检查，费时费力。因此，研发一种同时满足检测灵敏度高、成本低廉、可接入自动化系统的避雷器监测方案，意义重大。

例如，中国专利文献CN202975140U公开了“开关柜避雷器泄漏电流的检测系统”，包含：电池，还包含通过所述电池供电的：屏蔽环，所述的屏蔽环套设在外部待检测的避雷器本体上，其对应于避雷器内部芯体的下部；检测仪，所述的检测仪的一端连接避雷器本体，其另一端接地；模数转换器，所述的模数转换器的输入端与检测仪的输出端相连；控制器，所述的控制器的输入端与模数转换器的输出端相连；显示装置，所述的显示装置与控制器的输出端相连。上述专利文献只能够检测出避雷器泄露电流的全电流，无法检测到避雷器泄露电流中的阻性电流，检测灵敏度低，不能较早发现缺陷和故障。

发明内容

本发明主要解决现有的避雷器泄漏电流在线监测系统及方法检测灵敏度低的技术问题；提供一种避雷器泄漏电流在线监测系统及方法，能够直接检测出避雷器中的阻性电流，检测灵敏度高。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的一种避雷器泄露电流在线监测系统，包括阻性电流监测电路、监测仪表和监测终端，所述阻性电流监测电路的输入端与避雷器的接地引下线连接，所述阻性电流监测电路的输出端与监测仪表的输入端连接，所述监测仪表的输出端与监测终端连接。

阻性电流监测电路实时监测避雷器泄露电流中的阻性电流，并将监测到的阻性电流在监测仪表显示，同时将监测到的阻性电流传输至监测终端，与避雷器未出现缺陷或故障时避雷器中的阻性电流进行比对，判断避雷器是否出现缺陷或故障，本发明能够直接检测出避雷器泄露电流中的阻性电流，检测灵敏度高，能够较早发现避雷器的缺陷或故障。

作为优选，所述的阻性电流监测电路包括电流互感器，所述电流互感器与三相避雷器的接地引下线钳夹连接，所述电流互感器二次侧接成开口三角形接线，所述开口三角形接线的开口接线端与监测仪表的输入端连接。

利用三相对称电力系统各相避雷器泄漏电流的零序分量向量关系，采用电流互感器通过不接触钳夹方式获取电流信号，然后在二次侧接成开口三角形形式，这样对避雷器泄漏电流监测干扰最大的电容电流就因为三相对称而被抵消，反应避雷器老化的三次谐波分量则被放大，这使得在不附加任何电子有源或无源滤波电路的条件下，采用电流互感器就得到了纯净的阻性电流（避雷器缺陷或故障特征电流分量），检测灵敏度高，同时还大幅度提升了监测电路的可靠性。同时电流互感器能够有效隔离二次电气设备与高压电器装置，使得避雷器可以通过电流互感器与二次电气设备连接，即可以与监测终端连接，也避免了现有避雷器检测技术的残压问题。且三相避雷器中一旦一相避雷器故障，反应其异常的三次谐波将急剧增大，从而可以非常灵敏地检测避雷器潜在的故障隐患。

作为优选，所述的电流互感器为开口电流互感器。

开口电流互感器安装方便，无须拆一次母线，亦可带电操作，不影响正常用电，可以节省人力、物力、财力，提高效率。

作为优选，所述的监测仪表为交流毫伏表，所述交流毫伏表的信号输入端与所述的阻性电流监测电路的输出端连接，所述交流毫伏表的信号放大输出端与所述监测终端连接。

通过电流互感器检测到的避雷器阻性电流均为微安级，一般的表计无法测量，而交流毫伏表能够测量该种弱信号，即电流互感器检测到的阻性电流的电流信号通过交流毫伏表的信号输入端进入交流毫伏表，通过交流毫伏表内部的电阻将阻性电流转换成电压并在交流毫伏表上显示，电压的大小能够直观的反应阻性电流的大小值（电压对应电流互感器检测到的阻性电流），同时还能通过交流毫伏表的放大输出功能，将电压放大后接入监测终端数据采集单元，用于缺陷或故障判断以及远程监控。同时现有的传统的模拟型交流毫伏表由于缺乏数字接口、存储功能被淘汰，本发明将被淘汰的交流毫伏表利用起来，既可以减少成本的支出，又可以物尽其用。

作为优选，所述的监测终端包括数据采集单元、显示单元、报警单元和微处理器，所述数据采集单元、显示单元和报警单元均与微处理器连接，所述数据采集单元与所述的监测仪表输出端连接。

数据采集单元用于接收阻性电流的电流信号，微处理器用于处理分析数据采集单元接收的阻性电流的电流信号，并判断避雷器是否存在缺陷或故障，显示单元用于显示阻性电流大小和判断结果，报警单元用于发出警报，提示监测人员避雷器存在缺陷或故障。

作为优选，所述的监测终端还包括通讯单元，所述通讯单元与所述的微处理器连接。

微处理器通过通讯单元将存在缺陷或故障的避雷器信息和避雷器中缺陷和故障点所在的定位示意图发送到离现场最近的工作人员的手持设备中，便于工作人员及时前往维修，减少损失。

作为优选，所述的避雷器泄漏电流在线监测系统还包括受监测终端控制的红外热成像装置，所述的红外热成像装置与监测终端之间通过无线方式连接。

红外热成像装置采集避雷器的红外热成像图，并发送给监测终端，监测终端将采集的避雷器红外热成像图与未出现缺陷或故障的避雷器的红外热成像图进行比对，找出避雷器缺陷或故障所在位置，便于工作人员进行维修，减少了工作人员非必要的缺陷或故障点排除时间；红外热成像装置受监测终端控制，在不需要使用的时候关闭，可以节约能源。

本发明的一种避雷器泄露电流在线监测方法，包括下列步骤：

S1、采集安装在电网中的避雷器在初始状态下的红外热成像图和流经避雷器的阻性电流值，所述初始状态指避雷器新安装到电网中，未出现任何故障时的状态；

S2、采用阻性电流监测电路实时监测流经避雷器的阻性电流，并在监测仪表显示，同时将监测到的阻性电流传输到监测终端；

S3、监测终端将监测到的阻性电流与初始状态下的阻性电流进行比对，若监测到的阻性电流大于初始状态下的阻性电流，则进行步骤S4，反之则继续监测；

S4、监测终端控制避雷器所在位置的红外热成像装置启动，对避雷器进行红外热成像图的采集；

S5、监测终端将采集的红外热成像图与初始状态下的红外热成像图进行比对，找出避雷器中的故障位置。

阻性电流监测电路实时监测避雷器泄露电流中的阻性电流，并将监测到的阻性电流在监测仪表显示，同时将监测到的阻性电流传输至监测终端，与避雷器未出现缺陷或故障时避雷器中的阻性电流进行比对，判断避雷器是否出现缺陷或故障，本发明能够直接检测出避雷器泄露电流中的阻性电流，检测灵敏度高，能够较早发现避雷器的缺陷或故障。将采集的避雷器红外热成像图与未出现缺陷或故障的避雷器的红外热成像图进行比对，找出避雷器缺陷或故障所在位置，便于工作人员进行维修，减少了工作人员非必要的缺陷或故障点排除时间。红外热成像装置受监测终端控制，在不需要使用的时候关闭，可以节约能源。

本发明的有益效果是：1）可靠性高，无需任何附加电子元件，检测灵敏度高：本发明充分利用三相对称电力系统各相避雷器泄漏电流的零序分量向量关系，采用电流互感器通过不接触钳夹方式获取电流信号，然后在二次侧接成开口三角形形式，这样对避雷器泄漏电流监测干扰最大的电容电流就因为三相对称而被抵消，反应避雷器老化的三次谐波分量则被放大，这使得在不附加任何电子有源或无源滤波电路的条件下，采用电流互感器就得到了纯净的阻性电流（避雷器缺陷或故障特征电流分量），检测灵敏度高，同时还大幅度提升了监测电路的可靠性；2）成本低廉：整个阻性电流监测电路只有电流互感器这一种电气元器件；3）无残压：电流互感器能够有效隔离二次电气设备与高压电器装置，使得避雷器可以通过电流互感器与二次电气设备连接，避免了现有避雷器检测技术的残压问题；4）巧妙利用了闲置交流毫伏表：传统的模拟型交流毫伏表由于缺乏数字接口、存储功能被淘汰，本发明利用了淘汰的交流毫伏表，既可以减少成本的支出，又可以物尽其用；5）缺陷或故障点的定位：将采集的避雷器红外热成像图与未出现缺陷或故障的避雷器的红外热成像图进行比对，找出避雷器缺陷或故障所在位置，便于工作人员进行维修，减少了工作人员非必要的缺陷或故障点排除时间。

附图说明

图1是本发明的一种系统结构示意图。

图中1. 开口电流互感器，2. 交流毫伏表，3. 监测终端，4. 红外热成像装置，31.数据采集单元， 32. 显示单元，33. 报警单元，34. 控制单元，35. 微处理器，36.通讯单元。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种避雷器泄漏电流在线监测系统，如图1所示，包括开口电流互感器1、交流毫伏表2、监测终端3和红外热成像装置4，监测终端包括数据采集单元31、显示单元32、报警单元33、控制单元34、微处理器35和通讯单元36，开口电流互感器共有三个，三个开口电流互感器分别钳夹在所需要检测的A/B/C三相的避雷器接地引下线上，开口电流互感器二次侧接成开口三角形接线，其开口接线端与交流毫伏表的信号输入端相连，交流毫伏表的电源输入端与变电站站用电系统相连，交流毫伏表的信号放大输出端与数据采集单元的输入端相连，数据采集单元的输出端与微处理器的输入端相连，显示单元、报警单元、控制单元和通讯单元的输入端均与微处理器的输出端相连，红外热成像装置与微处理器之间通过无线方式连接，控制单元用于控制红外热成像装置的启动和关闭，通讯单元用于将存在缺陷或故障的避雷器信息和避雷器中缺陷和故障点所在的定位示意图发送到离现场最近的工作人员的手持设备中，在本实施例中，显示单元是液晶显示屏，报警单元是声光报警器，所述的无线方式包括WIFI、5G、4G这几种方式之一。

利用三相对称电力系统各相避雷器泄漏电流的零序分量向量关系，用开口电流互感器通过不接触钳夹方式获取电流信号，然后将开口电流互感器二次侧接成开口三角形接线形式，因此对避雷器泄漏电流检测干扰最大的电容电流，因为三相对称而被抵消，反应避雷器缺陷或故障的三次谐波分量则被放大，即采用三个开口电流互感器就得到了纯净的阻性电流（避雷器缺陷或故障特征电流分量），电流互感器检测到的阻性电流的电流信号通过交流毫伏表的信号输入端进入交流毫伏表，通过交流毫伏表内部的电阻将阻性电流转换成电压并在交流毫伏表上显示，电压的大小能够直观的反应阻性电流的大小值（电压对应电流互感器检测到的阻性电流），同时还能通过交流毫伏表的放大输出功能，将电压放大后接入监测终端数据采集单元，数据采集单元将电压传输至微处理器，微处理器将监测到的电压与初始状态（初始状态指避雷器新安装到电网中，未出现任何故障时的状态）下的电压进行比对，若监测到的电压大于初始状态下的电压，则控制单元控制避雷器所在位置的红外热成像装置启动，对避雷器进行红外热成像图的采集，红外热成像装置将采集到的红外热成像图通过无线方式传输至微处理器，微处理器将采集的红外热成像图与初始状态下的红外热成像图进行比对，两张图之间具有差异的位置即避雷器中的缺陷或故障位置，找出缺陷或故障位置后，报警单元发出警报，提醒监测人员避雷器出现缺陷或故障，通讯单元将存在缺陷或故障的避雷器信息和避雷器中缺陷和故障点所在的定位示意图发送到离现场最近的工作人员的手持设备中，通知工作人员前往维修。

三相避雷器中一旦一相避雷器故障，反应其异常的三次谐波将急剧增大，从而可以非常灵敏地检测避雷器潜在的故障隐患。

本实施例的一种避雷器泄漏电流在线监测方法，包括下列步骤：

S1、采集安装在电网中的避雷器在初始状态下的红外热成像图和流经避雷器的阻性电流，所述初始状态指避雷器新安装到电网中，未出现任何故障时的状态；

S2、采用阻性电流监测电路实时监测流经避雷器的阻性电流，并在监测仪表显示，同时将监测到的阻性电流传输到监测终端；

S3、监测终端将监测到的阻性电流与初始状态下的阻性电流进行比对，若监测到的阻性电流大于初始状态下的阻性电流，则进行步骤S4，反之则继续监测；

S4、监测终端控制避雷器所在位置的红外热成像装置启动，对避雷器进行红外热成像图的采集，红外热成像装置将采集到的红外热成像图通过无线方式传输到监测终端；

S5、监测终端利用图像比对技术将采集的红外热成像图与初始状态下的红外热成像图进行比对，找出避雷器中的故障位置，并将存在缺陷或故障的避雷器信息和避雷器中缺陷和故障点所在的定位示意图发送到离现场最近的工作人员的手持设备中，通知工作人员前往维修。

Claims (8)

1.一种避雷器泄漏电流在线监测系统，其特征在于包括阻性电流监测电路、监测仪表和监测终端，所述阻性电流监测电路的输入端与避雷器的接地引下线连接，所述阻性电流监测电路的输出端与监测仪表的输入端连接，所述监测仪表的输出端与监测终端连接。

2.根据权利要求1所述的一种避雷器泄漏电流在线监测系统，其特征在于所述阻性电流监测电路包括电流互感器，所述电流互感器与三相避雷器的接地引下线钳夹连接，所述电流互感器二次侧接成开口三角形接线，所述开口三角形接线的开口接线端与监测仪表的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种避雷器泄漏电流在线监测系统，其特征在于所述的电流互感器为开口电流互感器。

4.根据权利要求1所述的一种避雷器泄漏电流在线监测系统，其特征在于所述的监测仪表为交流毫伏表，所述交流毫伏表的信号输入端与所述的阻性电流监测电路的输出端连接，所述交流毫伏表的信号放大输出端与所述监测终端连接。

5.根据权利要求1所述的一种避雷器泄漏电流在线监测系统，其特征在于所述的监测终端包括数据采集单元、显示单元、报警单元和微处理器，所述数据采集单元、显示单元和报警单元均与微处理器连接，所述数据采集单元与所述的监测仪表输出端连接。

6.根据权利要求5所述的一种避雷器泄漏电流在线监测系统，其特征在于所述的监测终端还包括通讯单元，所述通讯单元与所述的微处理器连接。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种避雷器泄漏电流在线监测系统，其特征在于还包括受监测终端控制的红外热成像装置，所述的红外热成像装置与监测终端之间通过无线方式连接。

8.一种避雷器泄漏电流在线监测方法，采用权利要求7所述系统，其特征在于包括下列步骤：

S1、采集安装在电网中的避雷器在初始状态下的红外热成像图和流经避雷器的阻性电流值，所述初始状态指避雷器新安装到电网中，未出现任何故障时的状态；

S2、采用阻性电流监测电路实时监测流经避雷器的阻性电流，并在监测仪表显示，同时将监测到的阻性电流传输到监测终端；

S3、监测终端将监测到的阻性电流与初始状态下的阻性电流进行比对，若监测到的阻性电流大于初始状态下的阻性电流，则进行步骤S4，反之则继续监测；

S4、监测终端控制避雷器所在位置的红外热成像装置启动，对避雷器进行红外热成像图的采集；

S5、监测终端将采集的红外热成像图与初始状态下的红外热成像图进行比对，找出避雷器中的故障位置。

Images