CN112904117A - 计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请示出了计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估系统及方法，控制上位机通过无线信号传输装置将信息传输给温度控制总端，温度控制总端通过处理试验箱温度传感器传输的数据得到模拟试验温度；若所述模拟试验温度满足第一误差范围，则进行多脉冲冲击老化试验，得到多脉冲模拟冲击次数；根据模拟试验温度及多脉冲模拟冲击次数计算基准电流性能I_B以及温度影响因数C_T，进而计算阀片老化因数Q_T；根据阀片老化因数Q_T对避雷器阀片老化情况进行评估。本发明针对多重雷击下不同气温中的避雷器阀片的老化程度进行准确评估，并通过对气温的精确控制，降低了试验误差，更为真实地模拟了实际环境，为在特殊工况下避雷器阀片的设计和制作提供了指导意见。

Description

计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估系统及方法

技术领域

本发明属于电力系统避雷器老化评估技术领域，具体涉及一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估系统及方法。

背景技术

金属氧化锌避雷器的主要作用是抑制电力系统中的雷电过电压，排泄冲击大电流，它对于电力系统的安全以及稳定运行来说，起着至关重要的作用，它的绝缘水平直接反应了电力系统的运行是否安全可靠。但氧化锌避雷器在电力系统中实际运行时，由于受到各种外界条件因素的影响，其绝缘性能会逐步降低，这便会对系统的安全构成严重威胁，因此对于避雷器阀片的老化试验评估的研究是很有必要的。

多重雷击便是使避雷器逐步老化的一个重要因素，其老化机理是，由于各个脉冲冲击的时间间隔均为ms级别，而在短时间内避雷器上产生的热量来不及有效地释放，致使避雷器阀片呈绝热状态，极易发生热击穿。此外，由于避雷器的工作环境一般在室外，不同气温下的避雷器阀片的老化程度也有所不同。目前国内外对避雷器阀片损坏机理的研究都主要集中在单次脉冲电流作用时的情况下，这不能真实地反映出在自然雷击作用下避雷器阀片的电气参数变化，所以迫切需要一种方法，能考虑气温的影响，在多重雷击下对不同温度下的避雷器阀片老化程度进行试验与评估，以供避雷器阀片的设计提供参考意见。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估系统及方法，通过对气温的精确控制，降低了试验误差，更为真实地模拟了实际环境，为在特殊工况下避雷器阀片的设计和制作提供了指导意见。

第一方面，本申请示出了一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估系统，所述系统包括：

控制上位机、无线信号传输装置、温度控制总线、温度控制总端、温度传输信号线、试验箱温度传感器一、试验箱温度传感器二、试验箱温度传感器三、试验箱温度传感器四、温度反馈信号线、温控型多重雷击老化试验箱、自动温控模块、多重雷击信号控制线、多重雷击脉冲发生器、雷电流高压注入电缆、高压试验电极下部、雷电流高压回流电缆、高压试验电极上部以及避雷器氧化锌阀片试品；

所述控制上位机通过无线信号控制所述无线信号传输装置；

所述无线信号传输装置通过温度控制总线与温度控制总端连接；

所述温度控制总端通过温度传输信号线与试验箱温度传感器一、试验箱温度传感器二、试验箱温度传感器三以及试验箱温度传感器四相连接；

所述温度控制总端通过温度反馈信号线与自动温控模块连接；所述自动温控模块在温控型多重雷击老化试验箱内部；

所述试验箱温度传感器一、试验箱温度传感器二、试验箱温度传感器三以及试验箱温度传感器四均设置于所述温控型多重雷击老化试验箱内部；

所述无线信号传输装置通过多重雷击信号控制线与所述多重雷击脉冲发生器连接；

所述多重雷击脉冲发生器通过雷电流高压注入电缆与所述高压试验电极下部连接；

所述多重雷击脉冲发生器通过雷电流高压回流电缆与所述高压试验电极上部连接；

所述高压试验电极下部与高压试验电极上部之间放置避雷器氧化锌阀片试品，所述高压试验电极下部、高压试验电极上部、避雷器氧化锌阀片试品设置于所述温控型多重雷击老化试验箱内部。

第二方面，本申请示出了一种计及气温的避雷器阀片老化试验评估方法，用于多重雷击情况下，所述方法包括以下步骤：

通过控制上位机设置期望试验温度T₁，控制上位机通过无线信号发送温度控制指令至无线信号传输装置；

所述无线信号传输装置通过温度控制总线将温度控制指令传输至温度控制总端；

所述温度控制总端对试验箱温度传感器一、试验箱温度传感器二、试验箱温度传感器三以及试验箱温度传感器四经温度传输信号线传输来的数据进行求数学期望处理，得到模拟试验温度T；

所述温度控制总端通过控制自动温控模块对模拟试验温度T进行调节，使所述模拟试验温度T与所述期望试验温度T₁处于第一误差范围；

若所述模拟试验温度T满足第一误差范围，则进行多脉冲冲击老化试验；

所述多脉冲冲击老化试验步骤为：

控制上位机通过无线信号发送放电试验指令至无线信号传输装置；

所述无线信号传输装置通过多重雷击信号控制线将放电试验指令传输至所述多重雷击脉冲发生器；

所述多重雷击脉冲发生器产生多重雷击脉冲，通过雷电流高压注入电缆、高压试验电极下部、避雷器氧化锌阀片试品、高压试验电极上部、以及雷电流高压回流电缆形成回路，得到多脉冲模拟冲击次数N；

根据模拟试验温度T及多脉冲模拟冲击次数N计算基准电流性能I_B以及温度影响因数C_T；

根据所述基准电流性能I_B以及温度影响因数C_T计算阀片老化因数Q_T；

根据所述阀片老化因数Q_T对避雷器阀片老化情况进行评估

本发明的有益效果在于：

本申请示出的一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估系统能有效模拟避雷器阀片在遭受多脉冲冲击下的真实老化情况；自动温控模块能实现对于避雷器阀片周围气温的精确控制，有利于分析多重雷击下不同温度对于避雷器阀片老化程度的影响关系；计及气温的阀片老化因数对多重雷击下的避雷器阀片老化程度进行更为准确的评估；该试验装置操作简单，安全可靠，对避雷器氧化锌阀片的老化试验具有普适性。

附图说明

为了更清楚的说明申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请示出的一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估系统示意图；

图2为本申请示出的一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估方法示意图。

具体实施方式

参阅图1，图1示出了一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估系统，所述系统包括：

控制上位机1、无线信号传输装置2、温度控制总线3、温度控制总端4、温度传输信号线5、试验箱温度传感器一6、试验箱温度传感器二7、试验箱温度传感器三8、试验箱温度传感器四9、温度反馈信号线10、温控型多重雷击老化试验箱11、自动温控模块12、多重雷击信号控制线13、多重雷击脉冲发生器14、雷电流高压注入电缆15、高压试验电极下16、雷电流高压回流电缆17、高压试验电极上18以及避雷器氧化锌阀片试品19；

所述控制上位机1通过无线信号控制所述无线信号传输装置2；

所述无线信号传输装置2通过温度控制总线3与温度控制总端4连接；

所述温度控制总端4通过温度传输信号线5与试验箱温度传感器一6、试验箱温度传感器二7、试验箱温度传感器三8以及试验箱温度传感器四9相连接；

所述温度控制总端4通过温度反馈信号线10与自动温控模块12连接；所述自动温控模块12在温控型多重雷击老化试验箱内部；

所述与试验箱温度传感器一6、试验箱温度传感器二7、试验箱温度传感器三8以及试验箱温度传感器四9均设置于所述温控型多重雷击老化试验箱11内部；

所述无线信号传输装置2通过多重雷击信号控制线13与所述多重雷击脉冲发生器14连接；

所述多重雷击脉冲发生器14通过雷电流高压注入电缆15与所述高压试验电极下部16连接；

所述多重雷击脉冲发生器14通过雷电流高压回流电缆17与所述高压试验电极上部18连接；

所述高压试验电极下部16与高压试验电极上部18之间放置避雷器氧化锌阀片试品19，所述高压试验电极下16、高压试验电极上18、避雷器氧化锌阀片试品19设置于所述温控型多重雷击老化试验箱11内部。

参阅图2，图2示出了一种计及气温和多重脉冲的避雷器老化试验评估方法，所述方法包括以下步骤：

S1：通过控制上位机设置期望试验温度T₁，控制上位机通过无线信号发送温度控制指令至无线信号传输装置；

S2：所述无线信号传输装置通过温度控制总线将温度控制指令传输至温度控制总端；

S3：所述温度控制总端对试验箱温度传感器一、试验箱温度传感器二、试验箱温度传感器三以及试验箱温度传感器四经温度传输信号线传输来的数据进行求数学期望处理，得到模拟试验温度T；

S4：所述温度控制总端通过控制自动温控模块对模拟试验温度T进行调节，使所述模拟试验温度T与所述期望试验温度T₁处于第一误差范围；所述第一误差范围为小于0.5％；

在一可行性实施例中，温度控制总端将模拟试验温度T与期望试验温度T₁进行比较，若T小于T₁，则对温控型多重雷击老化试验箱进行升温处理，若T大于T₁，则对温控型多重雷击老化试验箱进行降温处理，所述温控型多重雷击老化试验箱通过温度反馈信号线向温度控制总端反馈温度信息；

若所述模拟试验温度T满足第一误差范围，则进行多脉冲冲击老化试验。

S5：所述多脉冲冲击老化试验步骤为：

控制上位机通过无线信号发送放电试验指令至无线信号传输装置；

所述无线信号传输装置通过多重雷击信号控制线将放电试验指令传输至所述多重雷击脉冲发生器；

所述多重雷击脉冲发生器产生多重雷击脉冲，通过雷电流高压注入电缆、高压试验电极下部、避雷器氧化锌阀片试品、高压试验电极上部、以及雷电流高压回流电缆形成回路，得到多脉冲模拟冲击次数N；所述多重雷击脉冲，其单脉冲波形为8/20μs，产生的首个脉冲峰值为20kA，后续8个脉冲峰值为10kA，最后一个脉冲峰值为20kA。

在一可行性实施例中，相邻两次多重雷击脉冲模拟冲击间隔时间为半小时，以使得避雷器氧化锌阀片试品冷却至模拟试验温度T。

S6：根据模拟试验温度T及多脉冲模拟冲击次数N计算基准电流性能I_B以及温度影响因数C_T；

所述计算基准电流性能I_B的公式为：

其中，N为多脉冲模拟冲击次数。

所述计算温度影响因数C_T的公式为：

其中，T为模拟试验温度，单位为摄氏度。

S7：根据所述基准电流性能I_B以及温度影响因数C_T计算阀片老化因数Q_T；

所述计算阀片老化因数Q_T的公式为：

其中，N为多脉冲模拟冲击次数，T为模拟试验温度，单位为摄氏度，exp为高等数学中以自然常数e为底的指数函数。

S8：根据所述阀片老化因数Q_T对避雷器阀片老化情况进行评估；评估方法为：

当Q_T取值∈(0，0.3]时，表明该避雷器阀片的老化程度较低，此时避雷器阀片仍可正常使用；

当Q_T取值∈(0.3，1]时，表明该避雷器阀片的老化程度为中等，此时避雷器阀片需要立即检修；

当Q_T取值∈(1，+∞)时，表明该避雷器阀片的老化程度极为严重，此时避雷器阀片需要立即更换。

其中所述Q_T取值范围为(0，+∞)。

本申请示出的一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估系统及方法能有效模拟避雷器阀片在遭受多脉冲冲击下的真实老化情况；自动温控模块能实现对于避雷器阀片周围气温的精确控制，有利于分析多重雷击下不同温度对于避雷器阀片老化程度的影响关系；计及气温的阀片老化因数对多重雷击下的避雷器阀片老化程度进行更为准确的评估；该试验装置操作简单，安全可靠，对避雷器氧化锌阀片的老化试验具有普适性。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估系统，其特征在于，所述系统包括：

控制上位机(1)、无线信号传输装置(2)、温度控制总线(3)、温度控制总端(4)、温度传输信号线(5)、试验箱温度传感器一(6)、试验箱温度传感器二(7)、试验箱温度传感器三(8)、试验箱温度传感器四(9)、温度反馈信号线(10)、温控型多重雷击老化试验箱(11)、自动温控模块(12)、多重雷击信号控制线(13)、多重雷击脉冲发生器(14)、雷电流高压注入电缆(15)、高压试验电极下部(16)、雷电流高压回流电缆(17)、高压试验电极上部(18)以及避雷器氧化锌阀片试品(19)；

所述控制上位机(1)通过无线信号控制所述无线信号传输装置(2)；

所述无线信号传输装置(2)通过温度控制总线(3)与温度控制总端(4)连接；

所述温度控制总端(4)通过温度传输信号线(5)与试验箱温度传感器一(6)、试验箱温度传感器二(7)、试验箱温度传感器三(8)以及试验箱温度传感器四(9)相连接；

所述温度控制总端(4)通过温度反馈信号线(10)与自动温控模块(12)连接；所述自动温控模块(12)设置于温控型多重雷击老化试验箱(11)内部；

所述试验箱温度传感器一(6)、试验箱温度传感器二(7)、试验箱温度传感器三(8)以及试验箱温度传感器四(9)均设置于所述温控型多重雷击老化试验箱(11)内部；

所述无线信号传输装置(2)通过多重雷击信号控制线(13)与所述多重雷击脉冲发生器(14)连接；

所述多重雷击脉冲发生器(14)通过雷电流高压注入电缆(15)与所述高压试验电极下部(16)连接；

所述多重雷击脉冲发生器(14)通过雷电流高压回流电缆(17)与所述高压试验电极上部(18)连接；

所述高压试验电极下部(16)与高压试验电极上部(18)之间放置避雷器氧化锌阀片试品(19)，所述高压试验电极下部(16)、高压试验电极上部(18)、避雷器氧化锌阀片试品(19)设置于所述温控型多重雷击老化试验箱(11)内部。

2.一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

通过控制上位机设置期望试验温度T₁，控制上位机通过无线信号发送温度控制指令至无线信号传输装置；

所述无线信号传输装置通过温度控制总线将温度控制指令传输至温度控制总端；

所述温度控制总端对试验箱温度传感器一、试验箱温度传感器二、试验箱温度传感器三以及试验箱温度传感器四经温度传输信号线传输来的数据进行求数学期望处理，得到模拟试验温度T；

所述温度控制总端通过控制自动温控模块对模拟试验温度T进行调节，使所述模拟试验温度T与所述期望试验温度T₁处于第一误差范围；

若所述模拟试验温度满足第一误差范围，则进行多脉冲冲击老化试验；

所述多脉冲冲击老化试验步骤为：

控制上位机通过无线信号发送放电试验指令至无线信号传输装置；

所述无线信号传输装置通过多重雷击信号控制线将放电试验指令传输至所述多重雷击脉冲发生器；

所述多重雷击脉冲发生器产生多重雷击脉冲，通过雷电流高压注入电缆、高压试验电极下部、避雷器氧化锌阀片试品、高压试验电极上部以及雷电流高压回流电缆形成回路，得到多脉冲模拟冲击次数N；

根据模拟试验温度T及多脉冲模拟冲击次数N计算基准电流性能I_B以及温度影响因数C_T；

根据所述基准电流性能I_B以及温度影响因数C_T计算阀片老化因数Q_T；

根据所述阀片老化因数Q_T对避雷器阀片老化情况进行评估。

3.根据权利要求2所述的一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估方法，其特征在于，所述第一误差范围为小于0.5％。

4.根据权利要求2所述的一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估方法，其特征在于，所述多重雷击脉冲发生器产生的多重雷击脉冲，其单脉冲波形为8/20μs，产生的首个脉冲峰值为20kA，后续8个脉冲峰值为10kA，最后一个脉冲峰值为20kA。

5.根据权利要求2所述的一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估方法，其特征在于，所述计算基准电流性能I_B的公式为：

6.根据权利要求2所述的一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估方法，其特征在于，所述计算温度影响因数C_T的公式为：

7.根据权利要求2所述的一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估方法，其特征在于，所述计算阀片老化因数Q_T的公式为：

8.根据权利要求7所述的一种计及气温和多重雷击的避雷器老化试验评估方法，其特征在于，所述根据所述阀片老化因数Q_T对避雷器阀片老化情况进行评估的方法为：

当Q_T取值∈(0，0.3]时，表明该避雷器阀片的老化程度较低，此时避雷器阀片仍可正常使用；

当Q_T取值∈(0.3，1]时，表明该避雷器阀片的老化程度为中等，此时避雷器阀片需要立即检修；

当Q_T取值∈(1，+∞)时，表明该避雷器阀片的老化程度极为严重，此时避雷器阀片需要立即更换。

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