CN113064013A - 一种避雷器状态监测方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种避雷器状态监测方法、装置及系统。其中，避雷器状态监测方法包括：基于环境湿度数据、温度数据以及避雷器的表面状态数据构建避雷器等效电容预测方程；获取当前的环境湿度、温度以及避雷器当前的表面状态，并根据当前的环境湿度、温度、表面状态以及避雷器等效电容预测方程计算避雷器的等效电容；根据电压互感器的电压以及等效电容计算容性电流，获取避雷器的泄露电流，根据泄露电流、容性电流计算避雷器的阻性电流，根据阻性电流判断避雷器的状态。

Description

一种避雷器状态监测方法、装置及系统

技术领域

本发明实施例涉及电网技术，尤其涉及一种避雷器状态监测方法、装置及系统。

背景技术

氧化锌避雷器是一种用来保护电力设备的装置，氧化锌避雷器电阻具有非线性特性，在正常电压下流过避雷器的电流极小，而在过电压下氧化锌避雷器电阻迅速减小，能量得到快速释放，起到了保护电力设备的作用。氧化锌避雷器结构简单、体积小、通流能力强，在电力系统中受到了广泛的应用。

氧化锌避雷器在运行中会出现老化，受潮等情况，导致泄露电流增大、避雷器发热，严重时避雷器会发生爆炸。因此，必须对氧化锌避雷器的运行状态进行监控。目前避雷器状态监测主要基于避雷器下方安装的毫安表，根据毫安表测量的泄露电流的大小判断避雷器状态。泄露电流包含了流过避雷器等效电阻的阻性电流以及流过避雷器等效电容的容性电流，正常电压下，阻性电流非常小，通常只占泄露电流不到10％，而反映避雷器状态的却是阻性电流，因此，实现避雷器阻性电流的测量是监测避雷器状态的关键，目前对氧化锌避雷器阻性电流的计算主要有容性电流补偿法、三次谐波法以及基波法。

容性电流补偿法主要通过外部施加一个等幅反向的容性电流，抵消避雷器容性电流，从而得到阻性电流。该方法需要采集PT二次电压信号，得到电压信号的相位，把电压相位超前90°就是容性电容相位，接着反复调节电流的大小，使得总泄露电流达到最小。当泄露电流最小时，说明容性电流被完全补偿掉了，剩下的就是阻性电流。该方法需要同步时钟来同步采集电压信号与泄露电流信号，且同步时钟与信号采集设备的精度直接决定了该方法的精度。另外，电网谐波也会对该方法造成干扰。

三次谐波法的根据是DL/T987-2005标准提出的阻性电流基波与三次谐波存在数量关系，通过滤波得到三次谐波波形，进而求得阻性电流。该方法的优点在于无需电压参考信号，但同时局限性也十分明显。首先，每个避雷器都存在差异，无法保证阻性电流基波与三次谐波存在固定的数量关系。其次，电网谐波含量也会对该方法产生严重的影响。在谐波污染日益严重的背景下，电网三次谐波会严重干扰该方法的精度。

基波法利用的是基波电压与泄露电流存在的相位差，根据此相位差实现阻性电流分解。该方法同容性电流补偿法，需要引入同步相位的电压信号，因此需要时钟同步设备。其次，波形谐波含量也会对该方法的测量产生影响，因此对滤波装置与算法的要求也比较高。

发明内容

本发明提供一种避雷器状态监测方法、装置及系统，以达到准确判断避雷器老化状态的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种避雷器状态监测方法，基于环境湿度数据、温度数据以及避雷器的表面状态数据构建避雷器等效电容预测方程；

获取当前的环境湿度、温度以及所述避雷器当前的表面状态，并根据当前的环境湿度、温度、表面状态以及所述避雷器等效电容预测方程计算所述避雷器的等效电容；

根据电压互感器的电压以及所述等效电容计算容性电流，获取所述避雷器的泄露电流，根据所述泄露电流、所述容性电流计算所述避雷器的阻性电流，根据所述阻性电流判断所述避雷器的状态。

进一步的，所述避雷器等效电容预测方程为线性方程；

设定环境湿度数据、温度数据以及表面状态数据，通过试验获取指定环境湿度、温度以及表面状态下的等效电容值；

根据设定的环境湿度数据、温度数据、表面状态数据以及对应的等效电容值求解所述线性方程中的系数。

进一步的，还包括基于所述避雷器等效电容预测方程计算等效电容的残差；

若一项所述残差超过设定的范围，则剔除与之对应的一组环境湿度数据、温度数据以及表面状态数据后，重新求解所述线性方程中的系数。

进一步的，还包括获取所述避雷器工作状态下的等效电容测量值；

根据所述等效电容测量值更新所述避雷器等效电容预测方程。

进一步的，在所述避雷器处于工作状态时，周期性的获取所述等效电容测量值；

周期性的根据所述等效电容测量值更新所述避雷器等效电容预测方程。

进一步的，按照季度或年获取所述等效电容测量值。

第二方面，本发明实施例还提供了一种避雷器状态监测装置，包括：

预测方程构建单元，用于基于环境湿度数据、温度数据以及避雷器的表面状态数据构建避雷器等效电容预测方程；

避雷器状态预测单元，用于获取当前的环境湿度、温度以及所述避雷器当前的表面状态，并根据当前的环境湿度、温度、表面状态以及所述避雷器等效电容预测方程计算所述避雷器的等效电容，根据电压互感器的电压以及所述等效电容计算容性电流，获取所述避雷器的泄露电流，根据所述泄露电流、所述容性电流计算所述避雷器的阻性电流，根据所述阻性电流判断所述避雷器的状态。

进一步的，所述避雷器等效电容预测方程为线性方程。

第三方面，本发明实施例还提供了一种避雷器状态监测系统，包括控制器、湿度传感器、温度传感器、光纤传感器；

所述湿度传感器、温度传感器、光纤传感器分别用于获取当前的环境湿度、温度以及所述避雷器当前的表面状态；

所述控制器用于根据当前的环境湿度、温度、表面状态以及避雷器等效电容预测方程计算避雷器的等效电容；根据电压互感器的电压以及所述等效电容计算容性电流，获取所述避雷器的泄露电流，根据所述泄露电流、所述容性电流计算所述避雷器的阻性电流，根据所述阻性电流判断所述避雷器的状态。

进一步的，还包括无线通信模块；

所述无线通信模块用于与所述控制器交互，向所述控制器传输所述环境湿度、温度、表面状态以及所述电压互感器的电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的避雷器状态监测方法基于环境湿度数据、温度数据以及避雷器的表面状态数据构建避雷器等效电容预测方程，通过避雷器等效电容预测方程计算避雷器的等效电容值。由于计算等效电容时，使用避雷器的表面状态数据，因此可以大大提高计算出的等效电容的精度。计算出等效电容后，基于电压互感器施加在避雷器上的PT电压，可以计算出避雷器的容性电流，基于容性电流和避雷器的泄露电流可以计算出避雷器的阻性电流，由于计算出的容性电流的精度较高，因此计算出的阻性电流也具有较高的精度，由于阻性电流可以准确反映避雷器的状态，因此，通过本申请提出的避雷器状体监测方法可以准确判断避雷器的状态。

附图说明

图1是实施例中的避雷器状态监测方法流程图；

图2是避雷器等效电路结构示意图；

图3是实施例中的另一种避雷器状态监测方法流程图；

图4是实施例中的避雷器状态监测装置结构图；

图5是实施例中的避雷器状态监测系统结构图；

图6是实施例中的另一种避雷器状态监测系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是实施例中的避雷器状态监测方法流程图，参考图1，本实施例提出一种避雷器状态监测方法，包括：

S101.基于环境湿度数据、温度数据以及避雷器的表面状态数据构建避雷器等效电容预测方程。

示例性的，本实施例中，避雷器的表面状态数据可以为避雷器表面的污秽程度、磨损程度、腐蚀程度等。

示例性的，本实施例中，避雷器为氧化锌避雷器(Metal Oxide Arrester，MOA)，图2是避雷器等效电路结构示意图，参考图2，氧化锌避雷器的等效电路由非线性电阻及电容并联而成，避雷器等效电容预测方程用于计算等效电路中电容的容值。

示例性的，本实施例中，设定避雷器等效电容预测方程的一般形式为：

y＝f(x₁,x₂,x₃)

上式中，y为电容值，x₁为环境湿度，x₂温度，x₃避雷器的表面状态。

本实施例中，构建避雷器等效电容预测方程时，设定包含若干组环境湿度数据、温度数据、表面状态数据的数据集，通过试验的方式测量一组环境湿度数据、温度数据、表面状态数据条件下电容的等效电容值。

示例性的，可以基于设定的数据集以及通过测量获取的等效电容值，通过数据拟合的方式得到避雷器等效电容预测方程；也可以将数据集作为训练样本，配合相应的等效电容值训练神经网络模型，将训练好的神经网络模型作为避雷器等效电容预测方程。

示例性的，本实施例中，可以在避雷器装配使用前完成避雷器等效电容预测方程的构建。

作为一种可选方案，本步骤中，设定避雷器等效电容预测方程的形式为：

y＝K₁x₁+K₂x₂+K₃x₃

示例性的，上述避雷器等效电容预测方程为线性方程，可以基于设定的数据集以及通过测量获取的等效电容值，通过最小二乘法确定避雷器等效电容预测方程中的系数K₁、K₂和K₃。

示例性的，将设定的数据集和测量获取的等效电容值带入避雷器等效电容预测方程中可以形成避雷器等效电容预测方程组，将避雷器等效电容预测方程组用下式表示：

f(x)＝Ax

式中，A为包含设定数据集的M×N维矩阵，x为M×1矩阵，x为待求解的系数K₁、K₂、K₃形成的矩阵。

将上述避雷器等效电容预测方程组的方差表示为：

E＝(y-Ax)^T(y-Ax)

求解E最小时，系数K₁、K₂、K₃的取值。

作为一种可实施方案，得到避雷器等效电容预测方程后，还可以将设定的数据集中的环境湿度数据、温度数据、表面状态数据依次带入避雷器等效电容预测方程中，得到对应的等效电容计算值，将等效电容计算值与该组环境湿度数据、温度数据、表面状态数据对应的测量得出的等效电容值相比较，得到等效电容的残差，若一项残差超过设定的范围，则剔除与之对应的一组环境湿度数据、温度数据以及表面状态数据后，重新求解避雷器等效电容预测方程中的系数K₁、K₂、K₃。

剔除残差超过设定范围的数据，重新构建避雷器等效电容预测方程可以提高避雷器等效电容预测方程的精度。

示例性的，本实施例中，避雷器的等效电容可以分为A相电容、B相电容以及C相电容，针对每相电容可以分别建立A相避雷器等效电容预测方程，B相避雷器等效电容预测方程以及C相避雷器等效电容预测方程，在避雷器装备使用后根据每相避雷器等效电容预测方程计算对应相电容的等效电容值。

S102.获取当前的环境湿度、温度以及避雷器当前的表面状态，并根据当前的环境湿度、温度、表面状态以及避雷器等效电容预测方程计算避雷器的等效电容。

示例性的，本步骤中，获取避雷器正常使用过程中所处环境的环境湿度、温度以及避雷器的表面状态，将获取的环境湿度、温度以及避雷器的表面状态带入避雷器等效电容预测方程中，求取避雷器对应的等效电容值。

S103.根据电压互感器的电压以及等效电容计算容性电流，获取避雷器的泄露电流，根据泄露电流、容性电流计算避雷器的阻性电流，根据阻性电流判断避雷器的状态。

结合图1，本步骤中，电压互感器在避雷器上施加PT电压，通过步骤S102求取的等效电容值以及PT电压可以求取通过避雷器等效电容的容性电流，获取通过避雷器的泄露电流后，可以求取阻性电流，其中采用的公式为：

上式中，I_x为泄露电流，I_r为阻性电流，I_c为容性电流。

示例性的，计算出阻性电流后，根据阻性电流的大小确定避雷器的老化状态，根据阻性电流确定避雷器老化状态的方式与现有技术相同，在此不做详细描述。

本实施例中，提出的避雷器状态监测方法基于环境湿度数据、温度数据以及避雷器的表面状态数据构建避雷器等效电容预测方程，通过避雷器等效电容预测方程计算避雷器的等效电容值。由于计算等效电容时，使用避雷器的表面状态数据，因此可以大大提高计算出的等效电容的精度。计算出等效电容后，基于电压互感器施加在避雷器上的PT电压，可以计算出避雷器的容性电流，基于容性电流和避雷器的泄露电流可以计算出避雷器的阻性电流，由于计算出的容性电流的精度较高，因此计算出的阻性电流也具有较高的精度，由于阻性电流可以准确反映避雷器的状态，因此，通过本申请提出的避雷器状体监测方法可以准确判断避雷器的状态。

图3是实施例中的另一种避雷器状态监测方法流程图，参考图3，作为一种可实施方案，避雷器状态监测方法还可以为：

S201.基于环境湿度数据、温度数据以及避雷器的表面状态数据构建避雷器等效电容预测方程。

示例性的，本步骤中，设定避雷器等效电容预测方程为线性方程，在正式装配使用避雷器前，可以通过步骤S101中记载的方法求解避雷器等效电容预测方程中的系数，得到设定的线性方程。

S202.获取避雷器工作状态下的等效电容测量值，根据等效电容测量值更新避雷器等效电容预测方程。

示例性的，步骤S201中求解避雷器等效电容预测方程时，设定包含若干组环境湿度数据、温度数据、表面状态数据的数据集，针对一个避雷器通过试验的方式测量一组环境湿度数据、温度数据、表面状态数据条件下电容的等效电容值，也即采用基于一个避雷器的试验数据求解避雷器电容预测方程，基于避雷器电容预测方程计算同类型避雷器的等效电容值。

针对同种型号的避雷器，制造工艺相同，但由于个体差异，不同避雷器的特性也存在一定的差异。此外，避雷器在运行过程中，避雷器的老化问题会造成避雷器的特性发生变化。

基于上述问题，若始终采用避雷器装配使用前试验数据构建的避雷器等效电容预测方程进行等效电容的计算，则计算出的等效电容值会出现一定程度的偏差。

为提高等效电容值计算的精度，本步骤中，在避雷器处于工作状态时，周期性的获取等效电容测量值，根据避雷器处于工作状态时测量的等效电容值更新避雷器等效电容预测方程。

示例性的，本步骤中，可以通过避雷器带电测试仪测量避雷器的阻性电流，通过避雷器的泄露电流和阻性电流可以求解出避雷器的容性电流，进而求解出避雷器的等效电容。

示例性的，可以设定避雷器等效电容预测方程的形式如下：

y＝K₁x₁+K₂x₂+K₃x₃+K₄

上式中，K₁、K₂、K₃为系数，K₄为常数项。

示例性的，更新避雷器等效电容预测方程时，可以首先获取避雷器所述环境当前的环境湿度数据、温度数据和表面状态数据，带入避雷器等效电容预测方程中求出等效电容计算值，将上述基于避雷器带电测试仪得到的等效电容值与基于避雷器等效电容预测方程求出的等效电容计算值做差，利用差值修正避雷器等效电容预测方程中的常数项K₄，从而达到更新避雷器等效电容预测方程的目的。

示例性的，本步骤中，可以每季度或年通过避雷器带电测试仪对避雷器进行带电测试，得到等效电容测量值，进而更新避雷器等效电容预测方程。

S203.获取当前的环境湿度、温度以及避雷器当前的表面状态，并根据当前的环境湿度、温度、表面状态以及避雷器等效电容预测方程计算避雷器的等效电容。

S204.根据电压互感器的电压以及等效电容计算容性电流，获取避雷器的泄露电流，根据泄露电流、容性电流计算避雷器的阻性电流，根据阻性电流判断避雷器的状态。

示例性的，步骤S203以及步骤S204中计算等效电容以及阻性电流判断避雷器状态的方式与步骤S102和步骤S103中记载的内容相同。

图3所示的方案中，在图1方案的基础上，在避雷器装配使用之后定期的更新避雷器等效电容预测方程，可以提高通过避雷器等效电容预测方程判断避雷器老化状态的准确性。

实施例二

图4是实施例中的避雷器状态监测装置结构图，参考图4，避雷器状态监测装置包括预测方程构建单元100、避雷器状态预测单元200。

预测方程构建单元100用于基于环境湿度数据、温度数据以及避雷器的表面状态数据构建避雷器等效电容预测方程。

避雷器状态预测单元200用于获取当前的环境湿度、温度以及避雷器当前的表面状态，并根据当前的环境湿度、温度、表面状态以及避雷器等效电容预测方程计算避雷器的等效电容，根据电压互感器的电压以及等效电容计算容性电流，获取避雷器的泄露电流，根据泄露电流、容性电流计算避雷器的阻性电流，根据阻性电流判断避雷器的状态。

示例性的，本实施例中，预测方程构建单元可以通过实施例一种记载的方法建立避雷器等效电容预测方程。优选的，避雷器等效电容预测方程采用线性方程，通过最小二乘法求解避雷器等效电容预测方程中的系数。

作为一种可实施方案，预测方程构建单元还可以用于获取避雷器工作状态下的等效电容测量值，根据等效电容测量值更新避雷器等效电容预测方程。

本实施例中，避雷器状态监测装置的有益效果与实施例一中的避雷器状态监测方法的有益效果相同，在此不再赘述。

实施例三

图5是实施例中的避雷器状态监测系统结构图，参考图5，本实施例提出一种避雷器状态监测系统，包括控制器1、湿度传感器2、温度传感器3、光纤传感器4。

所述湿度传感器2、温度传感器3与控制器1相连接，光纤传感器4分别与避雷器100以及控制器1相连接，避雷器100还与电压互感器200相连接。

湿度传感器2、温度传感器3、光纤传感器4分别用于获取当前的环境湿度、温度以及避雷器当前的表面状态。

控制器1中配置通过实施例一中方法构建出的避雷器等效电容预测方程，控制器1采集上述传感器测量的环境湿度、温度以及表面状态，根据当前的环境湿度、温度、表面状态以及避雷器等效电容预测方程计算避雷器的等效电容。

控制器1还可以获取电压互感器施加在避雷器上的PT电压，根据PT电压以及等效电容计算容性电流，获取避雷器的泄露电流，根据泄露电流、容性电流计算避雷器的阻性电流，根据阻性电流判断避雷器的状态。

示例性的，还可以定期更新控制器1中配置的避雷器等效电容预测方程，其中更新避雷器等效电容预测方程的方式与实施例一中记载的方案相同。

图6是实施例中的另一种避雷器状态监测系统结构图，参考图6，可选的，还包括无线通信模块5。

无线通信模块5与湿度传感器2、温度传感器3、光纤传感器4以及电压互感器200相连接，无线通信模块5与控制器1通信连接，与控制器1交互，无线通信模块5向控制器1传输环境湿度、温度、表面状态以及电压互感器的电压。

本实施例提出的避雷器状态监测系统配置控制器，控制器中配置有避雷器等效电容预测方程，基于现场测量的环境湿度、温度、避雷器的表面状态计算避雷器的等效电容，进而计算得出避雷器的阻性电流，确定避雷器的状态，基于避雷器等效电容预测方程，使避雷器状态监测系统无需时钟同步设备，减少了设备投入，同时，基于避雷器等效电容预测方程只需利用现有的电压测量通道，无需另外增加电压互感器二次端子接线，避免了电压互感器二次端子短路的风险。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种避雷器状态监测方法，其特征在于，基于环境湿度数据、温度数据以及避雷器的表面状态数据构建避雷器等效电容预测方程；

获取当前的环境湿度、温度以及所述避雷器当前的表面状态，并根据当前的环境湿度、温度、表面状态以及所述避雷器等效电容预测方程计算所述避雷器的等效电容；

根据电压互感器的电压以及所述等效电容计算容性电流，获取所述避雷器的泄露电流，根据所述泄露电流、所述容性电流计算所述避雷器的阻性电流，根据所述阻性电流判断所述避雷器的状态。

2.如权利要求1所述的避雷器状态监测方法，其特征在于，所述避雷器等效电容预测方程为线性方程；

设定环境湿度数据、温度数据以及表面状态数据，通过试验获取指定环境湿度、温度以及表面状态下的等效电容值；

根据设定的环境湿度数据、温度数据、表面状态数据以及对应的等效电容值求解所述线性方程中的系数。

3.如权利要求2所述的避雷器状态监测方法，其特征在于，还包括基于所述避雷器等效电容预测方程计算等效电容的残差；

若一项所述残差超过设定的范围，则剔除与之对应的一组环境湿度数据、温度数据以及表面状态数据后，重新求解所述线性方程中的系数。

4.如权利要求2所述的避雷器状态监测方法，其特征在于，还包括获取所述避雷器工作状态下的等效电容测量值；

根据所述等效电容测量值更新所述避雷器等效电容预测方程。

5.如权利要求4所述的避雷器状态监测方法，其特征在于，在所述避雷器处于工作状态时，周期性的获取所述等效电容测量值；

周期性的根据所述等效电容测量值更新所述避雷器等效电容预测方程。

6.如权利要求5所述的避雷器状态监测方法，其特征在于，按照季度或年获取所述等效电容测量值。

7.一种避雷器状态监测装置，其特征在于，包括：

预测方程构建单元，用于基于环境湿度数据、温度数据以及避雷器的表面状态数据构建避雷器等效电容预测方程；

避雷器状态预测单元，用于获取当前的环境湿度、温度以及所述避雷器当前的表面状态，并根据当前的环境湿度、温度、表面状态以及所述避雷器等效电容预测方程计算所述避雷器的等效电容，根据电压互感器的电压以及所述等效电容计算容性电流，获取所述避雷器的泄露电流，根据所述泄露电流、所述容性电流计算所述避雷器的阻性电流，根据所述阻性电流判断所述避雷器的状态。

8.如权利要求7所述的避雷器状态监测装置，其特征在于，所述避雷器等效电容预测方程为线性方程。

9.一种避雷器状态监测系统，其特征在于，包括控制器、湿度传感器、温度传感器、光纤传感器；

所述湿度传感器、温度传感器、光纤传感器分别用于获取当前的环境湿度、温度以及所述避雷器当前的表面状态；

所述控制器用于根据当前的环境湿度、温度、表面状态以及避雷器等效电容预测方程计算避雷器的等效电容；根据电压互感器的电压以及所述等效电容计算容性电流，获取所述避雷器的泄露电流，根据所述泄露电流、所述容性电流计算所述避雷器的阻性电流，根据所述阻性电流判断所述避雷器的状态。

10.如权利要求9所述的避雷器状态监测系统，其特征在于，还包括无线通信模块；

所述无线通信模块用于与所述控制器交互，向所述控制器传输所述环境湿度、温度、表面状态以及所述电压互感器的电压。

Images