CN113534002A

CN113534002A - 包括具有延长电池寿命的泄漏电流测量装置的架空电力线路绝缘子

Info

Publication number: CN113534002A
Application number: CN202110407678.1A
Authority: CN
Inventors: 伊曼纽尔·布罗卡尔; 法布里斯·梅普莱斯; 菲利普·卡尔特龙
Original assignee: Societe Europeenne dIsolateurs en Verre et Composite SEDIVER SA
Current assignee: Societe Europeenne dIsolateurs en Verre et Composite SEDIVER SA
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2021-10-22
Also published as: EP3896469B1; ZA202101777B; FR3109450B1; EP3896469A1; FR3109450A1; ES2925986T3; BR102021006713A2; US20210325442A1; RU2769174C1; US11353491B2

Abstract

一种架空电力线路的绝缘子（1），包括用于检测和测量泄漏电流以及用于发送数据的装置（10），该装置被设置成执行以下步骤：在第一测量周期期间和在第二测量周期期间，在测量电路（910）中测量（430）绝缘子的泄漏电流；比较（440）在两个测量周期中的相应测量周期期间获得的电流的两个值；以及如果电流的第二值小于或等于电流的第一值，则使所述测量电路停止（470）一定的睡眠时间段，然后在所述一定的睡眠时间段之后再次启动所述测量电路。

Description

包括具有延长电池寿命的泄漏电流测量装置的架空电力线路绝缘子

技术领域

本发明涉及一种包括泄漏电流测量装置的电线或“电力线路”绝缘子，该泄漏电流测量装置具有延长的电池寿命，即，延长的时间段，在这个时间段中，泄漏电流测量装置可作为独立装置操作而无需改变电池或对其电池充电的动作。

本发明更具体地涉及一种包括泄漏电流检测和测量装置并且被紧固到高压架空电力线路上的电力线路绝缘子，其中高压架空电力线路作为电能输送或“电力传输”网的一部分，该装置能够作为独立装置长时间操作并且能够将测量结果发送到远程接收器站。

背景技术

用于架空电力线路的绝缘子被设计成将空中的电力线路保持在输电塔或“塔架”上，同时还提供线路和塔架之间的电隔离。

这种绝缘子通常是成串的电介质元件的形式，在使用过程中，经受自然或工业来源的恶劣天气（例如雨或盐雾）和空气污染，使得物质颗粒可以沉积在电介质元件的表面上。

当污垢层变湿时，其转变成导电电解质，这会产生在绝缘子表面上流动的表面泄漏电流。

在这种情况下，高泄漏电流可导致电隔离被中断。

因此，电力线路运营商寻求监测这种类型的设施上的表面泄漏电流，以便在任何必要的时候采取行动。

专利文献EP 2 884 292公开了一种安装有电池的表面泄漏电流检测装置，该装置连续测量泄漏电流并且将测量结果发送到远程站或者手持装置以用于监视绝缘子的目的。

为了增加该检测装置的电池寿命，专利文献EP 2 884 292提出了将发送的数据的量和装置的电子电路的复杂性限制到严格最小，以便减少其功耗。

专利文献CN 103 558 492 A公开了一种架空电力线路绝缘子，其包括可进入睡眠模式的泄漏电流测量装置和数据传输装置。

专利文献CN 110 261 750 A公开了一种架空电力线路绝缘子，其包括当检测到特定事件时可被激活的泄漏电流测量装置和数据传输装置。

发明内容

包括泄漏电流检测装置的架空电力线路绝缘子位于高压下的导体附近的塔架或塔上，并且仅在很少的情况下是可接近的。

本发明的目的是降低这种绝缘子的正常运行所需的维护频率，同时还保持监测质量。

为此，本发明提供一种架空电力线路绝缘子，包括用于检测泄漏电流和用于发送数据的装置，该装置适于检测和测量绝缘子的泄漏电流，适于将测量的电流值记录在计算机存储器中，适于将表示所述值的数据发送到远离绝缘子的站，并且被设置成执行以下步骤：在第一测量周期期间，在测量电路中测量绝缘子的泄漏电流，并且在存储器中记录与所测量的泄漏电流的最大幅度对应的第一值；在第一测量周期之后的第二测量周期期间，在测量电路中测量泄漏电流，并且在存储器中记录与所测量的泄漏电流的最大幅度对应的第二值；将电流的第一值与电流的第二值进行比较；以及如果电流的第二值小于或等于电流的第一值，则使测量电路停止一定的睡眠时间段，然后在一定的睡眠时间段之后再次启动测量电路。

本发明的用于检测绝缘子的泄漏电流的装置被设置成以基于事件的方式管理其行为，即考虑所测量的泄漏电流的变化。

更具体地，当所测量的泄漏电流稳定或从一个测量周期减小到另一个测量周期时，停止测量泄漏电流，从而提高所进行的测量的相关性，并节省功率，从而延长绝缘子的电池寿命。

本发明的装置可以具有以下特征：

绝缘子还可包括湿度计，并且被设置成根据由湿度计测量的相对湿度水平来计算所述睡眠时间段。

绝缘子可被设置成仅当装置检测到泄漏电流的幅度大于至少一个预先记录的阈值电流时，才测量泄漏电流。

装置可被设置成如果装置检测到泄漏电流的幅度处于从第一预先记录的阈值电流到大于第一预先记录的阈值电流的第二预先记录的阈值电流的范围内，并且只有当测量的电流值的平均值小于所述第二预先记录的阈值电流时，才测量泄漏电流。

绝缘子被设置成发送表示所测量的电流值、极值、和所测量的电流值的平均值的数据，以及计数所测量的电流值的数量的计数值。

因此，本发明的绝缘子被设置成根据外部条件（相对湿度）以及泄漏电流的当前和过去幅度（平均，幅度）启动泄漏电流测量，自动地适应进行相关测量的条件，避免会降低其电池寿命的连续和高功耗操作。

附图说明

通过阅读以非限制性示例的方式并且参照附图给出的实施例的以下详细说明，可以更好地理解本发明并且其他优点将变得明显，附图简要地描述如下：

图1是本发明的绝缘子的示意图，该绝缘子安装有用于检测和测量泄漏电流和用于发送数据的电子装置；

图2是图1的绝缘子顶端的电介质元件的放大图；

图3是图1的电子装置的框图；

图4是示出了图1的绝缘子如何操作的流程图；以及

图5示出了图4的流程图中的变型。

具体实施方式

图1至图5示出了该实施例。

图1是本发明的用于架空线路2的绝缘子1的图，该绝缘子包括用于检测绝缘子的泄漏电流、用于测量该电流、以及用于传输表示所测量的泄漏电流的数据的装置10，该装置包括电子模块9和用于捕获泄漏电流的导体元件8。在该示例中，导体具有金属环的形状，该金属环以围绕绝缘子1的绝缘部的方式设置，如图所示。

在该特定实施例中，绝缘子1由成串的电介质元件1A和电介质元件1B形成，并且被设计成将架空电力线路（如空中的高压线路）悬挂在塔或塔架3上。

在这种绝缘子中，电介质元件可由例如专利文献FR 3 057 697中所描述的钢化玻璃或“淬火”玻璃制成。

处于绝缘子1顶端处的电介质元件1B接收导体元件8，并且安装有保护元件12，从图2中可以看出，保护元件12以伞的形式保护导体元件8免受恶劣天气的影响。

在该示例中，导体元件8是同轴地装配到电介质元件1B的外表面4上的导电金属环，使得导体元件8拦截在其表面上朝向附接装配件6流动的表面泄漏电流，附接装配件6形成绝缘体1与用于悬挂在塔架上的系统之间的接口。

在该示例中，导体元件8具有正方形截面，但是其也可以具有矩形或类似截面，或者具有任何其他截面。

在该示例中，导体元件8具有与电介质元件1B的外表面4直接接触的平坦环形基部。

导体元件8可以粘性地结合到外表面4，同时通过例如填充有银或铜的环氧粘合剂来保证导电。

导体元件8被设计和安装在绝缘子1上，使得优选地拦截尽可能大比例的泄漏电流，或者可选地拦截全部泄漏电流，而与导体元件8的类型、几何形状以及其紧固到绝缘子1上的方式无关。

泄漏电流的幅度通常取位于几毫安到几百毫安范围内的值。

术语“泄漏电流的幅度”是指绝对值，因为该电流可以是直流或交流。

电缆11连接导体元件8，用于将泄漏电流捕获到电子模块，可选地通过穿过保护元件12然后沿着附接装配件6延伸。

尽管未示出，另一电缆将电子模块9连接到电接地，以便向电接地传输由导体元件8捕获的泄漏电流。

作为上述绝缘子的替代，本发明的绝缘子可具有复合结构，诸如专利文献FR 3057 697中描述的结构。

在任何情况下，本发明不限于一种特定类型的绝缘子或一种特定类型的与电子模块的连接。

如图3所示，装置10的电子模块9包括：测量电路910，其被设计成测量来自导体元件8的电流；计算机912，其被设计成对由测量电路获取的数据执行计算；计算机存储器914，其被设计成存储测量电路的测量结果和计算机的计算结果；通信系统916，其被设计成将计算机的计算结果和计算机存储器中存储的数据发送到远程接收站；时钟918；湿度计920；温度计922；以及被设计成给模块供电的可再充电电池或不可再充电电池924。

构成电子装置的元件可以是通过电缆连接在一起的单独元件的形式，或者可以全部或部分地集成到诸如印刷电路的组或组件中。

诸如太阳能电池板和/或风力涡轮机的发电设备930可以被设置成为与不可再充电电池并联的电子装置供电和/或为可再充电电池供电。

应理解，图3的元件以常规方式互连，例如，以使得设备930和/或可再充电电池或不可再充电电池924向其他元件供电的方式互连，并且温度计和湿度计向计算机和/或存储器以其可用的形式发送数据。

为了节省电池并且为了在不牺牲所进行的测量的相关性的情况下增加电池寿命，本发明的绝缘子被设置成以如下方式操作，并且如图4的流程图40所示。

在电子模块9内部，装置10包括检测电路926，其被设置成将流经用于捕获泄漏电流的导体元件8的绝缘子的泄漏电流的值与一个或多个阈值电流进行比较，以便检测泄漏电流何时超过该阈值。

装置10被设计成使用时装置10的默认模式是步骤410期间维持的待机或“省电”模式，待机模式是仅涉及装置的电子元件的低功耗的操作模式。

相反地，如果检测电路926通过将泄漏电流与给定阈值电流进行比较而检测到（Y）泄漏电流在测试步骤420期间超过给定阈值电流I_threshold，则装置10被设计成在步骤430期间进入测量模式。

这样的阈值电流不为零，并且可以以数字形式预先记录在计算机存储器（例如存储器914）中，或者以集成到电路（例如检测电路926）中的一组电子元件的形式预先记录。

当在步骤430期间装置处于测量模式时，测量电路在由两个连续的测量周期（即第一测量周期和紧随第一测量周期之后的第二测量周期）构成的测量循环期间对泄漏电流进行测量。

每个测量周期可以持续几十毫秒（ms），例如，测量模式可以维持在160 ms，其中每第一测量周期和第二测量周期各自为80 ms。

测量电路910 （诸如用于测量和/或数据获取的电子卡）在计算机存储器914中存储的第一表中测量和记录在两个测量周期中的每个测量周期期间流过导体元件的所测量的泄漏电流的最大值：在第一测量周期期间电流I1的第一最大值以及在第二测量周期期间电流I2的第二最大值。

第一表通常是两个值的表，每个值专用于两个测量周期中的一个测量周期。

计算机在第二测量周期结束时在测试步骤440期间将电流的两个最大值彼此进行比较。

装置10被设置成通过以下方式响应于计算机的比较：如果电流的第二最大值小于或等于电流的第一最大值（I2≤I1），在步骤470期间通过将测量电路从其电源切断或通过任何其他手段即通过停止测量电路，在睡眠时间段内进入睡眠模式，然后在睡眠时间段之后返回到待机模式，即通过再次启动测量电路，例如通过重新建立其电源供应，从而返回到步骤410。

在这种情况下，电流被评估为恒定或减小，并且认为连续地监测泄漏电流并且在泄漏电流超过阈值电流的情况下保持测量电路准备好立即作出反应是不必要的，并且可以使电路停止被称为“睡眠时间段”的特定时间段。

响应于该比较，当电流的第二最大值大于电流的第一最大值（I2>I1）时，装置10被设置成保持在测量模式中，从而返回到步骤430。

在这种情况下，泄漏电流被认为是正在增加，并且认为通过测量电路保持其测量有源是相关的。

通过借助于以下两个测试步骤对保持测量模式施加条件，可以进一步提高测量的相关性。

第一测试步骤462包括将表示连续执行（即，不经过待机模式）的测量循环的数量的计数器的状态与阈值数N_threshold进行比较。

当计数器达到（Y）所述阈值数（例如，10）时，在返回到步骤410的待机模式之前，执行进入步骤470的睡眠模式。

在这种情况下，计数器在复位步骤466期间被复位。

只要计数器没有达到（N）阈值数N_threshold，就应用第二测试步骤464，将电流I1和I2的两个最大值与所述给定阈值电流I_threshold进行比较，当两个所量的电流的值都不大于（N）所述阈值电流时，进入步骤410的待机模式。

同样在这种情况下，计数器在复位步骤466期间被复位。

当计算机没有达到（N）阈值数N_threshold时，并且当两个值I1和I2中的至少一个大于或等于（Y）所述给定阈值电流I_threshold时，装置回到步骤430以保持装置处于测量模式中并且再次启动测量循环。

在这种情况下，在用于监测连续执行的测量循环的数量的步骤468期间，计数器增加1。

在睡眠模式中，测量电路停止，因此不能进行任何测量，即使检测电路926检测到已经超过了阈值电流。

这是由于测量电路停止而节省最多功率的装置的操作模式。

因此，使用该模式使得能够实现大量的功率节省，并且因此使得能够增加装置10的电池寿命。

在待机模式下，测量电路被供电，并且准备对进入测量模式并进行测量的指令作出响应。

在测量模式中，测量电路是有源的，即测量电路被供电，并且另外进行泄漏电流的测量，由此导致装置10消耗比在其他模式中实质上更多的功率。

因此，在本发明的绝缘子中，仅当装置检测到泄漏电流的幅度大于给定阈值时才测量泄漏电流。

被设置成实现上述判定是否进入测量模式的方法的装置在电池寿命和泄漏电流的监测水平之间提供了良好的平衡：当不需要连续监测泄漏电流时，通过使测量电路睡眠来增加电池寿命，但是考虑到泄漏电流的变化，当泄漏电流超过阈值电流的概率高时，保持测量。

可以将睡眠时间段的默认时间段设置为通常几分钟，例如2分钟。

还可以通过使用湿度计的测量结果来优化电池寿命与监测之间的平衡：相对湿度水平低，使泄漏电流足够高以导致进入测量模式的风险降低。

因此，装置10可以被设置成使用计算机来根据由湿度计测量的相对湿度水平来计算所述睡眠时间段，并且更具体地，当相对湿度水平低时增加睡眠时间段，例如，当湿度计测量相对湿度小于50%时，从2分钟的默认设置转到4分钟。

在任何情况下，在测量模式的两个测量周期结束时，在步骤450期间，存储在第一表中的最高电流最大值被记录在计算机存储器914的第二表中，并且在步骤460期间，重新初始化第一表。

第二表具有被限制到几百个值（例如500）的容量。

如果所执行的测量周期的数目导致超过可记录在第二表中的值的数目，则当存在先前记录的较低值时，要记录的新值替换这样的值，否则当新值少于填充第二表的所有值时，不记录新值。

为了进一步增加电流测量装置的电池寿命，还可以根据已经进行的测量来设置阈值电流，如图5的流程图50所示，装置从该阈值电流进入测量模式，即，从该阈值电流触发电流测量。

下面的描述集中于与流程图40的步骤不同的步骤，并且可以参考该流程图和具有相同标识符的步骤的对应解释。

因此，检测电路926可以这样的方式设置，即，将流过导体元件8的电流与来自装置的不同历史阈值电流进行比较，所述历史是记录在第二表中的值。

例如，检测电路926可以包括具有类似设计但被设置成检测超过相应阈值电流的泄漏电流的两个检测子电路，每个阈值电流如上文针对步骤420详细描述的那样被预先记录。

因此，可以提供两个阈值电流，即第一预先记录的阈值电流S1和大于第一预先记录的阈值电流的第二预先记录的阈值电流S2，并且可以使用第一阈值电流S1作为默认设置，该默认设置然后被认为是有源阈值电流，而第二阈值电流S2保持为无源的。

在本说明书中，说阈值电流是“有源的”意味着它是由检测模块926使用以检测超过阈值电流的泄漏电流的参考值。

相反，说阈值电流是“无源的”意味着它不被检测模块926使用。

在每个测量模式之后，可以在测试步骤415期间，将有源阈值与存储在第二表中的值的平均值进行比较，如图5的流程图50所示，并且如果记录在第二表中的值的平均值小于第二阈值电流S2，则将第一阈值电流S1定义为有源的，并且将第二阈值电流S2定义为无源的。

以此方式，如果存储于第二表中的值的平均IAV小于第二阈值电流S2 （IAV< S2），那么在测试步骤420_1期间，如果检测到泄漏电流超过第一阈值电流（Y），那么装置将进入测量模式，这使用了步骤420的原理。

相反，如果存储在第二表中的值的平均IAV大于或等于第二阈值电流S2 （IAV≥S2），那么可能将第一阈值电流S1定义为无源的，并且将第二阈值电流S2定义为有源的，且如果在测试步骤420_2期间检测到泄漏电流超过第二阈值电流（Y），那么装置将进入测量模式，这使用了步骤420的原理。

总之，本发明的绝缘子被设置成仅当测得的泄漏电流的先前值的平均值小于所述第二阈值电流时，才在装置检测到幅度在从第一阈值电流S1到大于第一阈值电流的第二阈值电流S2的范围内的泄漏电流的情况下测量泄漏电流，检测到泄漏电流超过第二阈值电流，系统地导致进入测量模式。

通过以这种方式进行，并且在泄漏电流通常为高的情况下，总是测量和记录出现的阈值电流被最大量超过，但是鉴于第二表所代表的历史记录，装置不会因出现的阈值电流超过正常或可忽略的量而入测量模式。

第一阈值电流可以被确定为位于测量噪声之上，以便仅考虑能够被可靠地检测和测量的电流。

第二阈值电流可以基于借助于本发明的绝缘子监测的电力线路的管理者或运营商的经验并且基于通常测量的泄漏电流来定义。

从实际的角度来看，因此可以例如将20毫安（mA）和150 mA的值分别分配给第一阈值电流和第二阈值电流。

上述对所测量的泄漏电流的值的处理和发送使得可以限制装置进入测量模式的次数，以及可选地限制要传输到远程站的数据的量，同时还基于对绝缘子的泄漏电流的基于事件的评估而不是基于对所述泄漏电流的连续监测来获取和传输相关数据。

周期性地，通过通信系统916将存储在第二表中的值（对应于所测量的泄漏电流的极值）、它们的平均值和它们的数量发送到远离绝缘子的接收站，并且重新初始化第二表。

此外，第二表的最大值、外部温度、相对湿度、可再充电电池或不可再充电电池的电压、泄漏电流被检测为超过第一阈值电流的次数、泄漏电流被检测为超过第二阈值电流的次数，并且在适用的情况下，太阳能电池板的端子两端的电压可以被传输到远程站，以更好地评估泄漏电流、被监测绝缘子所处的周围环境以及所述被监测绝缘子的状态。

泄漏电流超过阈值电流的测量次数或次数通过计算机执行的计数由相应计数值获得。

装置可以被设置成通常每小时进行这种传送，从而确保接收数据的运营商有良好的反应性，而不需要装置消耗过多的功率。

当然，本发明决不限于上述实施例，在不超出本发明的范围的情况下，可以对其进行修改。

Claims

1.一种架空电力线路的绝缘子（1），包括用于检测泄漏电流和用于发送数据的装置（10），所述装置适于检测和测量绝缘子的泄漏电流，适于将测量的电流值记录在计算机存储器中，适于将表示所述值的数据发送到远离所述绝缘子的站，并且被设置成执行以下步骤：

在第一测量周期期间，在测量电路（910）中测量（430）所述绝缘子的泄漏电流，并且在存储器（914）中记录与所测量的泄漏电流的最大幅度对应的第一值；以及

在所述第一测量周期之后的第二测量周期期间，在测量电路（910）中测量（430）所述泄漏电流，并且在存储器（914）中记录与所测量的泄漏电流的最大幅度对应的第二值，

所述架空电力线路的绝缘子的特征在于，所述装置进一步被设置成：

比较（440）电流的所述第一值与电流的所述第二值；以及

如果电流的所述第二值小于或等于电流的所述第一值，则使所述测量电路停止（470）一定的睡眠时间段，然后在所述一定的睡眠时间段之后再次启动所述测量电路。

2.根据权利要求1所述的绝缘子，其特征在于，所述装置进一步包括湿度计（920），并且被设置成根据由所述湿度计测量的相对湿度水平来计算所述睡眠时间段。

3.根据权利要求1或2所述的绝缘子，其特征在于，所述装置被设置成仅当所述装置检测到泄漏电流的幅度大于至少一个预先记录的阈值电流时，才测量所述泄漏电流。

4.根据权利要求1或2所述的绝缘子，其特征在于，所述装置被设置成如果所述装置检测到泄漏电流的幅度处于从第一预先记录的阈值电流到大于第一预先记录的阈值电流的第二预先记录的阈值电流的范围内，并且只有当测量的电流值的平均值小于所述第二预先记录的阈值电流时，才测量泄漏电流。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的绝缘子，其特征在于，所述装置被设置成发送表示所测量的电流值、极值、和所测量的电流值的平均值的数据，以及计数所测量的电流值的数量的计数值。