CN114264896B - 避雷器在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种避雷器在线监测装置，包括数据处理单元、监测电阻片以及测量单元，监测电阻片串联在避雷器的保护电阻片的接地回路上，监测电阻片与保护电阻片均为氧化锌电阻片，测量单元连接监测电阻片与数据处理单元；测量单元用于测量监测电阻片的电压、避雷器的动作次数以及泄露电流，并将电压、动作次数以及泄露电流发送给数据处理单元；数据处理单元根据电压以及监测电阻片和保护电阻片的预设伏安特性数据得到避雷器的电参数；其中，电参数用于表征避雷器动作时的运行情况，通过集成后的一个监测装置对避雷器的运行参数进行了全面有效的监测，为后续故障分析系统维护等提供有力分析依据。

Description

避雷器在线监测装置

技术领域

本申请涉及电力设备监测技术领域，特别是涉及一种避雷器在线监测装置。

背景技术

随着智能时代的到来，工业与民用用电量逐年增加，避雷器作为保护电力设备免受雷击等情况下的过电压危害而损坏的设备，在电力系统中起着至关重要的作用。对避雷器的运行情况进行有效的监测，掌握其电压电流数据确保正常运行，直接关系到电力系统的稳定运行，以及工业与民用用电的安全。

现有常规的交流避雷器在线监测器，只能实现避雷器正常运行过程中的电流以及避雷器动作的次数的监测，对于避雷器动作时的电参数无法监测，导致无法及时发现避雷器所保护的关键电力设备的暂态电压变化，存在较大的安全隐患。

发明内容

基于此，有必要针对现有避雷器在线监测器无法监测避雷器动作时的电参数的问题，提供一种避雷器在线监测装置。

一种避雷器在线监测装置，包括：数据处理单元、监测电阻片以及测量单元，所述监测电阻片串联在避雷器的保护电阻片的接地回路上，所述监测电阻片与所述保护电阻片均为氧化锌电阻片，所述测量单元连接所述监测电阻片与所述数据处理单元；

所述测量单元用于测量所述监测电阻片的电压、所述避雷器的动作次数以及泄露电流，并将所述电压、所述动作次数以及所述泄露电流发送给所述数据处理单元；

所述数据处理单元用于接收所述电压、所述动作次数以及所述泄露电流，并根据所述电压以及所述监测电阻片和所述保护电阻片的预设伏安特性数据得到所述避雷器的电参数；其中，所述电参数用于表征所述避雷器动作时的运行情况。

在其中一个实施例中，所述测量单元包括过电压测量电路、过电压计数电路以及泄露电流测量电路，所述过电压测量电路连接在所述监测电阻片的两端，所述过电压计数电路与所述泄露电流测量电路串联后一端连接在所述保护电阻片和所述监测电阻片之间，另一端接地，所述过电压测量电路、所述过电压计数电路以及所述泄露电流测量电路均连接所述数据处理单元；

所述过电压测量电路用于采集所述监测电阻片的电压；所述过电压计数电路用于记录所述避雷器的动作次数；所述泄露电流测量电路用于采集所述避雷器的泄露电流。

在其中一个实施例中，所述过电压测量电路包括分压电阻、取样电阻以及电压采集器，所述分压电阻与所述取样电阻串联后并接在所述监测电阻片的两端，所述电压采集器连接所述取样电阻与所述分压电阻的公共端，所述电压采集器还连接所述数据处理单元。

在其中一个实施例中，所述过电压计数电路包括过电压计数器，所述过电压计数器的一端连接在所述保护电阻片和所述监测电阻片之间，另一端连接所述泄露电流测量电路。

在其中一个实施例中，所述过电压计数电路还包括放电电容与第一限流电阻，所述第一限流电阻与所述过电压计数器串联后与所述放电电容并联，且并联后的一端连接在所述保护电阻片和所述监测电阻片之间，另一端连接所述泄露电流测量电路。

在其中一个实施例中，在所述过电压计数器的电流大于预设动作电流阈值时，所述过电压计数器增加所述动作次数。

在其中一个实施例中，所述泄露电流测量电路包括电流采集器，所述电流采集器的一端连接所述过电压计数器，另一端接地，所述电流采集器的输出端连接所述数据处理单元。

在其中一个实施例中，所述泄露电流测量电路还包括第二限流电阻与第三限流电阻，所述第二限流电阻与所述第三限流电阻串联后，连接在所述过电压计数器与所述电流采集器之间。

在其中一个实施例中，所述泄露电流测量电路还包括稳压元件与限压保护器，所述稳压元件的一端连接所述第二限流电阻与所述第三限流电阻的公共端，所述限压保护器的一端连接所述第二限流电阻与所述过电压计数器的公共端，所述稳压元件与所述限压保护器的另一端均接地。

在其中一个实施例中，上述避雷器在线监测装置还包括通信单元，所述数据处理单元通过所述通信单元连接管理中心服务器。

上述避雷器在线监测装置，不仅能对避雷器正常运行过程中的泄露电流，以及避雷器动作的次数实现监测，还通过在监测装置中增加与避雷器中的保护电阻片同类型的监测电阻片，再将监测电阻片串联在避雷器的保护电阻片的接地回路上，通过测量监测电阻片的电参数，得到避雷器的保护电阻片的电参数，通过集成后的一个装置对避雷器的运行参数进行了全面有效的监测，为后续故障分析系统维护等提供有力分析依据。

附图说明

图1为一实施例中避雷器在线监测装置的系统框图；

图2为另一实施例中避雷器在线监测装置的电路结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、回路等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在电力系统中，避雷器作为保护电力设备免遭过雷击或短路等瞬时电压冲击而损坏的保护设备，避雷器的运行安全，直接关系到电力系统中其他电力设备的安全。目前现有技术中，常规的交流避雷器的在线监测，是通过就地显示的方式，对避雷器正常运行过程中的泄露电流，以及避雷器动作的次数实现监测。对于避雷器动作时的电压电流等电参数无法监测到，如果需要记录，只能额外加装测量设备，不仅存在安全隐患也额外增加了成本。另外，由于无法对避雷器动作时的电压电流等电参数进行实时监测，也导致了无法及时发现电力系统中关键敏感设备的暂态电压变化情况，进一步导致了电力系统运行的安全隐患。一旦发生事故或故障，也无法为后续分析与系统维护等过程提供有力分析依据。

因此，针对上述问题，本申请提出一种避雷器在线监测装置，如图1所示，包括数据处理单元130、监测电阻片110以及测量单元120，监测电阻片110串联在避雷器的保护电阻片的接地回路上，监测电阻片110与保护电阻片均为氧化锌电阻片，测量单元120连接监测电阻片110与数据处理单元130；测量单元120用于测量监测电阻片110的电压、避雷器的动作次数以及泄露电流，并将电压、动作次数以及泄露电流发送给数据处理单元130；数据处理单元130用于接收电压、动作次数以及泄露电流，并根据电压以及监测电阻片110和保护电阻片的预设伏安特性数据得到避雷器的电参数；其中，电参数用于表征避雷器动作时的运行情况。

其中，避雷器中的保护电阻片为避雷器实现保护功能的核心元件，当系统遭受雷击或短路出现瞬时电压超高的情况时，能起到限制过电压幅值，同时吸收过电压产生的能量的作用。具体地，避雷器中的保护电阻片为氧化锌(ZnO)电阻片。可以理解，氧化锌电阻片具有良好的非线性伏安特性，在将其运用于避雷器中时，当系统电压低于避雷器动作起始电压时，氧化锌电阻片呈现高电阻状态，只有微安或毫安级的电流通过；而当系统电压超过避雷器残压时，氧化锌电阻片呈现低电阻状态，限制过电压的幅值，同时吸收过电压产生的能量，可有效保证系统和设备的安全。其中，残压是当避雷器流过放电电流时，氧化锌电阻片两端的峰值电压，也可以称为雷电放电电流通过避雷器时，其端子间呈现的电压。

具体地，监测电阻片110串联在避雷器的保护电阻片的接地回路上，则本领域的技术人员根据避雷器的基本连接结构可以理解，监测电阻片110的一端连接避雷器的低压侧，另一端接地。其中，监测电阻片110与避雷器中的保护电阻片为同一类型，均为氧化锌电阻片，以保证监测电阻片110与保护电阻片能在系统电压变化时电参数同步变化，实现避雷器运行情况准确监测。而监测电阻片110的规格并不固定，可以选择与保护电阻片同一规格，也可以选择与保护电阻片不同规格。在其中一个实施例中，监测电阻片110的电位梯度比保护电阻片的电位梯度低。可以理解，电位梯度越大，对过电压产生的能量吸收能力越高，电阻片的成本越高，而运用在监测装置中的监测电阻片110的电位梯度较低时，既能保证实现监测的功能，同时也能降低装置成本。

进一步地，测量单元120的一端连接避雷器的低压侧，即测量单元120的一端连接监测电阻片110与保护电阻片之间，另一端接地。可以理解，测量单元120与监测电阻片110为并联关系。

第一方面，测量单元120可用于监测在系统正常运行时避雷器的泄露电流，并发送至数据处理单元130，数据处理单元130接收该泄露电流，并根据该泄漏电流判断在运行电压下避雷器的绝缘性能。可以理解，泄露电流越小越好，则当数据处理单元130接收到的泄露电流超出预设泄露电流阈值时，可判断该避雷器已不具备较好的绝缘性能，可进行后续维护步骤，本申请实施例不作赘述。

第二方面，测量单元120可用于监测避雷器在系统发生过电压时启动保护功能的动作次数，并将该动作次数发送至数据处理单元130存储记录，以供后续故障分析系统维护等提供有力分析依据。

第三方面，测量单元120可用于测量监测电阻片110的电压，并将该电压发送给数据处理单元130，数据处理单元130可根据该电压、监测电阻片110的预设伏安特性数据以及保护电阻片的预设伏安特性数据，得到避雷器动作时的电参数。其中，预设伏安特性数据为通过试验测量得到的元器件的电压与电流的对应关系数据，通过一电压值可对应得到该器件的电流值。测量得到预设伏安特性数据的方法并不固定，可根据本领域技术人员认可的方式得到，本申请实施例不作赘述。

此外，监测电阻片110与保护电阻片串联，且均为氧化锌电阻片。由于氧化锌电阻片具有非线性特性，其上流过的电流与其电阻值呈相反的对应关系，当电流小时电阻很大，电流大时电阻很小。那么，在系统发生过电压时，监测电阻片110上电流很大而电阻很小，且比测量单元120的电阻要小得多，则保护电阻片流向接地端的电流主要会从监测电阻片110上通过，即可认为监测电阻片110上的电流与保护电阻片上的电流一致。

具体地，避雷器动作时的电参数为动作时保护电阻片上的过电压与动作电流，可以理解为动作时保护电阻片上的电压与电流的峰值，此数据可用于表征避雷器动作时的运行情况。首先，根据测量单元120得到的监测电阻片110的电压与监测电阻片110的预设伏安特性数据，可得到监测电阻片110的电流，即得到了保护电阻片的动作电流。然后，根据保护电阻片的动作电流与保护电阻片的预设伏安特性数据，得到保护电阻片动作时的过电压。

更进一步地，数据处理单元130为可实现上述根据电压获取避雷器动作时的电参数的处理器，处理器的类型并不唯一，只要能实现功能即可。可以理解，为了存储上述预设数据以及采集得到的数据，在其他实施例中，数据处理单元130还可包括存储器。在其中一个实施例中，数据处理单元130还包括模数转换电路，用于将测量单元120采集的模拟信号的数据转换为数字信号后，输送至处理器。

在一个实施例中，如图1所示，避雷器在线监测装置还包括通信单元140，数据处理单元130通过通信单元140连接管理中心服务器。具体地，通信单元140可以是采用通信接口结合通信电缆/光纤的有线通信方式，通信接口可以是RS485串口，也可以是其他通信协议接口；通信单元140也可以是采用无线传输模块实现的无线通信方式，无线传输模块可以wifi模块、蓝牙模块、3G模块以及4G模块等等。数据处理单元130通过通信单元140将采集得到的过电压、动作电流、泄露电流以及动作次数等数据实时传输至管理中心服务器，便于管理中心能及时发现避雷器所保护的关键电力设备的暂态电压变化，也为后续故障分析系统维护等提供有力分析依据。

上述避雷器在线监测装置，不仅能对避雷器正常运行过程中的泄露电流，以及避雷器动作的次数实现监测，还通过在监测装置中增加与避雷器中的保护电阻片同类型的监测电阻片，再将监测电阻片串联在避雷器的保护电阻片的接地回路上，通过测量监测电阻片的电参数，得到避雷器的保护电阻片的电参数，通过集成后的一个装置对避雷器的运行参数进行了全面有效的监测，为后续故障分析系统维护等提供有力分析依据。

在一个实施例中，如图1所示，测量单元120包括过电压测量电路121、过电压计数电路122以及泄露电流测量电路123，过电压测量电路121连接在监测电阻片110的两端，过电压计数电路122与泄露电流测量电路123串联后一端连接在保护电阻片和监测电阻片110之间，另一端接地，过电压测量电路121、过电压计数电路122以及泄露电流测量电路123均连接数据处理单元130；过电压测量电路121用于采集监测电阻片110的电压；过电压计数电路122用于记录避雷器的动作次数；泄露电流测量电路123用于采集避雷器的泄露电流。

在一个实施例中，如图2所示，过电压测量电路121包括分压电阻、取样电阻以及电压采集器，分压电阻与取样电阻串联后并接在监测电阻片110的两端，电压采集器连接取样电阻与分压电阻的公共端，电压采集器还连接数据处理单元130。

具体地，分压电阻与取样电阻作为电阻分压器并联在监测电阻片110的两端，分压电阻与取样电阻的电阻值并不固定，根据实际需求设定即可。电压采集器连接取样电阻与分压电阻的公共端测量得到取样电阻的电压，再根据取样电阻的电压与电阻分压器的电阻比，得到监测电阻片110的电压。其中，采用电阻分压器得到监测电阻片110的电压的步骤可根据本领域技术人员认可的方式实现，本申请实施例不作赘述。在其他实施例中，例如图2，电压采集器还可以是连接在取样电阻的两端测量得到取样电阻的电压，不作此限定。

进一步地，电压采集器可以是电压表，也可以是电压互感器。电压采集器将采集得到的电压发送至数据处理单元130，以供数据处理单元130进行避雷器动作时的过电压与动作电流监测。

在本实施例中，通过对取样电阻的电压的测量，转换得到监测电阻片110的电压，再结合监测电阻片和保护电阻片的预设伏安特性数据，实现避雷器动作时的过电压与动作电流的监测。

在一个实施例中，如图2所示，过电压计数电路122包括过电压计数器T，过电压计数器T的一端连接在保护电阻片和监测电阻片(ZnO电阻片)之间，另一端连接泄露电流测量电路123。

具体地，过电压计数器T为记录系统过电压次数的计数器，可以为具备通过电压电流参数实现技术的电路结构，也可以是集成的电子计数器。可以理解，系统发生过电压时，电流值也会增大，那么，在其中一个实施例中，在过电压计数器的电流大于预设动作电流阈值时，过电压计数器T增加动作次数。其中，预设动作电流阈值可根据相关标准规定设定。例如可参考，预设动作电流阈值为50A，则当过电压计数器的电流大于50A时，动作次数对应增加1。

在一个实施例中，过电压计数器T的输出端还连接数据处理单元130。具体地，过电压计数器T通过其输出端将记录的动作次数发送至数据处理单元130。此外，过电压计数器T还可以通过显示屏显示动作次数，技术人员可通过人眼查表的方式记录避雷器的动作次数。

在一个实施例中，如图2所示，过电压计数电路还包括放电电容C与第一限流电阻R0，第一限流电阻R0与过电压计数器T串联后与放电电容C并联，且并联后的一端连接在保护电阻片和监测电阻片110之间，另一端连接泄露电流测量电路123。

具体地，在一个实施例中，电压计数器T可以连接外部电源获取供电，也可以是通过放电电容C进行供电。其中，当系统发生过电压时，监测电阻片110将会通过其上流过的过电压对放电电容C进行充电，充电后的放电电容C将通过电压计数器T放电。此外，第一限流电阻R0用于防止放电电容C放电时的电流过大损坏过电压计数器T。

在一个实施例中，如图2所示，泄露电流测量电路123包括电流采集器AM，电流采集器AM的一端连接过电压计数器T，另一端接地，电流采集器AM的输出端连接数据处理单元130。在一个实施例中，如图2所示，泄露电流测量电路123还包括第二限流电阻R1与第三限流电阻R2，第二限流电阻R1与第三限流电阻R2串联后，连接在过电压计数器T与电流采集器AM之间。在一个实施例中,如图2所示，泄露电流测量电路123还包括稳压元件ZD与限压保护器G，稳压元件ZD的一端连接第二限流电阻R1与第三限流电阻R2的公共端，限压保护器G的一端连接第二限流电阻R1与过电压计数器T的公共端，稳压元件ZD与限压保护器G的另一端均接地。

具体地，电流采集器AM用于测量在电力系统正常运行时，避雷器的泄露电流，由于泄露电流理论上非常小，因此电流采集器AM为毫安级电流表。电流采集器AM还将采集得到的泄露电流实时发送至数据处理单元130，作为判断避雷器绝缘性能的依据。第二限流电阻R1与第三限流电阻R2的阻值并不固定，可根据实际需求设定。稳压元件ZD包括两个反向串联的稳压二极管，两个稳压二极管的正极连接在一起，负极分别连接第二限流电阻R1与第三限流电阻R2的公共端与接地。第二限流电阻R1、第三限流电阻R2、稳压二极管以及限压保护器均为泄露电流测量电路123上的保护元件，防止电流过大时的器件损坏。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种避雷器在线监测装置，其特征在于，包括：数据处理单元、监测电阻片、过电压测量电路、过电压计数电路以及泄露电流测量电路，所述监测电阻片串联在避雷器的保护电阻片的接地回路上，所述监测电阻片与所述保护电阻片均为氧化锌电阻片，所述过电压测量电路连接在所述监测电阻片的两端，所述过电压计数电路与所述泄露电流测量电路串联后一端连接在所述保护电阻片和所述监测电阻片之间，另一端接地，所述过电压测量电路、所述过电压计数电路以及所述泄露电流测量电路均连接所述数据处理单元；

所述过电压测量电路用于采集所述监测电阻片的电压，所述过电压计数电路用于记录所述避雷器的动作次数，所述泄露电流测量电路用于采集所述避雷器的泄露电流，并将所述电压、所述动作次数以及所述泄露电流发送给所述数据处理单元；

所述数据处理单元用于接收所述电压、所述动作次数以及所述泄露电流，并根据所述电压以及所述监测电阻片和所述保护电阻片的预设伏安特性数据得到所述避雷器的电参数；其中，所述电参数用于表征所述避雷器动作时的运行情况，包括所述避雷器动作时保护电阻片的过电压与动作电流；

所述根据所述电压以及所述监测电阻片和所述保护电阻片的预设伏安特性数据得到所述避雷器的电参数，包括：根据所述电压以及所述监测电阻片的预设伏安特性数据得到保护电阻片的动作电流，再根据所述保护电阻片的动作电流和所述保护电阻片的预设伏安特性数据得到保护电阻片的过电压。

2.根据权利要求1所述的避雷器在线监测装置，其特征在于，所述监测电阻片的电位梯度比所述保护电阻片的电位梯度低。

3.根据权利要求1所述的避雷器在线监测装置，其特征在于，所述过电压测量电路包括分压电阻、取样电阻以及电压采集器，所述分压电阻与所述取样电阻串联后并接在所述监测电阻片的两端，所述电压采集器连接所述取样电阻与所述分压电阻的公共端，所述电压采集器还连接所述数据处理单元。

4.根据权利要求1所述的避雷器在线监测装置，其特征在于，所述过电压计数电路包括过电压计数器，所述过电压计数器的一端连接在所述保护电阻片和所述监测电阻片之间，另一端连接所述泄露电流测量电路。

5.根据权利要求4所述的避雷器在线监测装置，其特征在于，所述过电压计数电路还包括放电电容与第一限流电阻，所述第一限流电阻与所述过电压计数器串联后与所述放电电容并联，且并联后的一端连接在所述保护电阻片和所述监测电阻片之间，另一端连接所述泄露电流测量电路。

6.根据权利要求5所述的避雷器在线监测装置，其特征在于，在所述过电压计数器的电流大于预设动作电流阈值时，所述过电压计数器增加所述动作次数。

7.根据权利要求4所述的避雷器在线监测装置，其特征在于，所述泄露电流测量电路包括电流采集器，所述电流采集器的一端连接所述过电压计数器，另一端接地，所述电流采集器的输出端连接所述数据处理单元。

8.根据权利要求7所述的避雷器在线监测装置，其特征在于，所述泄露电流测量电路还包括第二限流电阻与第三限流电阻，所述第二限流电阻与所述第三限流电阻串联后，连接在所述过电压计数器与所述电流采集器之间。

9.根据权利要求8所述的避雷器在线监测装置，其特征在于，所述泄露电流测量电路还包括稳压元件与限压保护器，所述稳压元件的一端连接所述第二限流电阻与所述第三限流电阻的公共端，所述限压保护器的一端连接所述第二限流电阻与所述过电压计数器的公共端，所述稳压元件与所述限压保护器的另一端均接地。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的避雷器在线监测装置，其特征在于，还包括通信单元，所述数据处理单元通过所述通信单元连接管理中心服务器。