CN114740292A - 一种避雷器运行状态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种避雷器运行状态评估方法，包括：在避雷器上设置运行电压测量端和避雷器全电流检测端，运行电压测量端用于采集作用于避雷器上的三相运行电压，获取相电压参数；避雷器全电流检测端用于采集流经避雷器的三相全电流信号，获取电流参数；根据由运行电压测量端和避雷器全电流检测端获取的相电压参数和电流参数进行计算，得到测试数据，该测试数据包括相位差、阻性电流峰值、容性电流峰值以及各次谐波分量中的一个或多个，将测试数据与对应的典型值进行对比，判断避雷器的运行状态。与现有技术相比，本发明能较为全面的反映氧化锌避雷器的整体运行状况，受电网系统电压波动影响较小，具有检测快速、灵敏度优异且准确度高等优点。

Description

一种避雷器运行状态评估方法

技术领域

本发明涉及避雷器监测技术领域，尤其是涉及一种避雷器运行状态评估方法。

背景技术

避雷器主要用于限制系统中的过电压。对于电力系统来说，一旦发生雷击或过电压等异常情况，为避免相关电力设备绝缘受损，避雷器可以将高电压引入地面，从而迅速降低加载在被保护设备上的大电压，以实现对相关电力设备绝缘性的保护，进而保证电力设备的持续、稳定运行。自20世纪初期，避雷器诞生以来，经历近百年的研究应用和技术革新，避雷器的整体性能有了重大进步。其中，凭借优异的非线性特性，氧化锌避雷器成为了应用最为广泛的避雷器。

凭借氧化锌避雷器的广泛应用，由于雷击过电压造成的电网事故率大大减少。因此，对氧化锌避雷器的综合性能进行常态化监测，成为电网系统运维人员的一项重要工作，但变电站数目多、一线测试人员少以及检测工作费时费力等问题，成为氧化锌避雷器性能监测工作的一大痛点。

目前氧化锌避雷器性能监测主要包括以下两种方法：

1、全电流法

全电流法采用在氧化锌避雷器的接地通路中串联一个交流电表，来实现对流过避雷器的总泄漏电流(全电流)的测量。总的泄露电流中容性电流分量Ic由避雷器的固有电容决定，其值基本不变，故总泄露电流的变化很大程度上反映了避雷器中阻性电流分量的变化。因此，通过检测该电流变化，即可实现对避雷器整体性能的判别。

全电流法具有操作简单、成本较低的特点，且对于较为严重的避雷器故障，可以很好的检测、识别，但由于阻性电流分量只占总泄露电流中的很小一部分，故该方法对于避雷器的前期或轻微故障(如慢性受潮)不敏感、检测准确度不高，且该检测方法受环境温度影响较大。

2、三次谐波法

三次谐波法的测量原理，如图1所示。其通过在三相避雷器的接地通路中串联一个电流互感器CT，来实现对避雷器三相总泄露电流的测量。避雷器正常运行时，对于测量到的三相总泄露电流而言，不考虑电网谐波影响，总泄露电流中的基波电流分量由于各差120°而相互抵消，故实际测量的即为三相的三次谐波电流之和；当某一相避雷器出现故障时，该相的基波电流分量会明显增大，从而导致基波分量无法完全抵消，进而引起测量到的总泄露电流显著增大。

三次谐波法具有现场安装简便，所需设备较少的特点，且无须采集系统电压，即可直接获得流经氧化锌避雷的谐波电流分量。但由于不同避雷器的三次谐波阻性分量和总阻性电流分量的关系不尽相同以及电网系统自身中存在的谐波干扰，导致该方法的测量存在一定误差，且该方法无法直接判断出具体哪一相避雷器存在问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种检测快速、灵敏度优异且准确度高的避雷器运行状态评估方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明还提供一种避雷器运行状态评估方法，包括以下步骤：

在避雷器上设置运行电压测量端和避雷器全电流检测端，所述运行电压测量端用于采集作用于避雷器上的三相运行电压，获取相电压参数；所述避雷器全电流检测端用于采集流经避雷器的三相全电流信号，获取电流参数；

根据由运行电压测量端和避雷器全电流检测端获取的相电压参数和电流参数进行计算，得到测试数据，该测试数据包括相位差、阻性电流峰值、容性电流峰值以及各次谐波分量中的一个或多个，将测试数据与对应的典型值进行对比，判断避雷器的运行状态。

进一步地，所述运行电压测量端包括相电压采集设备、第一调理模块、第一模数转换模块、第一GPS授时模块、第一微控制器模块和第一无线传输模块，所述第一微控制器模块分别连接所述第一模数转换模块、第一GPS授时模块和第一无线传输模块，所述第一调理模块分别连接所述相电压采集设备和第一模数转换模块，所述相电压采集设备安装在避雷器的三相电源线上；

所述第一微控制器模块首先在第一GPS授时模块的设定条件下，驱动相电压采集设备采集作用于避雷器上的三相运行电压，并经过第一调理模块进行信号调理以及经过第一模数转换模块进行模数转换后，进行运算处理，获取相电压参数；最后将相电压参数通过第一无线传输模块传输至人机交互终端，在人机交互终端中进行避雷器运行状态的评估。

进一步地，所述相电压参数包括相电压信号的基波幅值、各谐波分量及初相位。

进一步地，所述第一微控制器模块对模数变换后的数据再通过快速傅里叶变换将数据转换到频域中进行分析，获取相电压参数。

进一步地，所述第一微控制器模块为STM32微控制器。

进一步地，所述避雷器全电流检测端包括全电流采集设备、第二调理模块、第二模数转换模块、第二GPS授时模块、第二微控制器模块和第二无线传输模块，所述第二微控制器模块分别连接所述第二模数转换模块、第二GPS授时模块和第二无线传输模块，所述第二调理模块分别连接所述全电流采集设备和第二模数转换模块，所述全电流采集设备安装在避雷器的三相电源线上；

所述第二微控制器模块首先在第二GPS授时模块的设定条件下，驱动全电流采集设备采集作用于避雷器上的三相全电流信号，并经过第二调理模块进行信号调理以及经过第二模数转换模块进行模数转换后，获取电流参数；最后将电流参数通过第二无线传输模块传输至人机交互终端，在人机交互终端中进行避雷器运行状态的评估。

进一步地，所述第二微控制器模块为STM32微控制器。

进一步地，采用相电压和基波电流的相角差，对避雷器的运行状态进行监测。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明结合了基波法和三次谐波法的主要优点，其通过电压和电流互感器实现对避雷器上运行电压和避雷器总泄露电流的同时采集，经模/数转换后，再通过快速傅里叶变换将上述信号转换到频域中进行分析，通过一定的运算处理，即可分离出所需要的阻性电流基波及各次谐波分量，进而实现对氧化锌避雷器整体性能的检测、判别。

根据测量到的阻性电流基波分量、阻性电流峰值以及各次谐波分量等各项参数，谐波分析法可以较为全面的反映氧化锌避雷器的整体运行状况。同时，该方法受电网系统电压波动影响较小，具有检测快速、灵敏度优异且准确度高的特点。

附图说明

图1为本发明背景技术中提供的三次谐波法的测量原理示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种避雷器运行状态评估方法的硬件结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种A相避雷器的测试结果示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1

如图2所示，本实施例提供一种避雷器运行状态评估方法，包括以下步骤：

在避雷器上设置运行电压测量端和避雷器全电流检测端，运行电压测量端用于采集作用于避雷器上的三相运行电压，获取相电压参数；避雷器全电流检测端用于采集流经避雷器的三相全电流信号，获取电流参数；

根据由运行电压测量端和避雷器全电流检测端获取的相电压参数和电流参数进行计算，得到测试数据，该测试数据包括相位差、阻性电流峰值、容性电流峰值以及各次谐波分量中的一个或多个，将测试数据与对应的典型值进行对比，判断避雷器的运行状态。

本实施例的方法结合了基波法和三次谐波法的主要优点，其通过电压和电流互感器实现对避雷器上运行电压和避雷器总泄露电流的同时采集，经模/数转换后，再通过快速傅里叶变换将上述信号转换到频域中进行分析，通过一定的运算处理，即可分离出所需要的阻性电流基波及各次谐波分量，进而实现对氧化锌避雷器整体性能的检测、判别。

根据测量到的阻性电流基波分量、阻性电流峰值以及各次谐波分量等各项参数，谐波分析法可以较为全面的反映氧化锌避雷器的整体运行状况。同时，该方法受电网系统电压波动影响较小，具有检测快速、灵敏度优异且准确度高的特点。

具体地，运行电压测量端包括相电压采集设备、第一调理模块、第一模数转换模块、第一GPS授时模块、第一微控制器模块和第一无线传输模块，第一微控制器模块分别连接第一模数转换模块、第一GPS授时模块和第一无线传输模块，第一调理模块分别连接相电压采集设备和第一模数转换模块，相电压采集设备安装在避雷器的三相电源线上；

第一微控制器模块首先在第一GPS授时模块的设定条件下，驱动相电压采集设备采集作用于避雷器上的三相运行电压，并经过第一调理模块进行信号调理以及经过第一模数转换模块进行模数转换后，进行运算处理，获取相电压参数，该相电压参数包括相电压信号的基波幅值、各谐波分量及初相位；最后将相电压参数通过第一无线传输模块传输至人机交互终端，在人机交互终端中进行避雷器运行状态的评估。

第一微控制器模块对模数变换后的数据再通过快速傅里叶变换将数据转换到频域中进行分析，获取相电压参数。本实施例中，第一微控制器模块为STM32微控制器。

避雷器全电流检测端包括全电流采集设备、第二调理模块、第二模数转换模块、第二GPS授时模块、第二微控制器模块和第二无线传输模块，第二微控制器模块分别连接第二模数转换模块、第二GPS授时模块和第二无线传输模块，第二调理模块分别连接全电流采集设备和第二模数转换模块，全电流采集设备安装在避雷器的三相电源线上；

第二微控制器模块首先在第二GPS授时模块的设定条件下，驱动全电流采集设备采集作用于避雷器上的三相全电流信号，并经过第二调理模块进行信号调理以及经过第二模数转换模块进行模数转换后，获取电流参数；最后将电流参数通过第二无线传输模块传输至人机交互终端，在人机交互终端中进行避雷器运行状态的评估。

本实施例中，第二微控制器模块为STM32微控制器。

人机交互终端接收由运行电压测量端和避雷器全电流检测端发送而来的相电压和电流信号的关键参数，通过一系列计算处理，即可得到相位差、阻性电流峰值、容性电流峰值以及各次谐波分量等数据。在此基础上，将测试数据与相关典型值进行对比，最终实现对避雷器整体性能和工作状态的判断。

测试时仅以A相避雷器(CH0)为例。测试结果如图3所示。

具体诊断测试时，考虑到避雷器全电流中容性电流分量基本不变这一特点，采用相电压和基波电流的相角差来对避雷器的整体运行状态进行监测，更为简便高效。按照“阻性电流分量不超过全电流的25％”这一要求，可参考表1对氧化锌避雷器的整体运行状态进行评价。

表1

测试时，给待测氧化锌避雷器施加10kV左右的交流高压，测量得到的相电压和基波电流的相角差稳定在82°左右，表明待测氧化锌避雷器的整体性能良好。同时，试验结果也说明所设计避雷器在线监测系统能够实现避雷器运行状态的实时监测，且诊断准确性良好，基本达到了预期设计目标。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种避雷器运行状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

在避雷器上设置运行电压测量端和避雷器全电流检测端，所述运行电压测量端用于采集作用于避雷器上的三相运行电压，获取相电压参数；所述避雷器全电流检测端用于采集流经避雷器的三相全电流信号，获取电流参数；

根据由运行电压测量端和避雷器全电流检测端获取的相电压参数和电流参数进行计算，得到测试数据，该测试数据包括相位差、阻性电流峰值、容性电流峰值以及各次谐波分量中的一个或多个，将测试数据与对应的典型值进行对比，判断避雷器的运行状态。

2.根据权利要求1所述的一种避雷器运行状态评估方法，其特征在于，所述运行电压测量端包括相电压采集设备、第一调理模块、第一模数转换模块、第一GPS授时模块、第一微控制器模块和第一无线传输模块，所述第一微控制器模块分别连接所述第一模数转换模块、第一GPS授时模块和第一无线传输模块，所述第一调理模块分别连接所述相电压采集设备和第一模数转换模块，所述相电压采集设备安装在避雷器的三相电源线上；

所述第一微控制器模块首先在第一GPS授时模块的设定条件下，驱动相电压采集设备采集作用于避雷器上的三相运行电压，并经过第一调理模块进行信号调理以及经过第一模数转换模块进行模数转换后，进行运算处理，获取相电压参数；最后将相电压参数通过第一无线传输模块传输至人机交互终端，在人机交互终端中进行避雷器运行状态的评估。

3.根据权利要求2所述的一种避雷器运行状态评估方法，其特征在于，所述相电压参数包括相电压信号的基波幅值、各谐波分量及初相位。

4.根据权利要求2所述的一种避雷器运行状态评估方法，其特征在于，所述第一微控制器模块对模数变换后的数据再通过快速傅里叶变换将数据转换到频域中进行分析，获取相电压参数。

5.根据权利要求2所述的一种避雷器运行状态评估方法，其特征在于，所述第一微控制器模块为STM32微控制器。

6.根据权利要求1所述的一种避雷器运行状态评估方法，其特征在于，所述避雷器全电流检测端包括全电流采集设备、第二调理模块、第二模数转换模块、第二GPS授时模块、第二微控制器模块和第二无线传输模块，所述第二微控制器模块分别连接所述第二模数转换模块、第二GPS授时模块和第二无线传输模块，所述第二调理模块分别连接所述全电流采集设备和第二模数转换模块，所述全电流采集设备安装在避雷器的三相电源线上；

所述第二微控制器模块首先在第二GPS授时模块的设定条件下，驱动全电流采集设备采集作用于避雷器上的三相全电流信号，并经过第二调理模块进行信号调理以及经过第二模数转换模块进行模数转换后，获取电流参数；最后将电流参数通过第二无线传输模块传输至人机交互终端，在人机交互终端中进行避雷器运行状态的评估。

7.根据权利要求6所述的一种避雷器运行状态评估方法，其特征在于，所述第二微控制器模块为STM32微控制器。

8.根据权利要求1所述的一种避雷器运行状态评估方法，其特征在于，采用相电压和基波电流的相角差，对避雷器的运行状态进行监测。

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