CN115754639A - 一种绝缘子泄漏电流汇流结构及监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于输电线路领域，公开了一种绝缘子泄漏电流汇流结构及监测装置，包括若干环绕设置的瓣状绝缘支架；若干瓣状绝缘支架外侧套设导电抱箍，导电抱箍的紧固螺栓上设置汇流线；各瓣状绝缘支架的内侧上间隔设置导流导片和汇流导片；汇流导片上设置若干导电紧固件，导电紧固件一端穿过瓣状绝缘支架与导电抱箍连接。有效提升绝缘子泄漏电流汇流结构的的通用性，降低适配不同绝缘子的设计成本，还可以使汇流结构紧贴绝缘子杆身部分，提升绝缘子泄漏电流的汇流能力。同时，防止过大的泄漏电流通过汇流线传入下级系统，对下级系统造成较大冲击，进而导致下级系统的器件损坏。

Description

一种绝缘子泄漏电流汇流结构及监测装置

技术领域

本发明属于输电线路领域，涉及一种绝缘子泄漏电流汇流结构及监测装置。

背景技术

绝缘子是高压输电线路中至关重要的隔电部件，其对高压与强机械应力有一定的耐受作用，绝缘子的绝缘性能对于输电线路的安全稳定运行起至关重要的作用，为避免输电线路因绝缘子性能下降发生事故，需及时对绝缘子的运行状态进行检测。然而，由于输电线路经过的地形及大气环境一般较为复杂，由天气环境恶化、空气污染、操作不当等原因造成的线路污闪、冰闪、操作冲击闪络或雨闪事故频发，影响了供电系统的正常安全稳定运行。据统计，因环境污染而造成的绝缘子闪络事故在电网事故问题中位居第二位，仅次于雷击事故，因此，对输电线路绝缘子污闪现象的监测是保障电力系统运行安全的重要手段。

对绝缘子污秽参数的分析可以实现对绝缘子运行状态的评估，一般来说对绝缘子污秽参数的分析包括以下四种：等值盐密法、污层电导率法、污闪梯度法、脉冲计数法和泄漏电流法。其中，等值盐密法是通过检测一定面积下绝缘表面污秽物，并换算成等量的NaCl含量来对污秽进行评估，但是等值盐密法只能检测到污秽中可以导电的部分，不能检测非导电部分，因此不能反映局部电弧发展过程，且易受绝缘子表面防水涂料的影响。污层电导率法通过对绝缘子两端施加一定电压并测量流过绝缘子的电流，从而求得电导，但是污层电导率法应用于现场时受测量装置的影响，一般保能测量局部电导。污闪梯度法通过对绝缘子开展放电试验测量绝缘子污闪电压，并结合绝缘子长度查询绝缘子污闪梯度，但是污闪梯度法的流程较为繁琐，且无法实现绝缘子污秽情况的实时监测。脉冲计数法通过监测泄漏电流越过限值的脉冲次数来标明绝缘子污秽度，但是脉冲计数法容易受到外界电场干扰，脉冲值难以测准。

而当绝缘子表层附着污秽时，绝缘子的绝缘性能会下降，因此会沿绝缘子表面产生爬电，称为泄漏电流，如果污秽持续增多而未经过处理，泄漏电流增大到一定程度时就会发展为闪络。因此，通过监测绝缘子表面泄漏电流的最大值，可以反映绝缘子当前接近闪络的程度。同时，当绝缘子将发生污闪时，其表层电流幅值将会突增，可以根据绝缘子泄漏电流幅值以及谐波信号来分析绝缘子的运行状态，判断是否积污严重。因此，泄漏电流监测是保障绝缘子运行可靠性的重要技术手段。隧穿磁阻传感器是一种具有高精度、高响应速度、宽频域、大量程的非接触式电流传感器，其优异的性能参数使其被广泛应用于工业和电子行业。因此，可通过隧穿磁阻传感器进行泄漏电流的监测。

目前，隧穿磁阻传感器在绝缘子上的安装方式有两种，一种方式是在绝缘子上使用穿心结构作为传感器聚流本体来测量泄漏电流；另一种方式是在绝缘子上安装汇流结构，通过汇流结构汇集并导出绝缘子上的泄漏电流，再通过传感器对与汇流结构相连的引出线中的泄漏电流进行监测。其中，前一种方法由于需要安装对小电流所产生磁场进行汇集的聚磁结构，体积较为庞大且造价较高，因此多采用含有汇流结构的监测系统设计，然而，目前所采用的汇流结构多针对特定绝缘子结构进行设计，其对于不同结构的绝缘子安装的适配性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种绝缘子泄漏电流汇流结构及监测装置。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明第一方面，提供一种绝缘子泄漏电流汇流结构，包括若干环绕设置的瓣状绝缘支架；若干瓣状绝缘支架外侧套设导电抱箍，导电抱箍的紧固螺栓上设置汇流线；各瓣状绝缘支架的内侧上间隔设置导流导片和汇流导片；汇流导片上设置若干导电紧固件，导电紧固件一端穿过瓣状绝缘支架与导电抱箍连接。

可选的，所述导流导片的表面喷涂防腐防氧化材料。

可选的，所述导流导片和汇流导片均与瓣状绝缘支架粘贴连接；汇流导片和导电抱箍均与导电紧固件铆接连接。

可选的，所述瓣状绝缘支架为塑料瓣状绝缘支架；所述导电抱箍为不锈钢导电抱箍；所述导流导片和汇流导片均为铜导片。

本发明第二方面，提供一种绝缘子泄漏电流监测装置，包括螺线管、隧穿磁阻芯片以及上述的绝缘子泄漏电流汇流结构；螺线管与绝缘子泄漏电流汇流结构的汇流线连接；隧穿磁阻芯片设置在螺线管内部。

可选的，所述螺线管和隧穿磁阻芯片均至少设置两个；各螺线管均与绝缘子泄漏电流汇流结构的汇流线连接，各隧穿磁阻芯片一一对应的设置在各螺线管内部；且各螺线管在相同接入电流触发下产生的磁场的磁感应强度不同。

可选的，还包括第一过压过流保护电路和若干第二过压过流保护电路；第一过压过流保护电路一端与绝缘子泄漏电流汇流结构的汇流线连接，另一端与各第二过压过流保护电路一端均连接；各第二过压过流保护电路另一端一一对应连接各螺线管。

可选的，还包括放大电路、模数转换电路以及信号处理单元；隧穿磁阻芯片的输出端依次连接放大电路、模数转换电路和信号处理单元；放大电路用于放大隧穿磁阻芯片的输出信号，得到放大信号；模数转换电路用于将放大信号进行模数转换，得到数字信号；信号处理单元用于根据预设的转换系数转换数字信号，得到绝缘子泄漏电流的电流值。

可选的，还包括数据传输装置；数据传输装置与信号处理单元连接；数据传输装置用于接收信号处理单元发送的绝缘子泄漏电流的电流值并传输。

可选的，还包括电源管理单元以及若干电能装置；若干电能装置均通过电源管理单元与信号处理单元连接；电源管理单元用于获取各电能装置的状态信息，并根据各电能装置的状态信息，切换各电能装置的供能状态。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明绝缘子泄漏电流汇流结构，通过若干汇流导片导引绝缘子表面的泄漏电流，然后通过导电紧固件传输至导电抱箍实现汇集，然后再由汇流线对外传输，实现绝缘子泄漏电流的有效汇流。同时，采用瓣状绝缘支架和导电抱箍的组合固定方式，可以自由调节环绕设置的瓣状绝缘支架的内部容置空间的大小，可以为适应不同直径的绝缘子杆身留有安装余量，实现不同类型绝缘子的自适应安装，有效提升绝缘子泄漏电流汇流结构的的通用性，降低适配不同绝缘子的设计成本，还可以使汇流结构紧贴绝缘子杆身部分，提升绝缘子泄漏电流的汇流能力。同时，通过与汇流导片间隔设置的导流导片，在导流导片和汇流导片之间形成片间间隙，当绝缘子泄漏电流突然增大时，可以通过该片间间隙实现放电，防止过大的泄漏电流传入下级系统，对下级系统造成较大冲击，导致下级系统的器件损坏。

本发明绝缘子泄漏电流监测装置，通过绝缘子泄漏电流汇流结构的汇流线，将汇流的绝缘子泄漏电流传输至螺线管，然后螺线管在该绝缘子泄漏电流的作用下产生磁场，然后通过设置在螺线管内的隧穿磁阻芯片感应该磁场后，基于自身电阻的变化情况，得到用于表征绝缘子泄漏电流大小的输出信号，基于该输出信号实现绝缘子泄漏电流的实时监测，提升绝缘子泄漏电流的监测精度。

附图说明

图1为本发明实施例的绝缘子泄漏电流汇流结构示意图。

图2为本发明实施例的绝缘子泄漏电流汇流结构俯视图。

图3为本发明实施例的绝缘子泄漏电流监测装置结构框图。

其中：1-导流导片；2-紧固螺栓；3-片间间隙；4-汇流导片；5-导电紧固件；6-导电抱箍；7-瓣状绝缘支架。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明一实施例中，提供一种绝缘子泄漏电流汇流结构，能够适应各种类型的电力架空输电线路绝缘子，并且易于安装使用，安全性高。具体的，所述绝缘子泄漏电流汇流结构包括若干环绕设置的瓣状绝缘支架7；若干瓣状绝缘支架7外侧套设导电抱箍6，导电抱箍6的紧固螺栓2上设置汇流线；各瓣状绝缘支架7的内侧上间隔设置导流导片1和汇流导片4；汇流导片4上设置若干导电紧固件5，导电紧固件5一端穿过瓣状绝缘支架7与导电抱箍6连接。

具体的，所述绝缘子泄漏电流汇流结构在使用时，将导流导片1的表面紧贴绝缘子低压侧导体部分，将汇流导片4的表面紧贴绝缘子杆身非导体部分。例如对于复合绝缘子，则导流导片1的表面紧贴复合绝缘子的未涂覆高温硫化橡胶导体处，将汇流导片4的表面紧贴复合绝缘子涂覆高温硫化橡胶的绝缘处。导流导片1和汇流导片4均具有良好导电性能，导流导片1起到绝缘子沿面泄漏电流导引作用，汇流导片4用于导引绝缘子表面的泄漏电流。

导电抱箍6可以采用开口圆环状伸缩抱箍，套设在若干瓣状绝缘支架7的外侧，用于固定多个瓣状绝缘支架7，并通过紧固螺栓2与汇流线连接。紧固螺栓2有两方面作用，一方面用于收集各汇流导片4中汇流的泄漏电流并通过回流线传输，另一方面用于紧固或放松导电抱箍6，从而实现汇流结构与不同型号绝缘子的紧密贴合。导电紧固件5用于实现汇流导片4和导电抱箍6的电连接，将各汇流导片4汇流的泄露电流传输至导电抱箍6。

各瓣状绝缘支架7的内侧上间隔设置导流导片1和汇流导片4，即在同一瓣状绝缘支架7上的导流导片1和汇流导片4之间预留片间间隙3，当绝缘子泄漏电流突然增大时，可以通过该片间间隙3实现放电，防止过大的泄漏电流通过汇流线传入下级系统，对下级系统造成较大冲击，进而导致下级系统的器件损坏。

综上所述，本发明绝缘子泄漏电流汇流结构在工作时，通过若干汇流导片4导引绝缘子表面的泄漏电流，然后通过导电紧固件5传输至导电抱箍6实现汇集，然后再由汇流线对外传输，实现绝缘子泄漏电流的有效汇流。同时，采用瓣状绝缘支架7和导电抱箍6的组合固定方式，可以自由调节环绕设置的瓣状绝缘支架7的内部容置空间的大小，可以为适应不同直径的绝缘子杆身留有安装余量，实现不同类型绝缘子的自适应安装，有效提升绝缘子泄漏电流汇流结构的的通用性，降低适配不同绝缘子的设计成本，还可以使汇流结构紧贴绝缘子杆身部分，提升绝缘子泄漏电流的汇流能力。同时，通过与汇流导片4间隔设置的导流导片1，在导流导片1和汇流导片4之间形成片间间隙3，当绝缘子泄漏电流突然增大时，可以通过该片间间隙3实现放电，防止过大的泄漏电流通过汇流线传入下级系统，对下级系统造成较大冲击，进而导致下级系统的器件损坏。

在一种可能的实施方式中，所述导流导片1的表面喷涂防腐防氧化材料。

具体的，基于输电线路经过的地形及大气环境一般较为复杂，导致绝缘子泄漏电流汇流结构的工作环境较为恶劣，容易被氧化和腐蚀，因此，在导流导片1的表面喷涂防腐防氧化材料，保证其能够稳定发挥作用，延长使用寿命。

在一种可能的实施方式中，所述导流导片1和汇流导片4均与瓣状绝缘支架7粘贴连接；汇流导片4和导电抱箍6均与导电紧固件5铆接连接。所述瓣状绝缘支架7为塑料瓣状绝缘支架7；所述导电抱箍6为不锈钢导电抱箍6；所述导流导片1和汇流导片4均为铜导片。

基于上述连接方式和材质的选取，在保证绝缘子泄漏电流汇流结构导电部件的导电性能的同时，有效降低其整体成本，并且便于现场化的安装使用。

参见图2，本发明再一个实施例中，提供一种绝缘子泄漏电流监测装置，包括螺线管、隧穿磁阻芯片以及上述的绝缘子泄漏电流汇流结构；螺线管与绝缘子泄漏电流汇流结构的汇流线连接；隧穿磁阻芯片设置在螺线管内部。

具体的，所述绝缘子泄漏电流监测装置分为两部分，一部分即为上述的绝缘子泄漏电流汇流结构，以实现绝缘子泄漏电流的汇流作用，另一部分则是由螺线管和隧穿磁阻芯片组成的传感监测部分，以实现绝缘子泄漏电流变化的实时监测。

其中，隧穿磁阻芯片是基于隧穿磁阻效应制造的一种传感器，相对于其他类型的磁传感器，具有更高的灵敏度、更低的功耗和更宽的线性范围。隧穿磁阻效应(TMR，Tunneling Magnetoresistance)是指在铁磁-绝缘体薄膜(约1奈米)-铁磁材料中，其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。

所述绝缘子泄漏电流监测装置在工作时，通过绝缘子泄漏电流汇流结构的汇流线，将汇流的绝缘子泄漏电流传输至螺线管，然后螺线管在该绝缘子泄漏电流的作用下产生磁场，然后通过设置在螺线管的磁场范围内的隧穿磁阻芯片感应该磁场后，基于自身电阻的变化情况，得到用于表征绝缘子泄漏电流大小的输出信号，实现绝缘子泄漏电流变化的实时监测，提升绝缘子泄漏电流的监测精度。

在一种可能的实施方式中，所述螺线管和隧穿磁阻芯片均至少设置两个；各螺线管均与绝缘子泄漏电流汇流结构的汇流线连接，各隧穿磁阻芯片一一对应设置在各螺线管的磁场范围内；且各螺线管在相同电流触发下产生的磁场的磁感应强度不同。

具体的，可以采用线圈匝数不同或者长度不同的方式，使得不同螺线管在相同电流触发下产生的磁场的磁感应强度不同。进而，基于多螺线管和隧穿磁阻芯片的设计方式，可以实现对绝缘子泄漏电流的不同精度的监测。例如，设计不同线圈匝数的螺线管作为不同隧穿磁阻芯片的磁场源，能够实现微安级泄漏电流和毫安级泄漏电流的实时监测，从而大幅提升监测泄漏电流的动态范围。

在一种可能的实施方式中，该绝缘子泄漏电流监测装置还包括第一过压过流保护电路和第二过压过流保护电路；第一过压过流保护电路一端与绝缘子泄漏电流汇流结构的汇流线连接，另一端与各第二过压过流保护电路一端均连接；各第二过压过流保护电路另一端一一对应连接各螺线管。

具体的，由于绝缘子泄漏电流的电流值一般较小，因此需要对过流输入进行保护以防止绝缘子泄漏电流监测装置的内部器件被损毁，一般过流输入来自绝缘子损坏或由天气引起的过电压或冲击电流，第一过压过流保护电路和第二过压过流保护电路可以采用目前的常规设计，如由一组晶体管触发晶闸管构成。

其中，第一过压过流保护电路用来防止过大的电压和电流的接入，有效防止后续电子器件的损坏。同时，设置与各螺线管对应连接的各第二过压过流保护电路，主要是通过各第二过压过流保护电路来限制流入对应的各螺线管的最大电流，来保护与各螺线管对应的隧穿磁阻芯片。

同时，基于第一过压过流保护电路和第二过压过流保护电路，结合绝缘子泄漏电流汇流结构的片间间隙3的设计，实现双重过载保护，可以最大程度实现对过载信号的放电和抑制作用，进而保护电子器件不被过载击穿。

在一种可能的实施方式中，该绝缘子泄漏电流监测装置还包括放大电路、模数转换电路以及信号处理单元；隧穿磁阻芯片的输出端依次连接放大电路、模数转换电路和信号处理单元；放大电路用于放大隧穿磁阻芯片的输出信号，得到放大信号；模数转换电路用于将放大信号进行模数转换，得到数字信号；信号处理单元用于根据预设的转换系数转换数字信号，得到绝缘子泄漏电流的电流值。

具体的，由于绝缘子泄漏电流的电流值一般较小，为实现监测的精度，设置放大电路对隧穿磁阻芯片的输出信号进行放大，然后经由模数转换电路转换为离散的数字信号，以便通过信号处理单元进行处理，得到绝缘子泄漏电流的电流值。其中，放大电路、模数转换电路以及信号处理单元，均可以采用目前常规的设计方式。例如，可以在设计完成后，采用标定方式确定数字信号和绝缘子泄漏电流的电流值之间的转换系数，再将该转换系数设定为信号处理单元预设的转换系数，即信号处理单元根据预设的转换系数转换数字信号时，通过该转换系数将数字信号转换为绝缘子泄漏电流的电流值。

在一种可能的实施方式中，该绝缘子泄漏电流监测装置还包括数据传输装置；数据传输装置与信号处理单元连接；数据传输装置用于接收信号处理单元发送的绝缘子泄漏电流的电流值并传输。

具体的，设计数据传输装置实现绝缘子泄漏电流的电流值的对外传输。例如，可将绝缘子泄漏电流的电流值传输至显示装置进行可视化显示，或者传输至对应的上位机进行进一步的分析处理，以判定绝缘子的运行状态。其中，数据传输装置可以采用有线传输装置，如485通讯线等，也可以采用无线传输装置，如2.4GHz无线传输器和蓝牙无线传输器等。

在一种可能的实施方式中，该绝缘子泄漏电流监测装置还包括电源管理单元以及若干电能装置；若干电能装置均通过电源管理单元与信号处理单元连接；电源管理单元用于获取各电能装置的状态信息，并根据各电能装置的状态信息，切换各电能装置的供能状态。

具体的，设置了多种的电能装置，如太阳能电池及蓄电池等。通过电源管理单元监测各电能装置的状态信息，如剩余电量和供电电压等，实现对不同电能装置的供能状态的切换，保证绝缘子泄漏电流监测装置的长续航能力及工作稳定性。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绝缘子泄漏电流汇流结构，其特征在于，包括若干环绕设置的瓣状绝缘支架(7)；若干瓣状绝缘支架(7)外侧套设导电抱箍(6)，导电抱箍(6)的紧固螺栓(2)上设置汇流线；各瓣状绝缘支架(7)的内侧上间隔设置导流导片(1)和汇流导片(4)；汇流导片(4)上设置若干导电紧固件(5)，导电紧固件(5)一端穿过瓣状绝缘支架(7)与导电抱箍(6)连接。

2.根据权利要求1所述的绝缘子泄漏电流汇流结构，其特征在于，所述导流导片(1)的表面喷涂防腐防氧化材料。

3.根据权利要求1所述的绝缘子泄漏电流汇流结构，其特征在于，所述导流导片(1)和汇流导片(4)均与瓣状绝缘支架(7)粘贴连接；汇流导片(4)和导电抱箍(6)均与导电紧固件(5)铆接连接。

4.根据权利要求1所述的绝缘子泄漏电流汇流结构，其特征在于，所述瓣状绝缘支架(7)为塑料瓣状绝缘支架(7)；所述导电抱箍(6)为不锈钢导电抱箍(6)；所述导流导片(1)和汇流导片(4)均为铜导片。

5.一种绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，包括螺线管、隧穿磁阻芯片以及权利要求1至4任一项所述的绝缘子泄漏电流汇流结构；

螺线管与绝缘子泄漏电流汇流结构的汇流线连接；

隧穿磁阻芯片设置在螺线管内部。

6.根据权利要求5所述的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，所述螺线管和隧穿磁阻芯片均至少设置两个；

各螺线管均与绝缘子泄漏电流汇流结构的汇流线连接，各隧穿磁阻芯片一一对应的设置在各螺线管内部；且各螺线管在相同接入电流触发下产生的磁场的磁感应强度不同。

7.根据权利要求6所述的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，还包括第一过压过流保护电路和若干第二过压过流保护电路；

第一过压过流保护电路一端与绝缘子泄漏电流汇流结构的汇流线连接，另一端与各第二过压过流保护电路一端均连接；

各第二过压过流保护电路另一端一一对应连接各螺线管。

8.根据权利要求5所述的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，还包括放大电路、模数转换电路以及信号处理单元；

隧穿磁阻芯片的输出端依次连接放大电路、模数转换电路和信号处理单元；

放大电路用于放大隧穿磁阻芯片的输出信号，得到放大信号；

模数转换电路用于将放大信号进行模数转换，得到数字信号；

信号处理单元用于根据预设的转换系数转换数字信号，得到绝缘子泄漏电流的电流值。

9.根据权利要求8所述的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，还包括数据传输装置；数据传输装置与信号处理单元连接；

数据传输装置用于接收信号处理单元发送的绝缘子泄漏电流的电流值并传输。

10.根据权利要求8所述的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，还包括电源管理单元以及若干电能装置；

若干电能装置均通过电源管理单元与信号处理单元连接；

电源管理单元用于获取各电能装置的状态信息，并根据各电能装置的状态信息，切换各电能装置的供能状态。

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