CN116223931A - 一种避雷器健康管理系统 - Google Patents

一种避雷器健康管理系统 Download PDF

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Abstract

一种避雷器健康管理系统，通过双电流互感器的设计，同时采集泄漏电流、雷击电流、雷击次数等关键原始数据，并协同电压互感器、温度传感器等共同构成避雷器数据采集终端，从多角度分析、监测、展示避雷器的健康状态，以确保避雷器可正常工作，通过深入分析避雷器工频泄漏电流在线监测技术、雷击电流在线监测技术和互联网技术，通过实时感知避雷器在运行电压下的工频泄漏电流值的大小及其变化、雷击电流信号，及时发现避雷器的老化、受潮状态，以减少爆炸事故的发生，最终提升避雷器运行风险评估和故障排查效率，为输配电线路运行智能化、数据化提供信息支撑，具有重大的经济价值和社会效益。

Description

一种避雷器健康管理系统
技术领域
本发明是一种避雷器健康管理系统，属于避雷器领域。
背景技术
雷暴天气是自然现象中的一种天气现象，近些年来由雷电引发的灾害频繁发生，并呈迅速上升的趋势，由雷害所造成的严重破坏作用和巨大的经济损失，引起了人们的忧虑和探索。电网中的事故以输电线路的故障占大部分，输电线路的故障又以雷击跳闸占的比重较大，雷电对输电线路安全运行危害极大，常常造成避雷器炸毁事故，特别在山区、交通不便的地区，给巡视、查找故障增加不少困难。由于福建地形以丘陵为主，在春夏之际属雷电灾害多发区，导致雷击成为了输电线路安全可靠运行的主要危害，给省内的电力安全输送带来了极大的挑战。避雷器在电力系统中是一种重要的保护设备，是将系统过电压限制到一定的水平，除了限制雷击过电压外，还能限制一部分操作过电压。金属氧化物避雷器(简称MOA)具有响应快、伏安特性平坦、性能稳定、通流容量大、残压低、寿命长、结构简单等优点，使其成为电力系统一次设备的首选保护设备，广泛应用于发电、输电、变电、配电等系统中。MOA的安全运行对电力系统的安全性和稳定性起着至关重要的作用，因此对其进行在线监测管理显得格外重要。
现有的氧化锌避雷器是发电站、变电站及输电线路用来保护电力系统中各种电气设备免受过电压损坏的电气产品，是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一。由于氧化锌避雷器长期承受持续运行电压、冲击电压以及各种外部因素的影响会加速电阻片的老化，绝缘性遭到破坏继而发生工频泄漏电流增加，功耗增大，导致避雷器热崩溃而发生击穿爆炸等事故。为避免发生事故，需要对避雷器进行实时检测，尤其需要检测避雷器在运行过程中工频泄漏电流的变化和在释放雷电流过程中承受的电流冲击，即需要测量微工频泄漏电流和雷电流。目前的技术方案，一般通过普通电流互感器件对避雷器进行工频泄漏电流的检测，检测精度太低，无法跟踪避雷器微安级的电流变化；一般通过采用普通级别的感应元件感应雷电流，由于自然界雷电的特点是电流高达几十A～几百kA，时间甚短，一般仅为10～100μs，变通感应元件承受较大电流时容易过载而损坏，因此能测量的电流范围有限，不适合用来测量雷电流由于自然界雷电的特点是电流高达几十A～几百kA，时间甚短，一般仅为10～100μs，电流互感器或普通有源传感器件承受较大电流时容易过载而损坏，因此能测量的电流范围有限，不适合用来测量雷电流。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种避雷器健康管理系统，以解决现有的氧化锌避雷器是发电站、变电站及输电线路用来保护电力系统中各种电气设备免受过电压损坏的电气产品，是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一。由于氧化锌避雷器长期承受持续运行电压、冲击电压以及各种外部因素的影响会加速电阻片的老化，绝缘性遭到破坏继而发生阻性电流增加，功耗增大，导致避雷器热崩溃而发生击穿爆炸等事故。为避免发生事故，需要对避雷器的工频泄漏电流和雷击电流进行实时检测，尤其需要一种适宜测量微弱工频电流的互感器和一种检测避雷器在释放雷电流过程中承受的冲击电流互感器，目前的技术方案，一般通过普通电流互感器件对避雷器进行工频泄漏电流的检测，检测精度太低，无法跟踪避雷器微安级的电流变化；一般通过采用普通级别的感应元件感应雷电流，由于自然界雷电的特点是电流高达几十A～几百kA，时间甚短，一般仅为10～100μs，变通感应元件承受较大电流时容易过载而损坏，因此能测量的电流范围有限，不适合用来测量雷电流的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种避雷器健康管理系统,其结构包括避雷器状态监测终端、中继网关、后台数据中心、远程监控平台，所述避雷器状态监测终端包括终端外壳，避雷器安装槽座，避雷器安装槽座设于终端外壳一侧，所述避雷器安装槽座上装配有避雷器，所述终端外壳内部设有检测避雷器状态的检测结构，所述检测结构包括全电流采样模块、峰值电流采样模块、电网电压采集模块、数字信号处理模块、数据传输模块、温度传感器模块；
所述全电流采样模块上设有用于测量微弱工频电流的传感器，用于采集工频泄漏电流；
所述峰值电流采样模块上设有专用的电流互感器，用于测量过电压情况下冲击电流的峰值，记录MOA被雷击的动作次数，并依据避雷器中给出的相应参数去判断避雷器的动作原因；
所述电网电压采集模块上设有电子式电压传感器，用于同步采集母线电压，所述电子式电压传感器具体为穿芯式零磁通电流互感器，具有高精度微弱电流检测能力，实现了避雷器泄漏电流的实时检测，保障了整个健康状态管控系统的准确性；
所述数字信号处理模块接收到工频泄漏电流和母线电压数据后，进行存储，并通过FFT运算实现工频泄漏电流及其谐波分析，得到处理后的数据，从而去判断避雷器目前是否处于正常的运行状态；
所述数据传输模块通过LoRa无线通信技术，将处理得到的信号向外发送；
所述温度传感器模块通过实时获取外界温度值，监测环境因素对全电流的变化与环境温度变化间的关系；
所述避雷器状态监测终端，主要完成避雷器雷击电流、工频泄漏电流、雷击次数等原始信号的采集、处理，并将处理后的数据通过LoRa无线通信发送给中继网关；
所述中继网关，主要完成区域范围内避雷器监测终端所传输避雷器运行状态数据的接收、处理，并将处理后的终端数据按照标准通信协议通过4G发送到后台数据中心，同时能响应远程监控平台的指令；
所述后台数据中心，主要完成中继网关所发送的有效数据接收，并按照相关标准要求进行存储，以供远程监控平台读取；
所述远程监控平台，主要完成避雷器运行状态数据的实时显示、查询，当上述数据处于预警临界值时发出报警信息，预防事故的发生，预警阈值可远程配置。
进一步地，所述终端外壳与避雷器安装槽座为一体化结构。
进一步地，还包括光源互补式的供电结构，所述光源互补式的供电结构为避雷器状态监测终端供电，所述光源互补式的供电结构由蓄电池、太阳能发电板组成，所述蓄电池通过变换器与太阳能发电板连接。
进一步地，所述太阳能发电板的输出功率为18V。
进一步地，所述避雷器具体为无间隙金属氧化锌避雷器。
进一步地，报警信息的发送方式，包括短信方式、邮件方式、界面弹窗方式。
进一步地，避雷器给出的相应参数，包括过电压导致、雷击电压导致。
进一步地，内置用于测量微弱工频电流的传感器，所述避雷器状态监测终端的检测电流精度，在1uA～2000uA范围内的电流检测精度为±5uA。
进一步地，所述避雷器安装槽座包括座体、传动螺栓，所述座体上设有装配槽，所述装配槽底部设有透出座体底面的连接端伸出口，所述传动螺栓转动嵌于座体底部外侧，所述连接端伸出口活动嵌有内壁设有与传动螺栓螺纹连接的弧形夹持块，所述座体外壁设有限制传动螺栓轴向移动的轴承。
本发明的有益效果是：通过双电流互感器的设计，同时采集工频泄漏电流、雷击电流、雷击次数等关键原始数据，并协同电压传感器、温度传感器等共同构成避雷器数据采集终端，从多角度分析、监测、展示避雷器的健康状态，以确保避雷器可正常工作，通过深入分析避雷器工频泄漏电流在线监测技术、雷击电流在线监测技术和互联网技术，通过实时感知避雷器在运行电压下的工频泄漏电流、雷击电流信号，及时发现避雷器的老化、受潮状态，以减少爆炸事故的发生，最终提升避雷器运行风险评估和故障排查效率，为输配电线路运行智能化、数据化提供信息支撑，具有重大的经济价值和社会效益。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为避雷器状态监测终端的结构示意图；
图2为避雷器状态监测终端的原理示意图；
图3为避雷器安装槽座的剖面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1、图2、图3，本发明提供一种避雷器健康管理系统技术方案：其结构包括避雷器状态监测终端、中继网关、后台数据中心、远程监控平台，所述避雷器状态监测终端包括终端外壳1，避雷器安装槽座2，避雷器安装槽座2设于终端外壳1一侧，所述避雷器安装槽座2上装配有避雷器，所述终端外壳1内部设有检测避雷器状态的检测结构，所述检测结构包括全电流采样模块、峰值电流采样模块、电网电压采集模块、数字信号处理模块、数据传输模块、温度传感器模块；
所述全电流采样模块上设有用于测量微弱工频电流的传感器，用于采集工频泄漏电流；
所述峰值电流采样模块上设有专用的电流互感器，用于测量过电压情况下冲击电流的峰值，记录MOA被雷击的动作次数，并依据避雷器中给出的相应参数去判断避雷器的动作原因；
所述电网电压采集模块上设有电子式电压传感器，用于同步采集母线电压，所述电子式电压传感器具体为穿芯式零磁通电流互感器，具有高精度微弱电流检测能力，实现了避雷器泄漏电流的实时检测，保障了整个健康状态管控系统的准确性；
所述数字信号处理模块接收到工频泄漏电流和母线电压数据后，进行存储，并通过FFT运算实现工频泄漏电流及其谐波分析，得到处理后的数据，从而去判断避雷器目前是否处于正常的运行状态；
所述数据传输模块通过LoRa无线通信技术，将处理得到的信号向外发送；
所述温度传感器模块通过实时获取外界温度值，监测环境因素对全电流的变化与环境温度变化间的关系；
所述避雷器状态监测终端，主要完成避雷器雷击电流、工频泄漏电流、雷击次数等原始信号的采集、处理，并将处理后的数据通过LoRa无线通信发送给中继网关；
所述中继网关，主要完成区域范围内避雷器监测终端所传输避雷器运行状态数据的接收、处理，并将处理后的终端数据按照标准通信协议通过4G发送到后台数据中心，同时能响应远程监控平台的指令；
所述后台数据中心，主要完成中继网关所发送的有效数据接收，并按照相关标准要求进行存储，以供远程监控平台读取；
所述远程监控平台，主要完成避雷器运行状态数据的实时显示、查询，当上述数据处于预警临界值时发出报警信息，预防事故的发生，预警阈值可远程配置；所述终端外壳1与避雷器安装槽座2为一体化结构，还包括光源互补式的供电结构，所述光源互补式的供电结构为避雷器状态监测终端供电，所述光源互补式的供电结构由蓄电池、太阳能发电板组成，所述蓄电池通过变换器与太阳能发电板连接，所述太阳能发电板的输出功率为18V，所述避雷器具体为无间隙金属氧化锌避雷器，报警信息的发送方式，包括短信方式、邮件方式、界面弹窗方式，避雷器给出的相应参数，包括过电压导致、雷击电压导致，内置用于测量微弱工频电流的传感器，所述避雷器状态监测终端的检测电流精度，在1uA～2000uA范围内的电流检测精度为±5uA，所述避雷器安装槽座2包括座体201、传动螺栓202，所述座体201上设有装配槽203，所述装配槽203底部设有透出座体201底面的连接端伸出口204，所述传动螺栓202转动嵌于座体201底部外侧，所述连接端伸出口204活动嵌有内壁设有与传动螺栓202螺纹连接的弧形夹持块205，所述座体201外壁设有限制传动螺栓202轴向移动的轴承。
远程监控平台获取数据后，用户实时接收到数据，并对数据进行有效利用，从而分析出避雷器的运行状态，基于Vue的前端数据可视化展示特点，以直方图和折线图等形式展示避雷器工频泄漏电流大小及其相位差、雷击电流大小及累计次数、温度等数据，直观地表达了某地区线路避雷器的工作状况，便于分析避雷器是否处于正常运行状态。
避雷器安装槽座2底部内设有专用于避雷器的连接端夹持定位结构，通过转动传动螺栓202，原地转动的传动螺栓202带动螺纹连接的弧形夹持块205朝连接端伸出口204内水平移动，弧形夹持块205会对避雷器的连接端进行夹持定位。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种避雷器健康管理系统，其特征在于：其结构包括避雷器状态监测终端、中继网关、后台数据中心、远程监控平台，所述避雷器状态监测终端包括终端外壳(1)，避雷器安装槽座(2)，避雷器安装槽座(2)设于终端外壳(1)一侧，所述避雷器安装槽座(2)上装配有避雷器，所述终端外壳(1)内部设有检测避雷器状态的检测结构，所述检测结构包括全电流采样模块、峰值电流采样模块、电网电压采集模块、数字信号处理模块、数据传输模块、温度传感器模块；
所述全电流采样模块上设有用于测量微弱工频电流的传感器，用于采集工频泄漏电流；
所述峰值电流采样模块上设有专用的电流互感器，用于测量过电压情况下冲击电流的峰值，记录MOA被雷击的动作次数，并依据避雷器中给出的相应参数去判断避雷器的动作原因；
所述电网电压采集模块上设有电子式电压传感器，用于同步采集母线电压；所述数字信号处理模块接收到工频泄漏电流和母线电压数据后，进行存储，并通过FFT运算实现工频泄漏电流及其谐波分析，得到处理后的数据，从而去判断避雷器目前是否处于正常的运行状态；
所述数据传输模块通过LoRa无线通信技术，将处理得到的信号向外发送；
所述温度传感器模块通过实时获取外界温度值，监测环境因素对全电流的变化与环境温度变化间的关系；
所述避雷器状态监测终端，主要完成避雷器雷击电流、工频泄漏电流、雷击次数等原始信号的采集、处理，并将处理后的数据通过LoRa无线通信发送给中继网关；
所述中继网关，主要完成区域范围内避雷器监测终端所传输避雷器运行状态数据的接收、处理，并将处理后的终端数据按照标准通信协议通过4G发送到后台数据中心，同时能响应远程监控平台的指令；
所述后台数据中心，主要完成中继网关所发送的有效数据接收，并按照相关标准要求进行存储，以供远程监控平台读取；
所述远程监控平台，主要完成避雷器运行状态数据的实时显示、查询，当上述数据处于预警临界值时发出报警信息，预防事故的发生，预警阈值可远程配置。
2.根据权利要求1所述的一种避雷器健康管理系统，其特征在于：所述终端外壳(1)与避雷器安装槽座(2)为一体化结构。
3.根据权利要求1所述的一种避雷器健康管理系统，其特征在于：还包括光源互补式的供电结构，所述光源互补式的供电结构为避雷器状态监测终端供电，所述光源互补式的供电结构由蓄电池、太阳能发电板组成，所述蓄电池通过变换器与太阳能发电板连接。
4.根据权利要求3所述的一种避雷器健康管理系统，其特征在于：所述太阳能发电板的输出功率为18V。
5.根据权利要求1所述的一种避雷器健康管理系统，其特征在于：所述避雷器具体为无间隙金属氧化锌避雷器。
6.根据权利要求1所述的报警信息的发送方式，其特征在于，包括短信方式、邮件方式、界面弹窗方式。
7.根据权利要求1所述的避雷器给出的相应参数，其特征在于，包括过电压导致、雷击电压导致。
8.根据权利要求1所述的一种避雷器健康管理系统，其特征在于：还包括内置用于测量微弱工频电流的传感器，所述避雷器状态监测终端的检测电流精度，在1uA～2000uA范围内的电流检测精度为±5uA。
9.根据权利要求1所述的一种避雷器健康管理系统，其特征在于：所述避雷器安装槽座(2)包括座体(201)、传动螺栓(202)，所述座体(201)上设有装配槽(203)，所述装配槽(203)底部设有透出座体(201)底面的连接端伸出口(204)，所述传动螺栓(202)转动嵌于座体(201)底部外侧，所述连接端伸出口(204)活动嵌有内壁设有与传动螺栓(202)螺纹连接的弧形夹持块(205)，所述座体(201)外壁设有限制传动螺栓(202)轴向移动的轴承。
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