CN207366674U - 一种多功能氧化锌避雷器在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多功能氧化锌避雷器在线监测系统，属于电力系统运检领域。该系统包括信号采集模块、在线监测模块和结果输出模块；信号采集模块安装于氧化锌避雷器上，用于采集氧化锌的状态信息和相关图像数据，经过处理后将其输出至在线监测模块，在线监测模块将结果数据传送至结果输出模块进行展示。本实用新型随时随地的了解到设备目前的工作状况，通过状态评估可以对设备未来的发展趋势有所掌握，准确的监测及评估能够及时发现设备的各种缺陷，避免设备长期工作在不正常的状态下，保证设备及电网的安全可靠运行。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统运检领域，涉及一种多功能氧化锌避雷器在线监测系统。
背景技术
氧化锌避雷器是一种用来保护电力系统中各种电力设备的装置，它可以使与之并联的各种电力设备免受异常高电压的冲击，从而保障整个电力系统的安全供电，因此它的正常工作对电力设备乃至整个电力系统起着十分重要的作用。氧化锌避雷器在运行过程中随着时间的推移，它的绝缘性能会下降。在常规的工作电压下，会有泄露电流流过氧化锌避雷器，氧化锌阀片本质上是一种压敏电阻，因此阀片会发热，长时间作用将使氧化锌阀片老化，甚至出现热击穿；氧化锌避雷器由于长时间运行在户外，因此环境中的水汽会进入避雷器内部而使阀片受潮，进而使流经避雷器的泄露电流增大，长时间作用会使阀片的绝缘性能下降。当氧化锌避雷器受上述因素影响而导致绝缘性能降低时，与之并联的电力设备将失去保护。因此，在氧化锌避雷器运行过程中对其进行实时的状态监测具有重要意义。
氧化锌避雷器常见故障类型分为：
(1)内部阀片与外瓷套之间的局部放电
氧化锌避雷器绝缘瓷套污秽或受潮，外部瓷套上的电位分布将发生变化，特别是瓷套污秽存在干区时，电位分布将更不均匀，此时内部阀片与外部瓷套间存在径向电位差。当这种电位差较大时，就可能发生径向的局部放电，长期作用下，电荷聚集升温过高造成阀片损坏。
(2)内部受潮
氧化锌避雷器内部空腔中，若有空气存在，当外部环境温度冷热变化时，空气循环膨胀或收缩形成呼吸现象，使得密封处细小微孔逐渐地扩大，潮气侵入氧化锌避雷器内部。此外，制造过程工艺不良，内部残留少量水分或密封不严，运行中水汽浸入，导致阀片受潮故障。虽然氧化锌避雷器制造工艺水平大幅提升，密封材料不断改进，内部空腔内空气也已替换成N2或SF6等体积受温度影响较小的气体，但在长期的运行过程中，氧化锌避雷器内部不断累积的潮气最终仍会使阀片发生损坏。
(3)热击穿
当氧化锌避雷器的发热量大于散热量时，内部不断积累的热量造成阀片温度升高发生热击穿。形成热击穿的原因包括氧化锌避雷器结构设计不合理，不均匀系数高、阀片均一性较差，各阀片间的电位分布不均匀等。影响热击穿形成的主要因素：一是氧化锌避雷器阀片环境温度、周围介质特性和氧化锌避雷器的结构和尺寸。二是阀片自身的物理特性，是否因局部放电或内部受潮的影响，造成自身温度升高。
(4)其他原因
主要包括绝缘配合不合理，持续运行电压低于系统电压或接地电阻不合格造成反击损坏氧化锌避雷器。系统电压波动、高次谐波和频繁雷电冲击都会加速氧化锌避雷器损坏。
以上故障中最终都表现出避雷器阀片的发热老化，最终导致破坏。发热老化是由于有功功率的增大造成，从避雷器等效电路中可知，只有阻性电流分量会使阀片产生有功功率，容性电流一般只会带来无功功率，不会造成阀片发热老化。在常规工作电压下，阻性电流只占总泄露电流的10％～20％左右，因此，出现早期故障时总泄漏电流几乎不发生变化。由此可知，能表现出避雷器在工作运行状态的特征量主要有总泄露电流及阻性电流分量。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种多功能氧化锌避雷器在线监测系统，有效评估氧化锌避雷器健康状况和探知架构损伤信息，通过排查分析，及时得出氧化锌避雷器的安全事故隐患，相比三次谐波法能较好的反映氧化锌阀片的老化和受潮。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种多功能氧化锌避雷器在线监测系统，该系统包括信号采集模块、在线监测模块和结果输出模块；
信号采集模块安装于氧化锌避雷器上，用于采集氧化锌的状态信息和相关图像数据，经过处理后将其输出至在线监测模块，在线监测模块将结果数据传送至结果输出模块进行展示。
所述在线监测模块中的信号调理单元将三路经过电压互感器的电压信号、三路经过氧化锌避雷器MOA和电流互感器的电流信号进行调理，再经过A/D转换单元进行模数转换，再通过PIC单片机进行信号处理，与上位机进行信号交互；在线监测模块还包括电源。
进一步，所述信息采集模块包括状态信息数据采集端口、图像数据采集端口、模式识别单元和数据输出端口；图像数据采集端口用于接入图像数据，经过模式识别单元后将数据输出给数据输出端口；状态信息数据采集端口用于接入状态信息数据，直接通过数据输出端口输出数据。
进一步，所述结果输出模块的输入端口与和在线监测模块的输出端口相连，作用是接收在线监测模块的分析结果，并将其展现在显示器上。
本实用新型的有益效果在于：通过构建多功能氧化锌避雷器在线监测装置，可以随时随地的了解到设备目前的工作状况，通过状态评估可以对设备未来的发展趋势有所掌握，准确的监测及评估能够及时发现设备的各种缺陷，避免设备长期工作在不正常的状态下，保证设备及电网的安全可靠运行。
(1)可以很明显的看出氧化锌避雷器较为严重的故障，但是发现早期的故障能力较弱，因为阻性电流只占全电流中很少的部分。
(2)该现场施工简单方便。
(3)相比三次谐波法能较好的反映氧化锌阀片的老化和受潮。
(4)精度较高，能够灵敏的发现氧化锌避雷器的受潮和老化。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：
图1为多功能氧化锌避雷器在线监测装置结构图；
图2为信号采集模块控制结构图；
图3为在线监测模块硬件整体结构图；
图4为结果输出模块控制结构图；
图5为氧化锌避雷器等值电路；
图6为三次谐波法检测原理图；
图7为向量补偿法相位。
具体实施方式
下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。
本实用新型由信号采集模块、在线监测模块和结果输出模块三部分构成，三个部分的硬件结构连接如图1所示。图中的圆圈表示数据传输端口。
信号采集模块将采集到的氧化锌避雷器状态信息传送给在线监测模块，经过在线监测模块计算处理后进行排查、分析和评估，将排查、分析和评估结果传送至结果输出模块，显示在运维和检修人员面前，为相关工程人员提供参考。以下分别描述各个模块的构成。
信号采集模块安装于氧化锌避雷器上，主要作用是采集氧化锌的状态信息和相关图像数据，经过处理后将其输出至在线监测模块，其结构如图2所示。
如图3所示，在线监测模块中的信号调理单元将三路经过电压互感器的电压信号、三路经过氧化锌避雷器MOA和电流互感器的电流信号进行调理，再经过A/D转换单元进行模数转换，再通过PIC单片机进行信号处理，与上位机进行信号交互；在线监测模块还包括电源。
和在线监测模块一样，结果输出模块同样安装于运维人员所在的主控室，为一台显示器，其结构如图4所示。
结果输出模块的输入端口与和在线监测模块的输出端口相连，作用是接收在线监测模块的分析结果，并将其展现在显示器上。
(1)总泄露电流法
固有频率是结构模态参数中最容易获得的一个参数，而且识别精度高。当结构发生损伤时，质量和刚度均会发生变化，通常刚度的损伤更明显。所以一般情况下，当结构发生损伤时，固有频率降低，阻尼比增高。因此，可以通过比较结构损伤发生前后固有频率的变化来识别结构损伤。
如图5所示为氧化锌避雷器等值电路，从图中可见，总泄露电流IX是由阻性电流分量IR和容性电流分量IC组成，无论避雷器是否出现故障，其容性电流分量IC基本不变，当避雷器出现受潮或老化时，IR增大，对MOA的监测主要是监测避雷器的阻性电流分量。
(2)零序电流法
该方法又称三次谐波法，如图6所示，通过在三相接地线上串联一只电流互感器CT测量总泄露电流，当系统电压中不存在谐波时，三相电流中阻性基波电流和容性基波电流互相抵消，剩下的就是三次谐波电流；如果系统电压存在谐波，将总泄露电流经过带通滤波器，也可得到三次谐波电流，根据避雷器总泄露电流中三次谐波阻性分量与总阻性电流的比例对应关系IR＝f(IC)可求得阻性电流。阀片老化后阻性电流中的3次谐波分量增大。
(3)容性电流补偿法
三相交流电源中，每相泄露电流中均包含容性电流和阻性电流两部分，根据等效电路可知容性电流超前阻性电流90°，容性电流和阻性电流的向量和就是泄露电流。
补偿法就是利用外引运行电压u2，如图7所示，通过相位幅值增益调整和自动反馈等处理出与容性电流大小相同方向相反的电流，该补偿电流将容性电流分量抵消，即可得出阻性电流分量。由于电压互感器PT高低压侧之间存在角差，将影响测量结果，所以工程使用中尽量使用精度0.2以上的PT。
比如当阻性电流高次谐波值明显增大，但阻性电流基波分量值变化不大是，这种情况一般可以诊断为阀片老化。如果当阻性电流基波分量明显增大，而阻性电流高次谐波分量变化不大时，一般诊断为受潮、脏污等故障。而避雷器内部受潮与外表脏污引起的阻性电流变化现象不同，如果是受潮原因，阻性电流将长期不断增加，但如果仅在一段时间内阻性电流增加，则可能是避雷器外表有脏污。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。
Claims (3)
1.一种多功能氧化锌避雷器在线监测系统，其特征在于：该系统包括信号采集模块、在线监测模块和结果输出模块；
信号采集模块安装于氧化锌避雷器上，用于采集氧化锌的状态信息和相关图像数据，经过处理后将其输出至在线监测模块，在线监测模块将结果数据传送至结果输出模块进行展示；
所述在线监测模块中的信号调理单元将三路经过电压互感器的电压信号、三路经过氧化锌避雷器MOA和电流互感器的电流信号进行调理，再经过A/D转换单元进行模数转换，再通过PIC单片机进行信号处理，与上位机进行信号交互；在线监测模块还包括电源。
2.根据权利要求1所述的一种多功能氧化锌避雷器在线监测系统，其特征在于：所述信息采集模块包括状态信息数据采集端口、图像数据采集端口、模式识别单元和数据输出端口；图像数据采集端口用于接入图像数据，经过模式识别单元后将数据输出给数据输出端口；状态信息数据采集端口用于接入状态信息数据，直接通过数据输出端口输出数据。
3.根据权利要求1所述的一种多功能氧化锌避雷器在线监测系统，其特征在于：所述结果输出模块的输入端口与和在线监测模块的输出端口相连，作用是接收在线监测模块的分析结果，并将其展现在显示器上。
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- 2017-11-09 CN CN201721487210.3U patent/CN207366674U/zh active Active
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