基于冲击动作和泄露电流在线检测的避雷器状态诊断系统

摘要

本发明公开了一种基于冲击动作和泄露电流在线检测的避雷器状态诊断系统，为实现输电线路避雷器的泄漏电流和雷击动作特性的实时监测，提出基于线路避雷器泄漏电流和雷击动作电流的实时监测来评价避雷器运行状态，将监测的避雷器动作电流数据结合雷电定位系统的雷电流幅值等数据，分析辨识线路避雷器的正确动作、误动、拒动情况，实现线路避雷器的运行状态和动作在线监测。本发明利用太阳能进行供电，无需额外供电，全天24小时无间断工作；能够实时记录避雷器的泄露电流、小电流、冲击电流、冲击次数、冲击电流峰值以及避雷器内部温湿度等，能够综合反应出避雷器的运行状态；采集到的数据能够传回系统服务器，方便巡检人员准确判断避雷器工作状态。

说明书

 

技术领域

本发明属于防雷保护设备领域；涉及一种避雷器状态的在线检测系统，尤其涉及一种对避雷器冲击动作和泄露电流在线检测，进而判断避雷器状态的诊断系统。

 

背景技术

目前国内外各地区电力局都在输电线路上推广使用金属氧化物避雷器来提高输电线路的耐雷水平，降低线路的雷击跳闸率，从而提高供电可靠性，满足工业用电的要求；因此线路避雷器有广泛的发展应用前景。

避雷器在电力系统中的重要地位要求对避雷器正常工作提供保证，这就要求对避雷器是否能正常运行的状态进行监测。

在避雷器全运行参数在线监测方面国内外传统的氧化锌避雷器的在线监测基本上都是以测泄漏电流为基础，通过其总泄漏电流和阻性泄漏电流的变化来判断氧化锌避雷器的状态。

国内外相关的研究现状都还停留在基于泄漏电流的监测上，但输电线路避雷器分为无间隙避雷器和带外串联间隙避雷器，对于带纯空气间隙的避雷器，在正常运行中无泄漏电流，无法通过测量泄漏电流来评价避雷器的状态。并且输电线路条件复杂，很难进行预防性试验和带电试验。

 

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于避雷器冲击动作和泄露电流在线检测，进而判断避雷器状态的诊断系统。

本发明所采用的技术方案是：一种基于冲击动作和泄露电流在线检测的避雷器状态诊断系统，其特征在于：包括互感器采集部件、MTU6000主体部件、太阳能部件、GPRS部件、GPS部件；MTU6000主体部件包括泄露电流电路、小电流电路、冲击电流电路、综合管理部件、电池部件；太阳能部件分别与电池部件输入端和综合管理部件连接，既能够给电池部件充电，也能够给综合管理部件供电，电池部件输出端和综合管理部件连接，用于在太阳能部件不工作的时候，给综合管理部件供电；互感器采集部件串联在避雷器接地线上，泄露电流电路、小电流电路、冲击电流电路与互感器采集部件对应端连接，用于采集避雷器的泄露电流信号、小电流信号、冲击电流信号；泄露电流电路、小电流电路、冲击电流电路与综合管理部件对应端连接，将接收到的信号，传输给综合管理部件；综合管理部件与GPRS部件和GPS部件连接，控制GPRS部件和GPS部件与服务器通讯；综合管理部件6将接收到的泄露电流信号、小电流信号、冲击电流信号、GPS信号通过GPRS部件9传递给系统服务器，系统服务器就能够全面地监测避雷器的运行状态。

作为优选，所述的互感器采集部件包括泄露电流互感器、小电流互感器和冲击电流互感器，所述的泄露电流互感器与所述的泄露电流电路连接，用于采集避雷器的泄露电流信号；所述的小电流互感器与所述的小电流电路连接，用于采集避雷器的小电流信号；所述的冲击电流互感器与所述的冲击电流电路连接，用于采集避雷器的冲击电流信号。

作为优选，所述的泄露电流电路由第1整流桥、第1电容、第1电阻、第2电阻、第3电阻、第1运算放大器组成；第1整流桥的交流端与泄露电流互感器并联，第1整流桥的直流端与第1电容并联，然后与第1电阻串联；第1电阻与第1运算放大器的正输入端串接；第1运算放大器的负入端与第2电阻串联后，再接地；第1运算放大器的正输入端与输出端之间串接第3电阻后与综合管理部件对应端连接，将接收到的信号，传输给综合管理部件。

作为优选，所述的小电流电路由第2整流桥、第2电容、第4电阻、第5电阻、第6电阻、第2运算放大器组成；第2整流桥的交流端与小电流互感器并联；第2整流桥的直流端与第2电容并联，然后与第4电阻串联；第4电阻与第2运算放大器的正输入端串接；第2运算放大器的负入端与第5电阻串联后再接地；第2运算放大器的正输入端与输出端之间串接第6电阻后与综合管理部件对应端连接，将接收到的信号，传输给综合管理部件。

作为优选，所述的冲击电流电路由第3整流桥、第3电容、第7电阻、第8电阻、第9电阻、第3运算放大器组成；第3整流桥的交流端与冲击电流互感器并联；第3整流桥的直流端与第3电容并联，然后与第7电阻串联；第7电阻与第3运算放大器的正输入端串接；第3运算放大器的负入端与第8电阻串联后，再接地；第3运算放大器的正输入端与输出端之间串接第9电阻后与综合管理部件对应端连接，将接收到的信号，传输给综合管理部件。

作为优选，所述的综合管理部件由型号为STM32F103的单片机、第12电阻、第13电阻、第14电阻、第15电阻、第16电阻、第9电容、第4运算放大器和第5运算放大器组成；泄露电流电路、小电流电路、冲击电流电路的输出端分别与单片机的对应输入端相连；单片机的P1.1端口与第12电阻、第13电阻串接；第13电阻与第4运算放大器的负输入端连接；第12电阻、第13电阻之间并接第9电容之后，再接地；单片机的RS232输出端口分别与RS232芯片的对应端口相连；第5运算放大器的输出端口与单片机的AD1端口连接；第5运算放大器的正输入端与输出端之间串接第14电阻；第5运算放大器的正输入端串接第15电阻与电池部件连接；第5运算放大器的负输入端串接第16电阻与电池部件连接。

作为优选，所述的电池部件由蓄电池、充电管理IC、电源IC、第10电阻、第11电阻、第12电阻、第4电容、第5电容、第6电容、第7电容、第8电容、第4二极管、第5二极管、第1电感、第6二极管组成；充电管理IC的EX端口串接第1电感和第4二极管后与蓄电池正极连接；充电管理IC的COMP端串接第11电阻后，再串接第8电容之后接地；充电管理IC的EX端口与第4二极管之间并联第12电阻之后，连接充电管理IC的FB端；充电管理IC的FB端接第10电阻之后接地；充电管理IC的PGND与AGND端均接地；充电管理IC的VIN端口接太阳能部件的正输出端口；太阳能部件的正输出端口与第6二极管串联后与电源IC相对应的输入端口连接，蓄电池的正极接第5二极管后与负极之间并联第6电容、第7电容后，接到电源IC相对应的输入端口；电源IC的输出端口并联第4电容、第5电容后，连接到综合管理部件中设置的单片机相应的电源输入端；综合管理部件中设置的第4运算放大器的输出与电源IC的FB端连接；电源IC的COMP端连接到综合管理部件中设置的第15电阻。

作为优选，所述的太阳能部件的输出端与第1电容器、第2电容器并联后分别与电池部件输入端和综合管理部件连接。

作为优选，所述的GPRS部件由GPRS模块和GPRS天线串接组成，GPRS模块输入端口通过与RS232芯片相对应的端口相连后与所述的综合管理部件连接。

作为优选，所述的GPS部件由GPS模块和GPS天线串接组成，GPS模块输入端口通过与RS232芯片相对应的端口相连后与所述的综合管理部件连接。

作为优选，所述的避雷器状态诊断系统还设置有温湿度采集部件，与所述的综合管理部件中设置的单片机相对应的端口相连，用于采集将采集避雷器的温度信号、湿度信号，并将信号传递给单片机。

本发明通过一体化的装置实现输电线路避雷器的泄漏电流和雷击动作特性的实时监测，提出基于线路避雷器泄漏电流和雷击动作电流的实时监测来评价避雷器运行状态的可行性方案，并可将监测的避雷器动作电流数据结合雷电定位系统的雷电流幅值等数据，分析辨识线路避雷器的正确动作、误动、拒动情况，实现线路避雷器的运行状态和动作在线监测。在线监测装置用于监测避雷器通过雷击电流的次数，记录雷击大电流（电流值大于10kA或20kA）的次数，它反映避雷器的剩余寿命以及是否需要预防性试验；记录通过的雷击小电流（电流值大于100A）的次数，它可为雷电防护及雷击事故分析提供极有价值的科学依据，同时定时检测避雷器的泄露电流，通过分析泄露电流的曲线能有效分析避雷器的运行状态。

针对带有串联间隙的避雷器，由于没有泄漏电流，只需开展雷击动作特性的监测，根据冲击电流次数和峰值判断避雷器是否需要维修或更换。

针对混合线路（电缆线路转架空线路）的避雷器，由于有泄漏电流流过避雷器，需要开展阻性电流和动作电流结合的监测，根据阻性电流大小和冲击电流次数及峰值综合判断避雷器是否需要维修或更换。通过对线路避雷器运行参数的全部监测，可以实现输电线路避雷器状态的实时监测。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明利用太阳能进行供电，无需额外供电，全天24小时无间断工作；

2、本发明能够实时记录避雷器的泄露电流、小电流、冲击电流、冲击次数、冲击电流峰值以及避雷器内部温湿度等，能够综合反应出避雷器的运行状态；

3、本发明采集到的数据能够传回系统服务器，方便巡检人员准确判断避雷器工作状态。

 

附图说明

图1：是本发明结构原理图；

图2：是本发明实施例的电路原理图；

图3：是本发明实施例的结构示意图。

 

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例需要监测内容如下：

1、通过输电线路避雷器泄漏电流和阻性电流评价线路避雷器的受潮、老化等状态；

2、通过输电线路避雷器动作电流峰值、动作次数评价避雷器是否需要检修和更换；根据相关规程，当通过避雷器的动作电流大于额定值的次数接近20次时，避雷器就需要进行检修和更换；

3、结合雷电定位系统和故障录波系统，当雷电过电压和内部过电压发生时，线路避雷器的动作电流峰值和动作时间用于判断和证明避雷器当时是否有效动作；

4、实时记录避雷器所处环境的温湿度。

请见图1、图2和图3，本发明所采用的技术方案是：一种基于冲击动作和泄露电流在线检测的避雷器状态诊断系统，包括互感器采集部件1、MTU6000主体部件2、太阳能部件8、GPRS部件9、GPS部件10和温湿度采集部件11；MTU6000主体部件2包括泄露电流电路3、小电流电路4、冲击电流电路5、综合管理部件6、电池部件7；太阳能部件8分别与电池部件7输入端和综合管理部件6连接，既可以给电池部件7充电，也可以给综合管理部件6供电，电池部件7输出端和综合管理部件6连接，用于在太阳能部件8不工作的时候，给综合管理部件6供电；互感器采集部件1串联在避雷器接地线上，泄露电流电路3、小电流电路4、冲击电流电路5与互感器采集部件1对应端连接，用于采集避雷器的泄露电流信号、小电流信号、冲击电流信号；泄露电流电路3、小电流电路4、冲击电流电路5与综合管理部件6对应端连接，将接收到的信号，传输给综合管理部件6；综合管理部件6与GPRS部件9和GPS部件10连接，控制GPRS部件9和GPS部件10与服务器通讯；综合管理部件6将接收到的泄露电流信号、小电流信号、冲击电流信号、GPS信号以及温度信号、湿度信号通过GPRS部件9传递给系统服务器，系统服务器就能够全面地监测避雷器的运行状态，根据阻性电流大小和冲击电流次数及峰值综合判断避雷器是否需要维修或更换。

本实施例的互感器采集部件1为三个电流互感器，通过磁芯和不同匝数的线圈按照一定的比例转换能量，供后端电路采集，进而分析；其组成包括泄露电流互感器101、小电流互感器102和冲击电流互感器103，泄露电流互感器101与泄露电流电路3连接，用于采集避雷器的泄露电流信号；小电流互感器102与小电流电路4连接，用于采集避雷器的小电流信号；冲击电流互感器103与冲击电流电路5连接，用于采集避雷器的冲击电流信号。

本实施例的泄露电流电路3由第1整流桥301、第1电容302、第1电阻303、第2电阻304、第3电阻305、第1运算放大器306组成；第1整流桥301的交流端与泄露电流互感器101并联，第1整流桥301的直流端与第1电容302并联，然后与第1电阻303串联；第1电阻303与第1运算放大器306的正输入端串接；第1运算放大器306的负入端与第2电阻304串联后再接地；第1运算放大器306的正输入端与输出端之间串接第3电阻305后与综合管理部件6对应端连接，将接收到的信号，传输给综合管理部件6。

其工作原理是：从泄露电流互感器101的副边线圈感应的电流经第1整流桥301整流后，给第1电容302充电，然后进入第1运算放大器306进行放大或衰减，得到相应的值，传递给综合管理部件6。

本实施例的小电流电路4能够实时采集小的雷击泄放电流电流值大于100A，由第2整流桥401、第2电容402、第4电阻403、第5电阻404、第6电阻405、第2运算放大器406组成；第2整流桥401的交流端与小电流互感器102并联；第2整流桥401的直流端与第2电容402并联，然后与第4电阻403串联；第4电阻403与第2运算放大器406的正输入端串接；第2运算放大器406的负入端与第5电阻404串联后，再接地；第2运算放大器406的正输入端与输出端之间串接第6电阻405后与综合管理部件6对应端连接，将接收到的信号，传输给综合管理部件6。

其工作原理是：从小电流互感器102的副边线圈感应的电流经第2整流桥401整流后，给第2电容402充电，然后进入第2运算放大器406进行放大或衰减，得到相应的值，传递给综合管理部件6。

本实施例的冲击电流电路5能够实时采集大的雷击泄放电流电流值大于10kA或20kA，由第3整流桥501、第3电容502、第7电阻505、第8电阻504、第9电阻505、第3运算放大器506组成；第3整流桥501的交流端与冲击电流互感器103并联；第3整流桥501的直流端与第3电容502并联，然后与第7电阻503串联；第7电阻503与第3运算放大器506的正输入端串接；第3运算放大器506的负入端与第8电阻504串联后，再接地；第3运算放大器506的正输入端与输出端之间串接第9电阻505后与综合管理部件6对应端连接，将接收到的信号，传输给综合管理部件6。

其工作原理是：从冲击电流互感器103的副边线圈感应的电流经第3整流桥501整流后，给第3电容502充电，然后进入第3运算放大器506进行放大或衰减，得到相应的值，传递给综合管理部件6。

本实施例的综合管理部件6由型号为STM32F103的单片机601、第12电阻602、第13电阻603、第14电阻604、第15电阻605、第16电阻606、第9电容607、第4运算放大器608和第5运算放大器609组成；泄露电流电路3、小电流电路4、冲击电流电路5的输出端分别与单片机601的对应输入端相连；单片机601的P1.1端口与第12电阻(602)、第13电阻603串接；第13电阻603与第4运算放大器608的负输入端连接；第12电阻602、第13电阻603之间并接第9电容607之后，再接地；单片机601的RS232输出端口分别与RS232芯片12的对应端口相连；第5运算放大器609的输出端口与单片机601的AD1端口连接；第5运算放大器609的正输入端与输出端之间串接第14电阻604；第5运算放大器609的正输入端串接第15电阻605与电池部件7连接；第5运算放大器609的负输入端串接第16电阻606与电池部件7连接；综合管理部件6采集到的泄露电流信号、小电流信号、冲击电流信号经过运算放大器调整之后输入单片机601，单片机601输出信号通过运算放大器后，控制蓄电池对外供电。

其工作原理是：单片机601通过第5运算放大器609给予的信号，判断蓄电池701电量是否充足，如果蓄电池701电量不足，蓄电池701不给综合管理部件6供电，如果电量充足，那么蓄电池701可以给综合管理部件6供电。综合管理部件6另一方面处理接收到的电流信号、温湿度信号、GPS信号，然后已GPRS信号的形式传输出去。

本实施例的电池部件7由蓄电池701、充电管理IC702、电源IC703、第10电阻704、第11电阻705、第12电阻706、第4电容707、第5电容708、第6电容709、第7电容710、第8电容711、第4二极管712、第5二极管713、第1电感714、第6二极管715组成；充电管理IC702的EX端口串接第1电感714第4二极管712后与蓄电池701正极连接；充电管理IC702的COMP端串接第11电阻705后，再串接第8电容711之后接地；充电管理IC702的EX端口与第4二极管712之间并联第12电阻706之后，连接充电管理IC702的FB端；充电管理IC702的FB端接第10电阻704之后接地；充电管理IC702的PGND与AGND端均接地；充电管理IC702的VIN端口接太阳能部件8的正输出端口；太阳能部件8的正输出端口与第6二极管715串联后与电源IC703相对应的输入端口连接，蓄电池701的正极接第5二极管713后与负极之间并联第6电容709、第7电容710后，接到电源IC703相对应的输入端口；电源IC703的输出端口并联第4电容707、第5电容708后，连接到综合管理部件6中设置的单片机601相应的电源输入端；综合管理部件6中设置的第4运算放大器608的输出与电源IC703的FB端连接；电源IC703的COMP端连接到综合管理部件6中设置的第15电阻605。

其工作原理是：太阳能部件8通过充电管理IC702给蓄电池701充电，综合管理部件6通过电源IC703控制蓄电池701给综合管理部件6供电，或者蓄电池701接收太阳能部件8充电，蓄电池701充电时，则由太阳能部件8直接通过电源IC703给综合管理部件6供电。

本实施例的太阳能部件8的输出端与第1电容器801、第2电容器802并联后后分别与电池部件7输入端和综合管理部件6连接。

其工作原理是：太阳能板支架804支撑太阳能电池板803，使之最大程度接收太阳光，将光能转换成电能，经第1电容器801、第2电容器802后，给蓄电池701充电或者给综合管理部件6供电。

本实施例的GPRS部件9 GPRS是MTU6000主体部件2和系统服务器通讯的渠道，由GPRS模块901和GPRS天线902串接组成，GPRS模块901输入端口通过与RS232芯片12相对应的端口相连后与单片机601连接。单片机601将计算出的泄露电流、小电流、和冲击电流、雷击的次数、雷击的时间、终端位置以及避雷器内部温湿度等数据，经GPRS模块，由GPRS天线发射给系统服务器。

本实施例的GPS部件10是MTU6000主体部件2和卫星通讯的渠道，由GPS模块1001和GPS天线1002串接组成，GPS模块1001输入端口通过与RS232芯片12相对应的端口相连后与单片机601连接，实现对时和定位功能。

本实施的温湿度采集部件11，与综合管理部件6中设置的单片机601相对应的端口相连，用于采集将采集避雷器的温度信号、湿度信号，并将信号传递给单片机601。

其工作原理是：将监测到的温度和湿度，转换为电压信号，然后传递给综合管理部件6。

本发明能够实时记录避雷器的泄露电流、小电流、冲击电流、冲击次数、冲击电流峰值以及避雷器内部温湿度等，实现了对避雷器参数的全面监测，进而可以判断出避雷器运行状态。巡检人员可以根据避雷器的阻性电流大小和冲击电流次数及峰值综合判断避雷器是否需要维修或更换。

尽管本说明书较多地使用了互感器采集部件1、MTU6000主体部件2、太阳能部件8、GPRS部件9、GPS部件10、温湿度采集部件11、泄露电流电路3、小电流电路4、冲击电流电路5、综合管理部件6、电池部件7、泄露电流互感器101、小电流互感器102、冲击电流互感器103、第1整流桥301、第1电容302、第1电阻303、第2电阻304、第3电阻305、第1运算放大器306、第2整流桥401、第2电容402、第4电阻403、第5电阻404、第6电阻405、第2运算放大器406、第3整流桥501、第3电容502、第7电阻505、第8电阻504、第9电阻505、第3运算放大器506、单片机601、第12电阻602、第13电阻603、第14电阻604、第15电阻605、第16电阻606、第9电容607、第4运算放大器608、第5运算放大器609、蓄电池701、充电管理IC702、电源IC703、第10电阻704、第11电阻705、第12电阻706、第4电容707、第5电容708、第6电容709、第7电容710、第8电容711、第4二极管712、第5二极管713、第1电容器801、第2电容器802、太阳能板支架804、太阳能电池板803、GPRS模块901、GPRS天线902、GPS模块1001、GPS天线1002等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。