基于三相泄漏电流相角差的避雷器带电监测装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于三相泄漏电流相角差的避雷器带电监测装置，包括避雷器泄漏电流采样模块、电流电压转换电路、相角计算模块及故障判别模块；所述避雷器泄漏电流采样模块用于避雷器三相泄漏电流原始信号的采集；所述电流电压转换电路用于将采集的避雷器三相泄漏电流原始信号量化转换为可测量三相电流信号，并将转换后的可测量三相电流信号发送给相角计算模块；所述相角计算模块基于可测量信号完成全电流基波数据的转换、分析、计算，并将计算的相角数据发送到故障判别模块；所述故障判别模块用于避雷器状态的判断、警示、显示及查询。本发明无需停电可对避雷器状态监测，切实保障了设备的安全运行，对电网实施状态检修具有重大意义。

说明书

技术领域

本发明属于避雷器监测领域，特别涉及一种基于三相泄漏电流相角差的避雷器带电监测装置及方法。

背景技术

金属氧化物避雷器由于其优良的伏安特性和无间隙特征，被广泛应用于输配电网电中，伴随运行年限的增加，以及高温差、高湿度等恶劣环境的影响，避雷器老化、受潮等问题较为突出。为了监测变电站110kV及以上避雷器的健康状况，每年春季检修中要进行金属氧化物避雷器的普测工作。目前，在避雷器监测的方法中，常用的PT二次侧取参考电压的方式不仅存在短路的隐患，而且存在临时接线接触不良、远距离无线信号不稳定的情况，此外PT固有相角差也使得测量结果不准确。因此，需要研究在无PT情况下的避雷器带电测试新方法，以达到同样能够判断避雷器健康状态的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三相泄漏电流相角差的避雷器带电监测装置及方法，无需停电就能够监测避雷器健康状态，且提高了监测结果的准确性。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于三相泄漏电流相角差的避雷器带电监测装置，包括避雷器泄漏电流采样模块、电流电压转换电路、相角计算模块及故障判别模块；其中：

所述避雷器泄漏电流采样模块用于避雷器三相泄漏电流原始信号的采集，将采集数据发送至电流电压转换电路；

所述电流电压转换电路用于将采集的避雷器三相泄漏电流原始信号量化转换为可测量三相电流信号，并将转换后的可测量三相电流信号发送给相角计算模块；

所述相角计算模块基于可测量信号完成全电流基波数据的转换、分析、计算，并将计算的相角数据发送到故障判别模块；

所述故障判别模块用于避雷器状态的判断、警示、显示及查询。

一种基于所述避雷器带电监测装置的避雷器带电监测方法，包括以下步骤：

步骤1，避雷器泄漏电流采样模块按周期采集避雷器三相泄漏电流输出至电流电压转换电路；

步骤2，电流电压转换电路将避雷器三相泄漏电流原始信号转换为可测量三相电流信号输出至信号采集调理单元；

步骤3，信号采集调理单元将可测量三相电流信号放大设定的倍数，调理为可计算的三相电流信号输出至FFT单元；

步骤4，FFT单元基于三相电流信号获取相角差数据，并通过通信接口单元将相角差数据发送至故障判别模块；

步骤5，故障判别模块对当前测量的相角数据进行逻辑判断，如果判断结果超出设定的预警值，显示单元发出警示弹窗。

一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有可执行程序，所述可执行程序被处理器执行所述监测方法中的步骤4和步骤5。

本发明与现有技术相比，其显著效果为：

1、本发明可以带电监测避雷器的健康状况，无需停电监测，减少了电网停电的次数，且可对避雷器状态实时监测并可观察其发展趋势，切实保障了一次设备的安全运行，对电网实施状态检修具有重大意义；

2、本发明相比取母线压变二次电压的方式，相角差法消除了压变二次侧短路的隐患，也避免了电压互感器一二次间存在的测量误差；本发明方法是利用避雷器一相的泄漏全电流向量为参考，可消除温湿度变化以及避雷器表面泄漏电流对带电测试产生的影响；

3、本发明方法仅仅采集三相避雷器本体处的泄漏电流，操作简便，减小了工作量，提高了工作效率。

附图说明

图1为三相泄漏电流相角差的示意图。

图2为本发明中相角计算模块的相角计算图。

图3为本发明中故障判别模块的故障判别流程图。

图4为本发明一种基于基于三相泄漏电流相角差的避雷器带电监测装置的模块图。

具体实施方式

下面将结合附图，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，都属于本发明保护的范围。

结合1～图4，本发明提出一种基于三相泄漏电流相角差的避雷器带电监测装置包括：避雷器泄漏电流采样模块、电流电压转换电路、相角计算模块、故障判别模块；所述泄漏电流采样单元主要完成避雷器泄漏电流原始信号的采集，将采集数据发送至电流电压转换电路，所述电流电压转换电路用于将采集的避雷器泄漏全电流转换为可测量三相电流信号，并将转换后的可测量三相电流信号发送给相角计算模块；所述相角计算模块主要完成全电流基波数据的转换、分析、计算，并将处理后的终端相交数据发送到故障判别模块。所述故障判别模块主要完成避雷器健康状态的判断、显示、查询，当三相避雷器的相角数据处于预警临界值时，以界面弹窗等方式发出报警信息，预防事故的发生。

进一步的，所述的避雷器泄漏电流采样模块由一个铁芯和一个电磁感应线圈组成，电磁感应线圈缠在铁芯上，电磁感应线圈一端接地，另一端接入所述电流电压转换电路。

进一步的，所述的相角计算模块由供电电源、信号采调理单元、AD转换单元、时钟单元、串口通信接口单元和FFT单元组成，所述供电电源，用于向相角计算模块各模块提供电源，所述时钟单元，用于向相角计算模块各模块提供时间信号，所述信号采集调理单元，通过放大器将待测电流信号转换为合适的电流信号，并输入到AD转换单元，所述AD转换单元，用于将三相电流信号变成数字波形，并输入到FFT单元，所述FFT单元，用于将三相数字波形分析，基于傅立叶方法得出三相基波和各次谐波向量，从而计算出向量的相角差数据，所述通信接口单元，用于将FFT单元的相角数据输入到故障判别模块。

进一步的，所述的故障判别模块由存储单元、判断单元及显示单元组成。所述存储单元，用于存储避雷器历次带电测量的相角数据，记录此次测量的相角数据，并将数据输出给判断单元；所述判断单元，用于对存储单元的输入数据进行逻辑判断，得出避雷器是否存在故障以及故障的严重程度等结论，并将此结论数据输出给显示单元。所述显示单元，用于将判断单元的结论进行显示，并能调出存储单元中避雷器历次带电测量的相角数据以进行查阅。

进一步的，所述判断单元对当前测量的相角数据进行逻辑判断的方法为：

确定三个相角差与120°的偏差，若无偏差超过2°则无避雷器发生故障，否则进行以下判断；

若三个偏差全部超过2°，则三相全电流中较大的两相避雷器出现故障；

若两个偏差超过2°，找出对应的那一相避雷器，若该避雷器对应的泄漏全电流是三相中最大的，则该避雷器故障，否则其他两相避雷器故障。

进一步的，所述故障的严重程度包括正常、一般故障、严重故障及危急故障。

进一步的，所述故障的严重程度的判断方法为：确定三个相角差与120°的偏差，偏差在2°以下为正常情况，偏差在2-5°为一般故障；偏差在5-10°为严重故障，偏差在10°以上为危急故障。

进一步的，基于所述的避雷器带电监测装置的测量方法，包括步骤如下：

S1：先进行周期采样，用电流电压转换电路将避雷器泄漏全电流

S2：设A相泄漏全电流基波

S3：根据实时测得的相角差数据和设备历史数据，结合图2的故障判别流程图综合判断被试避雷器是否故障，若有故障则判断出哪一相避雷器出现故障，并考虑各项因素后判断出故障的严重程度：三个相角差与120°的偏差，若发现有超过2°则认为有异常，进一步若三个的偏差全部超过2°，则三相全电流中较大的两相避雷器出现故障；若检查出两个相角差超过2°，则找出它们都涉及到的那一相避雷器，判断其泄漏全电流

表1避雷器故障时相角差的典型举例

本避雷器带电监测装置及方法仅仅采集利用避雷器的泄漏全电流基波信号，不涉及到对应母线电压信号，其以三相避雷器全电流基波相角差为参考，通过转换、计算和智能分析，能够判断出被测避雷器是否正常运行以及故障时的严重程度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。