本實(shí)用新型涉及的是一種用于電纜避雷器的在線監(jiān)測系統(tǒng)，屬于電纜避雷器的在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電纜用避雷器均為氧化鋅避雷器(MOA)，MOA避雷器在長期運(yùn)行過程中，一方面長期承受工頻電壓和沖擊電壓，會(huì)有泄漏電流流過，長時(shí)間作用將使氧化鋅閥片老化，甚至出現(xiàn)熱擊穿；另一方面由于所處環(huán)境影響，會(huì)使避雷器內(nèi)部受潮、劣化。當(dāng)MOA避雷器受上述原因影響而導(dǎo)致絕緣性能降低時(shí)，與之并聯(lián)的電力設(shè)備將失去保護(hù)。對MOA避雷器的傳統(tǒng)監(jiān)測方法主要是定期對投入運(yùn)行的MOA避雷器進(jìn)行離線預(yù)防性試驗(yàn)，其試驗(yàn)必須停運(yùn)主設(shè)備，有時(shí)因運(yùn)行方式限制無法停運(yùn)主設(shè)備，特別是高電壓等級設(shè)備，從而導(dǎo)致避雷器無法按時(shí)試驗(yàn)，所以有必要采用實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測來對MOA避雷器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

然而，要實(shí)現(xiàn)對電纜用避雷器的在線監(jiān)測需要克服以下難題：

1)難以取得監(jiān)測裝置電源；

2)由于電纜用避雷器通常安裝在桿塔上，遠(yuǎn)離變電站，因此無法從電壓互感器取得電壓信號，因此無法通過泄漏電流與電壓的相角差計(jì)算阻性電流；

3)野外干擾信號強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種系統(tǒng)組成合理，使用方便可靠，能有效避免避雷器事故的發(fā)生，保證避雷器安全、可靠運(yùn)行的用于電纜避雷器的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，本實(shí)用新型所述的一種用于電纜避雷器的在線監(jiān)測系統(tǒng)，它主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用嵌入式微機(jī)系統(tǒng)，自動(dòng)采集從避雷器監(jiān)測儀輸出的避雷器泄漏電流、計(jì)數(shù)器動(dòng)作信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，將采集的數(shù)據(jù)處理通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)測的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)以服務(wù)器為硬件平臺(tái)，服務(wù)器布置在變電站、電廠或系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控中心內(nèi)并構(gòu)成監(jiān)控終端，同時(shí)，客戶端終端通過PC機(jī)則可方便地通過網(wǎng)絡(luò)與所述監(jiān)控終端連接；所述的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)接收所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送的避雷器監(jiān)測數(shù)據(jù)，并完成綜合計(jì)算、顯示存儲(chǔ)、趨勢分析、數(shù)據(jù)庫以及報(bào)警管理等任務(wù)。

作為優(yōu)選：所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過無源阻性電流測試模塊采集電纜避雷器的泄漏電流，并通過信號轉(zhuǎn)換器、光釬隔離/信號輸出器，將泄漏電流信號傳輸?shù)角度胧轿C(jī)系統(tǒng)中的信號輸入/信號轉(zhuǎn)換器；所述的計(jì)數(shù)器動(dòng)作信號通過動(dòng)作電流、即5A-50kA峰值的數(shù)據(jù)來記錄避雷器的放電次數(shù)，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中配置的無源監(jiān)測器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并回傳。

作為優(yōu)選：所述的泄漏電流是通過檢測避雷器全電流和阻性電流獲得；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用高壓CT感應(yīng)器從電纜上取電，并通過整流橋、穩(wěn)壓電容、能量泄放電路、濾波電路以及穩(wěn)壓塊轉(zhuǎn)換為恒定的低壓電源。

本實(shí)用新型利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和GPRS通訊技術(shù)研發(fā)的電纜用避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測避雷器全電流和阻性電流，可以通過繪制各種參數(shù)的變化趨勢波形圖、記錄數(shù)據(jù)表等方法提供分析，并采用趨勢分析的方法判斷避雷器健康狀況是否良好，若某個(gè)運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)故障時(shí)可將故障信息以GSM短信方式發(fā)送給運(yùn)維人員，從根本上避免了避雷器事故的發(fā)生，保證避雷器安全、可靠的運(yùn)行；與傳統(tǒng)方法測試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對后，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)測試的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確可靠的。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的阻性電流監(jiān)測原理圖。

圖3是本實(shí)用新型所述電源工作原理圖。

圖4是MOA閥片等值電路圖。

圖5是MOA閥片伏安特性圖。

圖6是MOA閥片伏安特性變化曲線圖。

圖7是本實(shí)用新型所述光纖隔離傳輸示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)的介紹：圖1所示，本實(shí)用新型所述的一種用于電纜避雷器的在線監(jiān)測系統(tǒng)，它主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用嵌入式微機(jī)系統(tǒng)，自動(dòng)采集從避雷器監(jiān)測儀輸出的避雷器泄漏電流、計(jì)數(shù)器動(dòng)作信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，將采集的數(shù)據(jù)處理通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)測的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)以服務(wù)器為硬件平臺(tái)，服務(wù)器布置在變電站、電廠或系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控中心內(nèi)并構(gòu)成監(jiān)控終端，同時(shí)，客戶端終端通過PC機(jī)則可方便地通過網(wǎng)絡(luò)與所述監(jiān)控終端連接；所述的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)接收所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送的避雷器監(jiān)測數(shù)據(jù)，并完成綜合計(jì)算、顯示存儲(chǔ)、趨勢分析、數(shù)據(jù)庫以及報(bào)警管理等任務(wù)。

圖2所示，本實(shí)用新型所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過無源阻性電流測試模塊采集電纜避雷器的泄漏電流，并通過信號轉(zhuǎn)換器、光釬隔離/信號輸出器，將泄漏電流信號傳輸?shù)角度胧轿C(jī)系統(tǒng)中的信號輸入/信號轉(zhuǎn)換器；所述的計(jì)數(shù)器動(dòng)作信號通過動(dòng)作電流、即5A-50kA峰值的數(shù)據(jù)來記錄避雷器的放電次數(shù)，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中配置的無源監(jiān)測器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并回傳；所述的泄漏電流是通過檢測避雷器全電流和阻性電流獲得。

圖3所示，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用高壓CT感應(yīng)器從電纜上取電，并通過整流橋、穩(wěn)壓電容、能量泄放電路、濾波電路以及穩(wěn)壓塊轉(zhuǎn)換為恒定的低壓電源。

實(shí)施例：

在線監(jiān)測參數(shù)的理論依據(jù)：

1)閥片泄漏電流，圖4是常見的MOA閥片等值電路圖，i_x為流經(jīng)避雷器的總泄漏電流；i_r為阻性泄漏電流；i_c為容性泄漏電流；U為電網(wǎng)電壓；C為MOA閥片間的等效電容；R為MOA閥片的非線性電阻。

MOA閥片伏安特性曲線如圖5所示。

a區(qū)是線性區(qū)，伏安特性接近線性關(guān)系；b區(qū)是預(yù)擊穿區(qū)，伏安特性為弱非線性關(guān)系。在正常運(yùn)行電壓下，a、b區(qū)域MOA閥片呈高電阻，流過MOA閥片的電流很??；c區(qū)是擊穿區(qū)，伏安特性呈現(xiàn)極強(qiáng)的非線性關(guān)系；d區(qū)伏安特性相比于c區(qū)開始減弱，伏安特性曲線開始上升。c區(qū)和d區(qū)MOA閥片呈現(xiàn)低電阻，流過MOA閥片的電流變大。

在持續(xù)電壓的作用下，MOA閥片的伏安特性會(huì)發(fā)生改變，其曲線右移，如圖6所示。

由此可看出，老化前、后的MOA閥片，在相同電壓下，流過老化的MOA閥片的電流更大，電流增大又會(huì)加劇MOA閥片的老化[6]，MOA閥片的伏安特性曲線繼續(xù)右移，這是一個(gè)正反饋過程，導(dǎo)致：MOA閥片的老化越來越快。

由DL 474.5—2006《現(xiàn)場絕緣試驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則第5部分：避雷器試驗(yàn)》及相關(guān)試驗(yàn)可知：阻性電流是金屬氧化物閥片老化程度的主要判據(jù)。這是由于容性電流是由避雷器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，在避雷器生產(chǎn)定型后便不再變化；避雷器投運(yùn)后隨著雷擊等外部環(huán)境的逐漸變化，其本身結(jié)構(gòu)也隨之變化，老化的電阻片會(huì)使阻性電流逐漸增大，故阻性電流是真正能夠反映避雷器工作情況的重要參數(shù)。

2)泄漏電流，泄漏電流可分為體積泄漏電流和廢面泄漏電流，上述閥片泄漏電流為體積泄漏電流。表面泄漏電流的大小，與硒式品的表面隋況相關(guān)，如表面臟污和受潮等，并不直接反映絕緣內(nèi)部的狀況，不會(huì)降低電氣強(qiáng)度。在惡劣條件下，表面泄漏電流要比體積泄漏電流大很多；避雷器三相安裝位置靠近，表面；虧穢陪況和環(huán)境參數(shù)基本相同，因此其監(jiān)測數(shù)據(jù)初始值基本相同。以三相的泄漏電流和阻性電流趨勢線為依據(jù)，如果三相變化趨勢是一致的，那么可以判定該避雷器是正常的。反之，如果有一相變化趨勢和其他兩相不同，特別是明顯增大，則應(yīng)進(jìn)一步分析，在排除干擾因素后，應(yīng)判定該避雷器為異常。

本實(shí)用新型所述的電纜用避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)目標(biāo)是：實(shí)時(shí)監(jiān)測避雷器泄漏電流、阻性電流和避雷器放電次數(shù)，以安全的方式將數(shù)據(jù)通過GPRS通訊傳送到監(jiān)測中心，接入福建省電力有限公司輸變電在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺(tái)(OMDS)，通過服務(wù)器軟件，以列表和圖像的方式展示監(jiān)測結(jié)果，出現(xiàn)異常及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。

3)系統(tǒng)組成，本實(shí)用新型由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(前端系統(tǒng))和數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)(后臺(tái)系統(tǒng))兩個(gè)部分組成。其中前端系統(tǒng)采用嵌入式微機(jī)系統(tǒng)，自動(dòng)采集從避雷器監(jiān)測儀輸出的避雷器泄漏電流、計(jì)數(shù)器動(dòng)作等信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，將采集的數(shù)據(jù)處理通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)測系統(tǒng)。后臺(tái)系統(tǒng)以服務(wù)器為硬件平臺(tái)，服務(wù)器布置在變電站(電廠)或系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控中心內(nèi)，同時(shí)，通過PC機(jī)則可方便地在網(wǎng)絡(luò)上面。后臺(tái)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)接收所有前端發(fā)送的避雷器監(jiān)測數(shù)據(jù)，并完成綜合計(jì)算、顯示存儲(chǔ)、趨勢分析、數(shù)據(jù)庫以及報(bào)警管理等任務(wù)。監(jiān)測系統(tǒng)組成如圖1所示。

4)無源監(jiān)測器的研制：本實(shí)用新型采用的無源監(jiān)測器，內(nèi)部采用低功耗芯片，無需外部電源供電便可工作(即無源)，同時(shí)也不需要其他輔助信號，直接串接在避雷器接地回路之中，在線監(jiān)測避雷器的泄漏電流和雷擊次數(shù)。

5)阻性電流采集及計(jì)算方法：該監(jiān)測系統(tǒng)利用無殘壓全隔離的電流檢測方式，采用電流變送器采集全電流信號，選用單匝穿芯電流傳感器、先進(jìn)的微技術(shù)以及獨(dú)有的瞬態(tài)參數(shù)測試技術(shù)進(jìn)行線性化處理與計(jì)算，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在正常情況下，阻性分量電流大約占全電流的10％一20％，其數(shù)量級為微安級，因此直接測量阻性電流較為困難。從阻性電流與全電流之間的數(shù)量關(guān)系看，測出阻性分量與全電流之間相位差是計(jì)算避雷器阻性電流的主要環(huán)節(jié)。采用的算法僅需全電流信號，無需全電壓信號及其它外加條件，就可求取阻性電流，降低了成本，且可以有效抑制諧波及噪聲的干擾，提高了精度。包括以下步驟：

1)首先，定義I_C，I_R,I,U分別表示容性電流向量值、阻性電流向量值、全電流向量值以及電壓的相量值，令式中：I表示全電源的有效值，f₀為工頻50Hz，為初相位；

2)若無諧波分量存在時(shí)，算法如下：

3)若存在諧波分量，或者工頻頻率有偏差時(shí)，對第步驟2中①、②作如下修正：①全電流完成離散采樣后，在作正交變換時(shí)，濾除3次及更高次諧波分量；②工頻有偏差，將其視為未知頻率信號，利用頻率估計(jì)方法，再利用頻率估計(jì)值，構(gòu)造參考信號。

6)監(jiān)測終端電源設(shè)計(jì)：電纜避雷器通常在野外或無人值守的區(qū)域，往往很難得到系統(tǒng)采集終端工作所需的低壓供電電源，現(xiàn)在戶外主要有利用CT從電纜上取電能、太陽能供電、蓄電池供電等取電，綜合考慮幾種常用供能方式的優(yōu)缺點(diǎn)，電纜用避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)按就近取材的思路，決定采用利用CT從電纜上取電的方式。

針對這種方式的兩個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)任務(wù)主要集中在將一個(gè)大范圍內(nèi)變化的電流轉(zhuǎn)化為一個(gè)恒壓源。設(shè)計(jì)思路是利用電源CT的飽和特性，把線路上幾十安到上千安的運(yùn)行電流轉(zhuǎn)換為恒定的低壓，電源工作原理如圖3所示。

電源CT直接從線路運(yùn)行電流中感應(yīng)出交流電壓，通過全波整流轉(zhuǎn)換后，在穩(wěn)壓電容C上得到較穩(wěn)定的直流電壓，再通過濾波電路和穩(wěn)壓塊變換成穩(wěn)定的電源，供系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣終端中電子線路板使用。

電源CT鐵芯使用高導(dǎo)磁率和低飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度磁性材料，有利于提高啟動(dòng)電流狀態(tài)的功率輸出，避免在CT在深度飽和狀態(tài)下溫升過高。高壓保護(hù)電路用來防止取能電源CT一次側(cè)電流瞬間突變損壞取電模塊。泄放電路用來泄放掉儲(chǔ)能穩(wěn)壓電容上多余的能量，避免感應(yīng)電壓過高損壞穩(wěn)壓塊。設(shè)計(jì)的取能模塊實(shí)測數(shù)據(jù)見表1

表1取能模塊實(shí)測數(shù)據(jù)

Table1Measuredata of energy taking module

從測試數(shù)據(jù)來看，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的利用CT從運(yùn)行的高壓電纜上取能的電源模塊符合設(shè)計(jì)目的，達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用的效果。

7)放電次數(shù)的監(jiān)測：通過動(dòng)作電流(峰值)(5A一50kA)的數(shù)據(jù)來記錄避雷器的放電次數(shù)，利用無源監(jiān)測器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，數(shù)據(jù)每天回傳一次。

8)基于塑料光纖隔離傳輸?shù)母叩蛪焊綦x方法：目前傳統(tǒng)的避雷器在線監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)傳輸以485或232信號傳輸，當(dāng)雷擊電流瞬間流過避雷器時(shí)，通信線易將雷電信號引入后臺(tái)，會(huì)對整個(gè)輸變電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)造成巨大隱患。針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本實(shí)用新型提供一種可完全隔離高低壓，給系統(tǒng)安全性帶來極大保障的基于塑料光纖隔離傳輸?shù)谋芾灼髟诰€監(jiān)測裝置，如圖7所示。該裝置包括高壓模塊及與其相接的數(shù)據(jù)處理模塊，所述高壓模塊通過塑料光纖與數(shù)據(jù)處理模塊相接。通過塑料光纖與光電轉(zhuǎn)換模塊相接，對高壓(10—1000kV)進(jìn)行有效的隔離，其絕緣強(qiáng)度為1kV/cm，通常使用光纖長度為10m，其絕緣強(qiáng)度可達(dá)1000kV，光纖只能傳光信號，傳輸?shù)闹挥泄鈴?qiáng)大小和頻率變化，對電壓電流等電信號不傳輸，衰減為180dB/km，對數(shù)據(jù)傳輸影響在有效范圍內(nèi)。