一种氧化锌避雷器在线监测与诊断装置的制作方法

本实用新型一种氧化锌避雷器在线监测与诊断装置涉及电力设备保护领域，尤其是一种避雷器的在线监测与诊断装置。

背景技术：

避雷器的主要作用就是释放雷电等过电压，避免电网及电力设备遭受过电压的破坏，从而保证电网及电力设备的安全运行，金属氧化锌避雷器具备反应速度快、通流能力强、体积小等众多优点，在电力系统中得到应用广泛。氧化锌避雷器在正常运行时，将产生一定的泄漏电流，通过检测泄漏电流的大小，可以诊断避雷器的老化以及受潮等程度。避雷器对电力系统稳定运行有着至关重要的作用，必须时刻监视避雷器的运行状态，判断避雷器是否处于正常的工作状态。

现阶段对氧化锌避雷器的在线监测的方法主要包括全电流法、三次谐波电流法、容许电流补偿法、温度测量法、谐波分析法等，谐波分析法由于精度较高，能够灵敏的发现避雷器的受潮和老化程度，稳定、抗干扰性强，目前的氧化锌避雷器的研究主要采用这样方法来实现在线监测。然而，电网的谐波电压作用产生的谐波电流对基波电压作用在避雷器非线性阀片上产生的反映阀片非线性特性的谐波电流产生影响以及氧化锌电阻片的伏安特性非线性度会随着温度的改变发生改变，环境温度差别较大，那么得到的伏安特性非线性度也会相差较大，温度和电网的谐波对在线监测得到的泄漏电流特别是阻性电流有着一定的影响，若不考虑这两种因素的影响，在线监测装置可能会发生误判。目前，还没有氧化锌避雷器在线监测及诊断装置能够同时考虑温度和电网谐波的影响因素。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述不足之处提供一种氧化锌避雷器在线监测与诊断装置，能够去除温度因素、谐波因素对泄漏电流的干扰，得到真实情况下的阻性电流，并且利用云端服务器的强大数据储存与处理能力，保存并分析得到的阻性电流值。

本实用新型是采取以下技术方案实现的：

一种氧化锌避雷器在线监测与诊断装置，包括用于采集避雷器电压和泄漏电流的避雷器信号采集处理模块、用于进行FFT变换的微机控制模块、用于采集避雷器阀片所处环境温度的温度采集模块、用于采集避雷器接线周围电网谐波含量的电网谐波含量检测模块，用于传送阻性电流、温度和电网谐波含量的通信模块和用于数据处理分析、储存及诊断的上位机，用于储存采集到的阻性电流幅值的云端服务器；

所述避雷器信号采集处理模块与微机控制模块相联；电网谐波含量检测模块与微机控制板模块并将采集的信息传送到微机控制模块；温度采集模块与微机控制模块相联，将采集温度信息传送到微机控制模块；微机控制模块通过通信模块与上位机相联，上位机与云端服务器相联。

所述避雷器信号采集处理模块包括连接在避雷器末端接地线测量避雷器泄漏电流的电流互感器、连接在系统母线上用于测量避雷器承受电压的电压互感器以及依次相连的信号调理单元和数据处理单元；

所述信号调理单元包括I/V转化电路、差分放大电路和抗混叠滤波电路；所述的数据处理单元采用A/D模数转换电路。

所述微机控制模块采用DSP芯片和外围辅助电路，所述DSP芯片负责对采集的泄漏电流进行快速傅里叶变换，得到阻性电流的基波分量和三次谐波分量。

所述温度采集模块包括放置于避雷器内部但不接触阀片的温度传感器和A/D模数转换电路，温度采集模块实时获取每一时刻氧化锌避雷器阀片所处的环境温度，并记录保存。

所述电网谐波含量检测模块包括电压传感器、电流传感器、放大电路、测频电路和A/D模数转换电路，电网谐波含量检测模块监视电网中的谐波含量，并记录保存。

所述通信模块为RS-485和GPRS模块的组合，实现数据的实时远传。

所述上位机上包含两个数据库，所述数据库分别为温度与电流对应关系数据库以及谐波含量与电流对应关系数据库；所述上位机将阻性电流基波与三次谐波分量的幅值通过Internet网络储存到云端服务器。

所述温度与电流对应关系数据库为合格的氧化锌避雷器出厂前测量获取的温度大小与阻性电流大小的对应关系，将得到的不同温度值大小与阻性电流值大小作为标准数据库，与在线监测过程中获得的温度与阻性电流数据进行对比，进而去除温度干扰的影响。

所述谐波含量与电流对应关系数据库为合格的氧化锌避雷器出厂前测量通入不同谐波含量的电压后得到的阻性电流值，将得到的不同谐波含量大小与阻性电流值大小作为标准数据库，与在线监测过程中获得的谐波含量与阻性电流值进行对比，进而去除电压谐波的干扰。

所述云端服务器所述的云端服务器用来储存历史上每一次采集并修正得到的阻性电流基波分量幅值和阻性电流三次谐波分量幅值；具体的是用于保存每一时刻阻性电流基波与三次谐波分量的幅值，计算每一段时间间隔内的阻性电流基波与三次谐波分量的幅值的平均值及其与标准值的差值，分别得到了阻性电流基波与三次谐波分量的幅值的大小和变化值的平均值，并向所述上位机返回所述的平均值，用于实时显示阻性电流变化曲线，所述阻性电流变化曲线可以帮助维护人员清晰的把握避雷器的运行状态，所述阻性电流基波与三次谐波分量的幅值为去除温度和谐波影响后的真实值，所述标准值为出厂前在一定温度（25℃），电压无谐波含量的条件下，测得的阻性电流基波与三次谐波分量的幅值。

一种氧化锌避雷器在线监测与诊断装置的主要诊断流程为：

1）采集到氧化锌避雷器的电压、电流参数后经放大、滤波、模数转换，再有微机进行FFT变换，得到测量的阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量，同时温度采集模块和谐波含量检测模块采集温度值和谐波含量值、通过通讯模块将阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量、温度值和谐波含量值传送到上位机以及云端服务器中进行分析处理。

2）在上位机中根据温度与电流对应关系数据库、谐波含量与电流对应关系数据库对阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的幅值进行修正，包括：

第一、根据温度值找到对应的标准阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的幅值，用测量得到的阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的幅值减去数据库中标准的阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的幅值，进而得到同一温度条件下，不同氧化锌避雷器的老化、受潮程度的阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的变化值，将此变化值归化到标准的温度上，得到标准温度下阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的幅值，消去了温度因素的干扰。

第二、根据谐波含量值找到对应的标准阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的幅值，用温度修正后得到的阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的幅值减去数据库中标准的阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的幅值，进而得到同一谐波含量条件下，不同氧化锌避雷器的老化、受潮程度的阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的变化值，将此变化值归化到无谐波含量的标准电压上，得到无谐波含量的标准电压下阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的幅值，消去了谐波因素的干扰。

3）修正后得到阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的真实值，上位机记录并保存此值于云端服务器中。所述氧化锌避雷器在线监测与诊断装置根据云端服务器中的数据进行诊断并且实时显示阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的幅值的两条历史变化曲线，若阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的变化值超过设定的阈值，就认为氧化锌避雷器绝缘性能下降，进行报警处理，氧化锌避雷器维护人员也可以根据阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量幅值的两条历史变化曲线提前判断避雷器的故障。

本实用新型的优点为：修正了温度和谐波对测得的阻性电流的干扰，防止了由于温度造成阻性电流增大以及谐波因素造成的阻性电流增大的误诊断，使监测的结果更加精确、可靠，建立了能够反应阻性电流基波分量和三次谐波分量幅值变化趋势的云端服务器，节省了资源，能够及时发出报警信号，帮助运行维护人员对氧化锌避雷器的运行状态进行准确、直观的判断。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型氧化锌避雷器在线监测与诊断装置的结构原理框图；

图2是本实用新型氧化锌避雷器在线监测与诊断装置的诊断处理流程图。

具体实施方式

参照附图1~2，本实用新型一种氧化锌避雷器在线监测与诊断装置，包括用于采集避雷器电压和泄漏电流的避雷器信号采集处理模块、用于进行FFT变换的微机控制模块、用于采集避雷器阀片所处环境温度的温度采集模块、用于采集避雷器接线周围电网谐波含量的电网谐波含量检测模块，用于传送阻性电流、温度和谐波含量的通信模块和用于数据处理分析、储存及诊断的上位机，用于储存采集到的阻性电流幅值的云端服务器。

避雷器信号采集处理模块包括连接在避雷器末端测量避雷器泄漏电流的电流互感器，所述电流互感器选用穿芯式无源交流泄漏电流传感器、连接在系统母线上用于测量避雷器承受电压的电压互感器，为一般变电站常用电压互感器，信号调理单元、数据处理单元，所述信号调理单元具体包括I/V转化电路、差分放大电路、抗混叠滤波电路，所述数据处理单元为A/D模数转换电路，采用的芯片可取多功能防窃电基波谐波三相电能专用计量芯片ATT7022C。

微机控制模块主要为DSP芯片以及外围辅助电路，所述DSP芯片负责对采集的泄漏电流进行快速傅里叶变换，得到阻性电流的基波分量和三次谐波分量，DSP芯片选择TMS320VC5402。

温度采集模块包括放置与避雷器内部但不接触阀片的温度传感器，所述温度传感器采用DS18B20和A/D模数转换电路，所述A/D模数转换电路采用AD73360芯片。

电网谐波含量检测模块包括电压传感器、电流传感器、放大电路、测频电路和A/D模数转换电路，所述电压互感器采用微型精密电压互感器，所述电流互感器采用精密电流互感器SCT254AK。

通信模块为RS-485和GPRS模块的组合，实现数据的实时远传。

上位机上包含二个数据库，分别为温度与电流对应关系数据库（以下计为Database1）、谐波含量与电流对应关系数据库（以下计为Database2）。Database1为合格的氧化锌避雷器出厂前测量获取的温度值T与阻性电流大小（i₁，i₃）的对应关系，其中包括T与i₁对应关系和T与i₃对应关系，本实施例的温度取值范围为-45℃~100℃，间隔为0.5℃。 Database2为合格的氧化锌避雷器出厂前测量通入不同谐波含量THD的电压后得到的阻性电流值，记录保存不同谐波含量THD对应的阻性电流大小（i₁，i₃），其中包括THD与i₁对应关系和THD与i₃对应关系，本实施例的谐波含量范围为（0%~15%），间隔为0.1%，对于实际电网谐波高于15%的情况，本实施例将其作为坏数据，不记录相应的阻性电流值。

上位机还与能处理采集到的阻性电流基波与三次谐波分量的幅值庞大数据的云端服务器相联，云端服务器用于保存每一时刻阻性电流基波与三次谐波分量的幅值，计算一天内的阻性电流基波与三次谐波分量的幅值的平均值及其与标准值的差值，分别得到了一天内阻性电流基波与三次谐波分量的幅值的大小和变化值的平均值，并向所述上位机返回所述的平均值，用于实时显示阻性电流变化曲线，所述阻性电流变化曲线可是帮助相关人员清晰的把握避雷器的运行状态所述阻性电流基波与三次谐波分量的幅值为去除温度和谐波影响后的真实值，所述标准值为出厂前在一定温度（25℃），电压谐波含量为0%的条件下，测得的阻性电流基波与三次谐波分量的幅值。

一种氧化锌避雷器在线监测与诊断装置的主要诊断流程如图2所示，具体描述为：采集到氧化锌避雷器的电压、电流参数后经放大、滤波、模数转换，再利用微机进行FFT变换，得到测量的阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量，同时温度采集模块和谐波含量检测模块采集温度值和谐波含量值、通过通讯模块将阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量、温度值和谐波含量值传送到上位机进行分析处理，最后将修正得到的阻性电流基波和三次谐波分量的幅值储存于云端服务器中。

在上位机中根据温度与电流对应关系数据库、谐波含量与电流对应关系数据库对阻性电流基波分量（以下记为i₁）、阻性电流三次谐波分量（以下记为i₃）的幅值进行修正，包括如下步骤，温度修正：根据温度值T找到对应的标准i₁、i₃的幅值，用测量得到的i₁、i₃的幅值减去数据库中标准的i₁、i₃的幅值，进而得到同一温度条件下，不同氧化锌避雷器的老化、受潮程度的i₁、i₃的变化值，将此变化值归化到标准的温度上，得到标准温度下i₁、i₃的幅值，消去了温度因素的干扰。谐波修正：根据谐波含量值找到对应的标准i₁、i₃的幅值，用温度修正后得到的阻i₁、i₃的幅值减去数据库中标准的i₁、i₃的幅值，进而得到同一谐波含量条件下，不同氧化锌避雷器的老化、受潮程度的i₁、i₃的变化值，将此变化值归化到无谐波含量的标准电压上，得到无谐波含量的标准电压下i₁、i₃的幅值，消去了谐波因素的干扰。

修正后得到i₁、i₃的真实值，上位机记录并保存此值于云端服务器中。所述氧化锌避雷器在线监测与诊断装置根据云端服务器中的数据进行诊断并且实时显示i₁、i₃幅值的两条历史变化曲线，若i₁、i₃的变化值超过设定的阈值，就认为氧化锌避雷器绝缘性能下降，进行报警处理，氧化锌避雷器维护人员也可以根据i₁、i₃幅值的两条历史变化曲线提前判断避雷器的故障。

以上所述仅为本实用新型的一种具体实现方式，但本实用新型的保护范围不仅仅局限于此，任何没有实质性改动的变化或替换，都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权力要求书所限定的保护范围为准。