用于电缆避雷器的在线监测系统的制作方法

本实用新型涉及的是一种用于电缆避雷器的在线监测系统，属于电缆避雷器的在线监测技术领域。

背景技术：

电缆用避雷器均为氧化锌避雷器(MOA)，MOA避雷器在长期运行过程中，一方面长期承受工频电压和冲击电压，会有泄漏电流流过，长时间作用将使氧化锌阀片老化，甚至出现热击穿；另一方面由于所处环境影响，会使避雷器内部受潮、劣化。当MOA避雷器受上述原因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。对MOA避雷器的传统监测方法主要是定期对投入运行的MOA避雷器进行离线预防性试验，其试验必须停运主设备，有时因运行方式限制无法停运主设备，特别是高电压等级设备，从而导致避雷器无法按时试验，所以有必要采用实时的在线监测来对MOA避雷器的运行状态进行监测。

然而，要实现对电缆用避雷器的在线监测需要克服以下难题：

1)难以取得监测装置电源；

2)由于电缆用避雷器通常安装在杆塔上，远离变电站，因此无法从电压互感器取得电压信号，因此无法通过泄漏电流与电压的相角差计算阻性电流；

3)野外干扰信号强。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种系统组成合理，使用方便可靠，能有效避免避雷器事故的发生，保证避雷器安全、可靠运行的用于电缆避雷器的在线监测系统。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，本实用新型所述的一种用于电缆避雷器的在线监测系统，它主要由数据采集系统和数据接收系统两个部分组成，所述的数据采集系统采用嵌入式微机系统，自动采集从避雷器监测仪输出的避雷器泄漏电流、计数器动作信号，并进行数据处理和存储，将采集的数据处理通过GPRS网络传输到后台监测的数据接收系统；所述数据接收系统以服务器为硬件平台，服务器布置在变电站、电厂或系统运行监控中心内并构成监控终端，同时，客户端终端通过PC机则可方便地通过网络与所述监控终端连接；所述的数据接收系统主要负责接收所有数据采集系统发送的避雷器监测数据，并完成综合计算、显示存储、趋势分析、数据库以及报警管理等任务。

作为优选：所述的数据采集系统通过无源阻性电流测试模块采集电缆避雷器的泄漏电流，并通过信号转换器、光钎隔离/信号输出器，将泄漏电流信号传输到嵌入式微机系统中的信号输入/信号转换器；所述的计数器动作信号通过动作电流、即5A-50kA峰值的数据来记录避雷器的放电次数，利用数据采集系统中配置的无源监测器进行实时采集并回传。

作为优选：所述的泄漏电流是通过检测避雷器全电流和阻性电流获得；所述的数据采集系统利用高压CT感应器从电缆上取电，并通过整流桥、稳压电容、能量泄放电路、滤波电路以及稳压块转换为恒定的低压电源。

本实用新型利用现代电力电子技术、计算机技术和GPRS通讯技术研发的电缆用避雷器在线监测系统，可实时监测避雷器全电流和阻性电流，可以通过绘制各种参数的变化趋势波形图、记录数据表等方法提供分析，并采用趋势分析的方法判断避雷器健康状况是否良好，若某个运行参数出现故障时可将故障信息以GSM短信方式发送给运维人员，从根本上避免了避雷器事故的发生，保证避雷器安全、可靠的运行；与传统方法测试得到的数据进行比对后，发现监测系统测试的数据是准确可靠的。

附图说明

图1是本实用新型的系统组成示意图。

图2是本实用新型的阻性电流监测原理图。

图3是本实用新型所述电源工作原理图。

图4是MOA阀片等值电路图。

图5是MOA阀片伏安特性图。

图6是MOA阀片伏安特性变化曲线图。

图7是本实用新型所述光纤隔离传输示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作详细的介绍：图1所示，本实用新型所述的一种用于电缆避雷器的在线监测系统，它主要由数据采集系统和数据接收系统两个部分组成，所述的数据采集系统采用嵌入式微机系统，自动采集从避雷器监测仪输出的避雷器泄漏电流、计数器动作信号，并进行数据处理和存储，将采集的数据处理通过GPRS网络传输到后台监测的数据接收系统；所述数据接收系统以服务器为硬件平台，服务器布置在变电站、电厂或系统运行监控中心内并构成监控终端，同时，客户端终端通过PC机则可方便地通过网络与所述监控终端连接；所述的数据接收系统主要负责接收所有数据采集系统发送的避雷器监测数据，并完成综合计算、显示存储、趋势分析、数据库以及报警管理等任务。

图2所示，本实用新型所述的数据采集系统通过无源阻性电流测试模块采集电缆避雷器的泄漏电流，并通过信号转换器、光钎隔离/信号输出器，将泄漏电流信号传输到嵌入式微机系统中的信号输入/信号转换器；所述的计数器动作信号通过动作电流、即5A-50kA峰值的数据来记录避雷器的放电次数，利用数据采集系统中配置的无源监测器进行实时采集并回传；所述的泄漏电流是通过检测避雷器全电流和阻性电流获得。

图3所示，所述的数据采集系统利用高压CT感应器从电缆上取电，并通过整流桥、稳压电容、能量泄放电路、滤波电路以及稳压块转换为恒定的低压电源。

实施例：

在线监测参数的理论依据：

1)阀片泄漏电流，图4是常见的MOA阀片等值电路图，i_x为流经避雷器的总泄漏电流；i_r为阻性泄漏电流；i_c为容性泄漏电流；U为电网电压；C为MOA阀片间的等效电容；R为MOA阀片的非线性电阻。

MOA阀片伏安特性曲线如图5所示。

a区是线性区，伏安特性接近线性关系；b区是预击穿区，伏安特性为弱非线性关系。在正常运行电压下，a、b区域MOA阀片呈高电阻，流过MOA阀片的电流很小；c区是击穿区，伏安特性呈现极强的非线性关系；d区伏安特性相比于c区开始减弱，伏安特性曲线开始上升。c区和d区MOA阀片呈现低电阻，流过MOA阀片的电流变大。

在持续电压的作用下，MOA阀片的伏安特性会发生改变，其曲线右移，如图6所示。

由此可看出，老化前、后的MOA阀片，在相同电压下，流过老化的MOA阀片的电流更大，电流增大又会加剧MOA阀片的老化[6]，MOA阀片的伏安特性曲线继续右移，这是一个正反馈过程，导致：MOA阀片的老化越来越快。

由DL 474.5—2006《现场绝缘试验实施导则第5部分：避雷器试验》及相关试验可知：阻性电流是金属氧化物阀片老化程度的主要判据。这是由于容性电流是由避雷器的内部结构决定，在避雷器生产定型后便不再变化；避雷器投运后随着雷击等外部环境的逐渐变化，其本身结构也随之变化，老化的电阻片会使阻性电流逐渐增大，故阻性电流是真正能够反映避雷器工作情况的重要参数。

2)泄漏电流，泄漏电流可分为体积泄漏电流和废面泄漏电流，上述阀片泄漏电流为体积泄漏电流。表面泄漏电流的大小，与硒式品的表面隋况相关，如表面脏污和受潮等，并不直接反映绝缘内部的状况，不会降低电气强度。在恶劣条件下，表面泄漏电流要比体积泄漏电流大很多；避雷器三相安装位置靠近，表面；亏秽陪况和环境参数基本相同，因此其监测数据初始值基本相同。以三相的泄漏电流和阻性电流趋势线为依据，如果三相变化趋势是一致的，那么可以判定该避雷器是正常的。反之，如果有一相变化趋势和其他两相不同，特别是明显增大，则应进一步分析，在排除干扰因素后，应判定该避雷器为异常。

本实用新型所述的电缆用避雷器在线监测系统目标是：实时监测避雷器泄漏电流、阻性电流和避雷器放电次数，以安全的方式将数据通过GPRS通讯传送到监测中心，接入福建省电力有限公司输变电在线监测系统平台(OMDS)，通过服务器软件，以列表和图像的方式展示监测结果，出现异常及时发出报警信号。

3)系统组成，本实用新型由数据采集系统(前端系统)和数据接收系统(后台系统)两个部分组成。其中前端系统采用嵌入式微机系统，自动采集从避雷器监测仪输出的避雷器泄漏电流、计数器动作等信号，并进行数据处理和存储，将采集的数据处理通过GPRS网络传输到后台监测系统。后台系统以服务器为硬件平台，服务器布置在变电站(电厂)或系统运行监控中心内，同时，通过PC机则可方便地在网络上面。后台系统主要负责接收所有前端发送的避雷器监测数据，并完成综合计算、显示存储、趋势分析、数据库以及报警管理等任务。监测系统组成如图1所示。

4)无源监测器的研制：本实用新型采用的无源监测器，内部采用低功耗芯片，无需外部电源供电便可工作(即无源)，同时也不需要其他辅助信号，直接串接在避雷器接地回路之中，在线监测避雷器的泄漏电流和雷击次数。

5)阻性电流采集及计算方法：该监测系统利用无残压全隔离的电流检测方式，采用电流变送器采集全电流信号，选用单匝穿芯电流传感器、先进的微技术以及独有的瞬态参数测试技术进行线性化处理与计算，结构如图2所示。

在正常情况下，阻性分量电流大约占全电流的10％一20％，其数量级为微安级，因此直接测量阻性电流较为困难。从阻性电流与全电流之间的数量关系看，测出阻性分量与全电流之间相位差是计算避雷器阻性电流的主要环节。采用的算法仅需全电流信号，无需全电压信号及其它外加条件，就可求取阻性电流，降低了成本，且可以有效抑制谐波及噪声的干扰，提高了精度。包括以下步骤：

1)首先，定义I_C，I_R,I,U分别表示容性电流向量值、阻性电流向量值、全电流向量值以及电压的相量值，令式中：I表示全电源的有效值，f₀为工频50Hz，为初相位；

2)若无谐波分量存在时，算法如下：

3)若存在谐波分量，或者工频频率有偏差时，对第步骤2中①、②作如下修正：①全电流完成离散采样后，在作正交变换时，滤除3次及更高次谐波分量；②工频有偏差，将其视为未知频率信号，利用频率估计方法，再利用频率估计值，构造参考信号。

6)监测终端电源设计：电缆避雷器通常在野外或无人值守的区域，往往很难得到系统采集终端工作所需的低压供电电源，现在户外主要有利用CT从电缆上取电能、太阳能供电、蓄电池供电等取电，综合考虑几种常用供能方式的优缺点，电缆用避雷器在线监测系统按就近取材的思路，决定采用利用CT从电缆上取电的方式。

针对这种方式的两个设计难点，设计任务主要集中在将一个大范围内变化的电流转化为一个恒压源。设计思路是利用电源CT的饱和特性，把线路上几十安到上千安的运行电流转换为恒定的低压，电源工作原理如图3所示。

电源CT直接从线路运行电流中感应出交流电压，通过全波整流转换后，在稳压电容C上得到较稳定的直流电压，再通过滤波电路和稳压块变换成稳定的电源，供系统数据采样终端中电子线路板使用。

电源CT铁芯使用高导磁率和低饱和磁感应强度磁性材料，有利于提高启动电流状态的功率输出，避免在CT在深度饱和状态下温升过高。高压保护电路用来防止取能电源CT一次侧电流瞬间突变损坏取电模块。泄放电路用来泄放掉储能稳压电容上多余的能量，避免感应电压过高损坏稳压块。设计的取能模块实测数据见表1

表1取能模块实测数据

Table1Measuredata of energy taking module

从测试数据来看，本系统设计的利用CT从运行的高压电缆上取能的电源模块符合设计目的，达到了实际应用的效果。

7)放电次数的监测：通过动作电流(峰值)(5A一50kA)的数据来记录避雷器的放电次数，利用无源监测器进行实时采集，数据每天回传一次。

8)基于塑料光纤隔离传输的高低压隔离方法：目前传统的避雷器在线监测装置的数据传输以485或232信号传输，当雷击电流瞬间流过避雷器时，通信线易将雷电信号引入后台，会对整个输变电综合自动化系统造成巨大隐患。针对现有技术存在的问题和不足，本实用新型提供一种可完全隔离高低压，给系统安全性带来极大保障的基于塑料光纤隔离传输的避雷器在线监测装置，如图7所示。该装置包括高压模块及与其相接的数据处理模块，所述高压模块通过塑料光纤与数据处理模块相接。通过塑料光纤与光电转换模块相接，对高压(10—1000kV)进行有效的隔离，其绝缘强度为1kV/cm，通常使用光纤长度为10m，其绝缘强度可达1000kV，光纤只能传光信号，传输的只有光强大小和频率变化，对电压电流等电信号不传输，衰减为180dB/km，对数据传输影响在有效范围内。