一种氧化锌避雷器在线监测与诊断方法
【专利摘要】本发明涉及电力设备保护领域，具体涉及一种氧化锌避雷器在线监测与诊断方法。其步骤为 1）采集氧化锌避雷器的泄漏电流及电压参数，对得到的阻性电流的基波分量和三次谐波分量的幅值进行温度干扰修正和谐波干扰修正；2）将经过温度干扰修正和谐波干扰修正后的阻性电流的基波分量和三次谐波分量幅值的真实值发送到终端处理器，终端处理器通过云端服务器对接收的历史阻性电流值进行储存；氧化锌避雷器所处的环境温度以及电网谐波含量也同时被避雷器发送到终端处理器，终端处理器根据避雷器发送的综合数据进行处理和诊断。修正温度和谐波对测得阻性电流的干扰，防止因温度及谐波因素造成泄漏电流增大而引起误诊断，使监测结果更加精确、可靠。
【专利说明】
-种氧化巧避雷器在线监测与诊断方法
技术领域
[0001] 本发明设及电力设备保护领域，具体设及一种氧化锋避雷器在线监测与诊断方 法。
【背景技术】
[0002] 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，金属氧化锋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。氧化锋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W诊断避雷器的老化W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。
[0003] 现阶段对氧化锋避雷器的在线监测的方法主要包括全电流法、=次谐波电流法、 容许电流补偿法、溫度测量法、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，目前的氧化锋避雷器的研究主要采用运样方 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W及氧化锋电阻片的伏安 特性非线性度会随着溫度的改变发生改变，环境溫度差别较大，那么得到的伏安特性非线 性度也会相差较大，溫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，若不考虑运两种因素的影响，在线监测装置可能会发生误判。目前，还没有氧化 锋避雷器在线监测及诊断方法能够同时考虑溫度和电网谐波的影响因素。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的是克服已有技术的不足，提供一种氧化锋避雷器在线监测与诊 断方法，能够去除溫度因素、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处理能力，保存并分析得到的阻性电流值。
[0005] 本发明是采取W下技术方案实现的： 一种氧化锋避雷器在线监测与诊断方法，包括如下步骤： 1) 采集氧化锋避雷器的泄漏电流及电压参数，对得到的阻性电流的基波分量和=次 谐波分量的幅值进行溫度干扰修正和谐波干扰修正； 2) 将经过溫度干扰修正和谐波干扰修正后的阻性电流的基波分量和=次谐波分量幅 值的真实值发送到终端处理器，终端处理器通过云端服务器对接收的历史阻性电流值进行 储存；氧化锋避雷器所处的环境溫度W及电网谐波含量也同时被避雷器发送到终端处理 器，终端处理器根据避雷器发送的综合数据进行处理和诊断。
[0006] 步骤1)和步骤2)中所述的溫度干扰修正的方法，包括如下步骤： a)根据采集到的避雷器所处环境溫度值找到数据库中对应的标准阻性电流基波分 量、阻性电流=次谐波分量的幅值； b)用测量得到的阻性电流基波分量、阻性电流=次谐波分量的幅值减去上述数据库 中标准的阻性电流基波分量、阻性电流=次谐波分量的幅值，进而得到同一溫度条件下，氧 化锋避雷器不同的老化、受潮程度的阻性电流基波分量、阻性电流=次谐波分量的变化值， 再将此变化值归化到标准的溫度上，即得到此时测量的在标准溫度下阻性电流基波分量、 阻性电流=次谐波分量的幅值，从而消去溫度因素的干扰。
[0007] 步骤1)和步骤2)中所述的谐波干扰修正的方法，包括如下步骤： a) 根据避雷器所处电网中谐波含量值找到数据库中对应的标准阻性电流基波分量、 阻性电流=次谐波分量的幅值； b) 用经过溫度干扰修正后得到的阻性电流基波分量、阻性电流=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=次谐波分量的幅值，进而得到同一谐 波含量条件下，氧化锋避雷器不同的老化、受潮程度的阻性电流基波分量、阻性电流=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=次谐波分量的幅值;对于实际电网谐波高于15%的情 况，将其作为坏数据处理，不记录相应的阻性电流值。
[0008] 所述终端处理器包括两个数据库和一个云端服务器，所述两个数据库分别为溫度 与电流对应关系数据库、谐波含量与电流对应关系数据库;所述终端处理器将阻性电流基 波与S次谐波分量的幅值通过Internet网络储存到云端服务器。
[0009] 所述溫度与电流对应关系数据库为合格的氧化锋避雷器出厂前测量获取的溫度 大小与阻性电流大小的对应关系，将得到的不同溫度值大小与阻性电流值大小作为标准数 据库，用与在线监测过程中获得的溫度与阻性电流数据进行对比，进行溫度干扰修正。
[0010] 所述谐波含量与电流对应关系数据库为合格的氧化锋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于阻性电流值作为标准数 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，进行谐波干扰修正。
[0011] 所述云端服务器用于保存每一时刻阻性电流基波与=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=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=次谐波分量的幅值的大小和变化值的平均值，并向所述终端处 理器返回所述的平均值，保存的历史数据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W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=次谐波 分量的幅值为去除溫度和谐波影响后的真实值，所述标准值为出厂前在一定溫度(25°c)， 电压无谐波含量的条件下，测得的阻性电流基波与=次谐波分量的幅值。
[0012] 终端处理器对阻性电流基波与=次谐波分量的幅值进行处理和诊断方法，包括如 下步骤： 1)将经过溫度干扰修正和谐波干扰修正后的阻性电流基波分量、阻性电流=次谐波分 量的幅值分别保存在云端服务器中，同时读取云端服务器中24小时时间里所有的阻性电流 基波分量、阻性电流=次谐波分量的幅值，并求出两个值的平均值W及平均值与标准状态 下的变化值； 若阻性电流基波分量的变化值大于设定阔值，则判断避雷器发生受潮或污秽故障； 若阻性电流=次谐波分量的变化值大于设定阔值，怎判断避雷器发生老化故障。
[0013] 2)根据云端服务器保存的阻性电流基波分量、阻性电流=次谐波分量的历史数 据，形成两条反应阻性电流基波分量幅值和阻性电流=次谐波分量幅值随时间变化的曲 线，并通过终端处理器连接的显示器实时显示出来，运维人可W随时掌握避雷器的老化、受 潮状态，提前对故障进行预判。
[0014] 本发明的优点为:修正了溫度和谐波对测得的阻性电流的干扰，防止了由于溫度 及谐波因素造成的泄漏电流增大而引起的误诊断，使监测的结果更加精确、可靠，利用云端 服务器庞大的数据储存及处理能力，保存了阻性电流基波分量和=次谐波分量的历史数 据，形成历史数据变化趋势曲线，帮助运行维护人员对氧化锋避雷器的运行状态进行准确、 直观的判断。
【附图说明】
[0015] W下将结合附图对本发明作进一步说明： 图1为本发明氧化锋避雷器在线监测与诊断方法的流程图。
[0016] 具体实现方式 参照附图1，本发明主要通过如下的方法步骤来实现的： 首先，采集氧化锋避雷器的泄漏电流及电压参数，经过一系列的数据处理后再进行快 速傅里叶变换得到阻性电流的基波分量和=次谐波分量； 然后，对得到的阻性电流的基波分量和=次谐波分量的幅值进行溫度干扰修正和谐波 干扰修正； 最终，将经过溫度和谐波修正后的阻性电流的基波分量和=次谐波分量地幅值的真实 值发送到终端处理器，终端处理器通过云端服务器对接收的历史阻性电流值进行储存，同 时也将氧化锋避雷器所处的环境溫度W及电网谐波含量发送到终端处理器，终端处理器根 据某个避雷器发送的综合数据进行处理和诊断。
[0017] 终端处理器包括两个数据库和一个云端服务器，两个数据库分别为溫度与电流对 应关系数据库（W下计为Databasel )、谐波含量与电流对应关系数据库（W下计为 化tabase2)"Databasel为合格的氧化锋避雷器出厂前测量获取的溫度值T与阻性电流大小 (11，13)的对应关系，其中包括T与11对应关系和T与13对应关系，本发明的溫度取值范围 为-45°C~100°C，间隔为rC。Databases为合格的氧化锋避雷器出厂前测量通入不同谐波 含量T皿的电压后得到的阻性电流值，记录保存不同谐波含量T皿对应的阻性电流大小（II， 13)，其中包括T皿与11对应关系和THD与13对应关系，本发明的谐波含量范围为(0%~15%)， 间隔为0.5%。
[0018] 云端服务器用于保存历史每一时刻阻性电流基波与=次谐波分量的幅值，计算24 小时内的阻性电流基波与=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 24小时内阻性电流基波与=次谐波分量的幅值的大小和变化值的平均值，并向所述终端处 理器返回所述的平均值，保存的历史阻性电流基波与=次谐波分量的幅值用于实时显示阻 性电流变化曲线，阻性电流变化曲线可W帮助运维人员清晰的把握避雷器的运行状态，所 述阻性电流基波与=次谐波分量的幅值为去除溫度和谐波影响后的真实值，所述标准值为 出厂前在一定溫度(25°C )，电压谐波含量为0%的条件下，测得的阻性电流基波与S次谐波 分量的幅值。
[0019] 若谐波含量检测模块得到电网谐波含量大于15%，则判断电网异常运行，得到的阻 性电流数据不可靠，不记录保存。若谐波含量检测模块得到电网谐波含量小于15%，则根据 Database 1、Databases对阻性电流基波分量、阻性电流立次谐波分量的幅值进行修正。
[0020] 溫度修正:将溫度归化到标准25°C情况下，溫度干扰修正的方法为:根据溫度值找 到对应的标准阻性电流基波分量、阻性电流=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=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=次谐波分量的幅值，进而得到同一溫度条件下，氧化锋避雷器不同的老化、受潮程度的 阻性电流基波分量、阻性电流=次谐波分量的变化值，将此变化值归化到标准的溫度上，得 到标准溫度下阻性电流基波分量、阻性电流=次谐波分量的幅值，消去了溫度因素的干扰。
[0021] 溫度修正方法用算式描述为：
其中，為表示去除溫度影响后的阻性电流基波分量、阻性电流S次谐波分量的幅 值，式,《,$?^>为避雷器阀片所处的溫度条件下阻性电流基波分量、阻性电流=次谐波分量的 幅值，式,;附，'*^1为溫度测量模块得到的溫度值在化*曰6曰361中对应的阻性电流基波分量、阻 性电流立次谐波分量的幅值，果,1250为25°c条件下标准的阻性电流基波分量、阻性电流立 次谐波分量的幅值。
[0022] 电网谐波修正:将谐波含量归化到0%情况下，谐波干扰修正的方法为: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=次谐波分量的幅值，用溫度修正后得 到的阻性电流基波分量、阻性电流=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=次谐波分量的幅值，进而得到同一谐波含量条件下，氧化锋避雷器不同的 老化、受潮程度的阻性电流基波分量、阻性电流=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= 次谐波分量的幅值，消去了谐波因素的干扰 谐波修正方法用算式描述为：
其中，丰。表示去除溫度和谐波影响后的阻性电流基波分量、阻性电流S次谐波 分量的幅值，禹.3粹I*觸为谐波检测模块得到的谐波含量在化化base2中对应的阻性电流基 波分量、阻性电流S次谐波分量的幅值，若为谐波含量为0%的条件下标准的阻性电流 基波分量、阻性电流=次谐波分量的幅值。
[0023] 终端处理器进行处理和诊断过程为：将修正后得到阻性电流基波分量幅值 、阻性电流S次谐波分量幅值名分别保存于云端服务器中，同时读取云端 服务器中24小时时间里所有的阻性电流基波分量、阻性电流=次谐波分量的幅值，并求出 两个值的平均值W及平均值与标准状态下的变化值。标准值为25°C，电网谐波含量为0%条 件下，测量得到的氧化锋避雷器阻性电流基波分量、阻性电流=次谐波分量的幅值，记为 SV; 若阻性电流基波分量的变化值大于SV的80%，则判断避雷器发生受潮或污秽故障； 若阻性电流=次谐波分量的变化值大于SV的80%，则判断避雷器发生老化故障。
[0024] 当发生两者中的任何一个故障时，都发送报警信息，提醒运维人员及时处理。
[0025] 同时，根据云端服务器保存的阻性电流基波分量、阻性电流=次谐波分量的历史 数据，形成两条反应阻性电流基波分量幅值和阻性电流=次谐波分量幅值随时间变化的曲 线，并通过终端处理器连接的显示器实时显示出来，运维人可W随时掌握避雷器的老化、受 潮状态，提前对故障进行预判。
[0026] W上所述仅为本发明的一种具体实现方式，但本发明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，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发 明的保护范围应该W权力要求书所限定的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种氧化锌避雷器在线监测与诊断方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 采集氧化锌避雷器的泄漏电流及电压参数，对得到的阻性电流的基波分量和三次 谐波分量的幅值进行温度干扰修正和谐波干扰修正； 2) 将经过温度干扰修正和谐波干扰修正后的阻性电流的基波分量和三次谐波分量幅 值的真实值发送到终端处理器，终端处理器通过云端服务器对接收的历史阻性电流值进行 储存；氧化锌避雷器所处的环境温度以及电网谐波含量也同时被避雷器发送到终端处理 器，终端处理器根据避雷器发送的综合数据进行处理和诊断。2. 根据权利要求1所述的氧化锌避雷器在线监测与诊断方法，其特征在于，步骤1)和步 骤2)中所述的温度干扰修正的方法，包括如下步骤： a) 根据采集到的避雷器所处环境温度值找到数据库中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； b) 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上述数据库 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，氧 化锌避雷器不同的老化、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， 再将此变化值归化到标准的温度上，即得到此时测量的在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，从而消去温度因素的干扰。3. 根据权利要求1所述的氧化锌避雷器在线监测与诊断方法，其特征在于，步骤1)和步 骤2)中所述的谐波干扰修正的方法，包括如下步骤： a) 根据避雷器所处电网中谐波含量值找到数据库中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； b) 用经过温度干扰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，氧化锌避雷器不同的老化、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;对于实际电网谐波高于15%的情 况，将其作为坏数据处理，不记录相应的阻性电流值。4. 根据权利要求1所述的氧化锌避雷器在线监测与诊断方法，其特征在于，所述终端处 理器包括两个数据库和一个云端服务器，所述两个数据库分别为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;所述终端处理器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。5. 根据权利要求4所述的氧化锌避雷器在线监测与诊断方法，其特征在于，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，用与在线监测 过程中获得的温度与阻性电流数据进行对比，进行温度干扰修正。6. 根据权利要求4所述的氧化锌避雷器在线监测与诊断方法，其特征在于，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于阻性电流值作为标准数据库，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，进行谐波干扰修正。7. 根据权利要求1所述的氧化锌避雷器在线监测与诊断方法，其特征在于，所述云端服 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，并向所述终端处理器返回所述的平均 值，保存的历史数据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设定温度、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。8.根据权利要求4所述的氧化锌避雷器在线监测与诊断方法，其特征在于，终端处理器 对阻性电流基波与三次谐波分量的幅值进行处理和诊断方法，包括如下步骤： 1) 将经过温度干扰修正和谐波干扰修正后的阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分 量的幅值分别保存在云端服务器中，同时读取云端服务器中24小时时间里所有的阻性电流 基波分量、阻性电流三次谐波分量的幅值，并求出两个值的平均值以及平均值与标准状态 下的变化值； 若阻性电流基波分量的变化值大于设定阈值，则判断避雷器发生受潮或污秽故障； 若阻性电流三次谐波分量的变化值大于设定阈值，怎判断避雷器发生老化故障； 2) 根据云端服务器保存的阻性电流基波分量、阻性电流三次谐波分量的历史数据，形 成两条反应阻性电流基波分量幅值和阻性电流三次谐波分量幅值随时间变化的曲线，并通 过终端处理器连接的显示器实时显示出来，运维人可以随时掌握避雷器的老化、受潮状态， 提前对故障进行预判。
【文档编号】G01R31/00GK105954632SQ201610507586
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】董如来, 王洪寅, 蒋浩
【申请人】国网江苏省电力公司宿迁供电公司, 国网江苏省电力公司, 国家电网公司, 东南大学