一种直流氧化锌避雷器阀片受潮程度的检测装置的制作方法

本实用新型涉及变电站直流氧化锌避雷器检测技术领域，尤其涉及一种直流氧化锌避雷器阀片受潮程度的检测装置。

背景技术：

直流氧化锌避雷器是直流换流站的关键过电压保护设备，其运行好坏直接关乎整个系统的稳定性、可靠性。长期运行情况表明，受到自身材料特性、烧制工艺以及周围空气环境影响，直流氧化锌避雷器的阀片会发生受潮现象，受潮程度会随着工作时间增加而不断加剧，使阀片的温度不断升高，严重时甚至会导致爆炸事故。因此，有必要在准确测量直流氧化锌避雷器泄漏电流的基础上，对阀片的受潮程度进行有效、可靠的判断。

电力系统不断向高电压、远距离、大容量方向发展，在提高经济性的同时，安全可靠的问题也突出起来。作为直流输电系统及变电站的重要过电压保护设备，直流氧化锌避雷器的可靠性越来越受到人们的重视。现阶段，对直流氧化锌避雷器的监测主要是基于整体泄漏电流的变化，不能准确判断阀片的受潮故障程度，无法及时对避雷器进行更换与维护。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供一种直流氧化锌避雷器阀片受潮程度的检测装置，实现对直流氧化锌避雷器阀片的受潮程度进行低成本、安全性高和简易化检测。

一种直流氧化锌避雷器阀片受潮程度的检测装置，包括电源模块、光纤电流传感器、数据采集模块、中央处理器和受潮程度预警模块；所述电源模块与光纤电流传感器、数据采集模块和中央处理器均相连，为这些组件提供直流电源；光纤电流传感器的多个探头分别安装在直流氧化锌避雷器内部的各个阀片柱上，光纤电流传感器的输出端与数据采集模块的输入端连接，数据采集模块的输出端与中央处理器的输入端连接，中央处理器的输出端与受潮程度预警模块的输入端连接，受潮程度预警模块使用上位机。

进一步地，所述数据采集模块使用A/D转换器。

进一步地，所述中央处理器使用51单片机。

由上述技术方案可知，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的一种直流氧化锌避雷器阀片受潮程度的检测装置，使用光纤电流传感器直接测量直流氧化锌避雷器正常工作下的泄漏电值作为输入量，并利用数据采集模块、中央处理器和受潮程度预警模块实现阀片受潮程度的检测，减小了直流氧化锌避雷器的故障率，提高了变电站的安全性能，具有输入量提取简单、精确度高和检测效果明显的特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种直流氧化锌避雷器阀片受潮程度的检测装置的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的特高压等级系列的直流金属氧化物避雷器的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的数据采集模块与中央处理器的连接电路结构图；

图4为本实用新型实施例提供的直流氧化锌避雷器的阀片在不同受潮程度下的泄漏电流值曲线图；

图5为本实用新型实施例提供的直流氧化锌避雷器的阀片不同受潮程度的判断依据曲线图。

图中：1、防晕环；2、直流氧化锌避雷器主体；3、底座；4、接地金属板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

一种直流氧化锌避雷器阀片受潮程度的检测装置，如图1所示，包括电源模块、光纤电流传感器、数据采集模块、中央处理器和受潮程度预警模块；所述电源模块与光纤电流传感器、数据采集模块和中央处理器均相连，为这些组件提供直流电源；光纤电流传感器的多个探头分别安装在直流氧化锌避雷器内部的各个阀片柱上，光纤电流传感器的输出端与数据采集模块的输入端连接，数据采集模块的输出端连接中央处理器的输入端，中央处理器的输出端与受潮程度预警模块的输入端连接；中央处理器将处理结果输出到受潮程度预警模块，受潮程度预警模块根据处理结果对直流氧化锌避雷器的阀片受潮程度进行判断。

本实施例中，避雷器使用特高压等级系列的直流金属氧化物避雷器，如图2所示，该避雷器包括防晕环1，5节完全相同且串联的避雷器节构成的直流氧化锌避雷器主体2，底座3和接地金属板4；光纤电流传感器使用无线型光纤电流传感器，将光纤电流传感器的各探头分别加装在每一节避雷器内部的氧化锌阀片柱上；数据采集模块使用型号为TLC2543的12位串行A/D转换器，中央处理器使用型号为STC89C51的51单片机，单片机采集的数据通过串口与受潮程度预警模块实现传输，受潮程度预警模块使用上位机。

本实施例中，直流氧化锌避雷器阀片受潮程度的检测装置中的数据采集模块TLC2543和中央处理器使用的STC89C51单片机的连接方式如图3所示，未受潮的直流氧化锌避雷器内部的5组光纤电流传感器的五个输出端分别连接到数据采集模块TLC2543的输入端AIN0～AIN4，受潮后的直流氧化锌避雷器内部的5组光纤电流传感器的五个输出端分别连接到数据采集模块TLC2543的输入端AIN5～AIN9。数据采集模块TLC2543的输出端EOC、CLK、DIN、DOUT和分别连接到中央处理器STC89C51单片机的P10、P11、P12、P13和P14引脚。单片机STC89C51的RXD和TXD分别与受潮程度预警模块连接，P00-P007引脚和P20-P23引脚分别与显示装置连接，P24-P27分别与调控装置连接，调控装置和显示装置用来调整和显示STC89C51单片机的处理结果。

采用直流氧化锌避雷器阀片受潮程度的检测装置进行直流氧化锌避雷器阀片受潮程度的检测，包括以下步骤：

步骤1、将光纤电流传感器的各探头分别装设在未出现受潮故障的直流氧化锌避雷器每一节内部的阀片柱上，光纤电流传感器利用光束偏转角和泄漏电流值的转换关系，得到正常工作下未受潮时直流氧化锌避雷器的泄漏电流值；

光束偏转角和泄漏电流值的转换公式，如下所示：

θ＝VBI

其中，θ为偏转角度，V为费尔德常数，I为泄漏电流，B为电磁感应强度，L为出射光强，L₀为入射光强；

数据采集模块对得到的泄漏电流值进行模数转换，并将模数转换结果输出到中央处理器中；

步骤2、再将光纤电流传感器的各探头分别装设在出现受潮故障的直流氧化锌避雷器每一节内部的阀片柱上，光纤电流传感器利用光束偏转角和泄漏电流值的转换关系，得到受潮时直流氧化锌避雷器的泄漏电流值，数据采集模块对得到的泄漏电流值进行模数转换，并将模数转换结果输出到中央处理器中；

本实施例中，以直流氧化锌避雷器中氧化锌阀片的电阻率代表其受潮程度，氧化锌阀片的电阻率越小，其受潮程度越严重。如图4所示，分别模拟了直流氧化锌避雷器未受潮时及不同受潮程度的工况，氧化锌阀片的电阻率分别为15MΩ·m、14.6MΩ·m、14.2MΩ·m、13.8MΩ·m、13.5MΩ·m和13.2MΩ·m，经数据采集模块的数模转换后得到5节避雷器的泄漏电流最大值，分别为69μA、70.3μA、72.1μA、74.1μA、76.3μA和78.5μA，并将这些避雷器的泄漏电流最大值输出到中央处理器中。

步骤3、根据采集的未受潮时和受潮时流过氧化锌阀片的泄漏电流值，在中央处理器中分别计算每一节直流氧化锌避雷器的泄漏电流变动率，将计算结果输出到受潮程度预警模块中；

直流氧化锌避雷器泄漏电流变动率计算公式如下所示：

本实施例中，根据采集的氧化锌阀片不同电阻率时的泄漏电流最大值及泄漏电流变动率计算公式，计算得到了不同受潮程度下的对应的泄漏电流变动率最大值，分别为1.85％、4.3％、6.88％、9.57％和12.1％，并将计算结果输出到受潮程度预警模块中。

步骤4、将氧化锌阀片等效为压敏电阻，将泄漏电流变动率超过阈值时的压敏电阻判定为失效的压敏电阻。在受潮程度预警模块中，根据计算得到的直流氧化锌避雷器的各泄漏电流变动率最大值，判断各氧化锌阀片的受潮程度，若泄漏电流变动率最大值大于或等于阈值，则氧化锌阀片的受潮程度达到预警程度，对故障进行预警。

本实施例中，将泄漏电流变动率的阈值设为10％，受潮程度预警模块根据不同受潮程度下直流氧化锌避雷器的泄漏电流变动率最大值，绘制受潮程度判断依据曲线图，如图5所示，横坐标为氧化锌阀片的电阻率，代表受潮程度，纵坐标为泄漏电流变动率。从图中可以看出，当氧化锌阀片的电阻率因受潮而减小到13.2MΩ·m时，泄漏电流变动率为12.1％，已超过泄漏电流变动率的阈值10％，此时氧化锌阀片失去了优异的非线性伏安特性，需要对直流氧化锌避雷器及时进行更换；同时，可以得到泄漏电流变动率为10％时的泄漏电流值为77μA，该电流值为泄漏电流的临界值。当直流氧化锌避雷器因受潮导致的泄漏电流增大到接近临界值时，受潮程度预警模块会开始报警，此时就要对避雷器进行维护和更换，减小了直流氧化锌避雷器的故障率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。