避雷器绝缘状态的监测方法、装置、设备及介质与流程

1.本发明涉及避雷器技术领域，具体涉及一种避雷器绝缘状态的监测方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.避雷器是一种用于保护电气设备免受雷击时高瞬态过电压危害，并限制续流时间、续流幅值的一种电器。避雷器的种类很多，其中500kv氧化锌避雷器(moa)，因其具过电压动作响应快，保护性能好，通流容量大，耐污秽性能好等特性，在电网系统中起到了至关重要的作用。但moa在长期运行过程中，绝缘性能可能会因为受潮和老化的原因逐渐下降，如果发现不能及时发现，可能会引起500kv线路断电的大型故障，并需要投入大量的人力物力处理故障。氧化锌避雷器的绝缘性能下降有两大原因，一是氧化锌阀片老化，使其非线性特性变差，其主要表现是在系统正常运行电压下阻性电流高次谐波分量显著增大，而阻性电流的基波分量相对增加较小。二是受潮，其主要表现是在正常运行电压下阻性电流基波分量显著增大，而阻性电流高次谐波分量增加相对较小。
3.传统的对避雷器绝缘性的检修技术是通过定期对避雷器进行停电停设备进行检修，上述方法存在着工作周期长、试验设备体积大、重量重、接线复杂、操作不便、测试精度低、抗干扰能力差等缺点。
4.现有的对避雷器绝缘性的在线监测方法多是测量避雷器的泄漏电流中的阻性电流，仅通过阻性电流这一因素进行绝缘性的判断，具有判断结果不准确，不全面。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中绝缘性判断结果不全面且不精确的缺陷，提供一种避雷器绝缘状态的监测方法、装置、设备及介质。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.第一方面，本发明提供了一种避雷器绝缘状态的监测方法，所述监测方法包括：
8.采集待测避雷器的电压和泄漏电流；
9.获取所述电压和所述泄漏电流之间的相位角；
10.根据所述相位角和所述泄漏电流的全电流计算阻性电流的峰值；
11.根据所述全电流和所述阻性电流的峰值监测所述待测避雷器的绝缘状态。
12.较佳地，所述采集待测避雷器的电压和泄漏电流包括：
13.通过电压互感器从所述待测避雷器对应的母线采集电压信号；
14.通过电流互感器采集所述待测避雷器的泄漏电流信号，并对采集到的所述泄漏电流信号进行放大处理；
15.将所述电压信号和放大处理后的所述泄漏电流信号进行模数转换，以得到所述电压和所述泄漏电流。
16.较佳地，根据以下公式计算所述阻性电流的峰值：
17.i rp
＝1.414i x
cosθ，
18.式中，i rp
表示所述阻性电流的峰值，i x
表示所述全电流以及θ表示所述相位角。
19.较佳地，所述根据所述全电流和所述阻性电流的峰值监测所述待测避雷器的绝缘状态包括：
20.判断所述全电流是否超过第一预设阈值且所述阻性电流的峰值是否超过第二预设阈值；
21.若是，则确定所述待测避雷器的绝缘状态为不良；
22.若否，则确定所述待测避雷器的绝缘状态为良好。
23.较佳地，所述第一预设阈值根据所述待测避雷器首次运行的时全电流确定，所述第二预设阈值根据所述待测避雷器首次运行时的阻性电流的峰值确定。
24.较佳地，在确定所述待测避雷器的绝缘状态为不良的情况下，所述监测方法还包括：
25.若所述待测避雷器的阻性电流中的基波分量呈增大趋势，则确定所述待测避雷器的绝缘电阻下降。
26.较佳地，在确定所述待测避雷器的绝缘状态为不良的情况下，所述监测方法还包括：
27.若所述待测避雷器的阻性电流中的谐波分量呈增大趋势，则确定所述待测避雷器的绝缘状态为老化。
28.第二方面，本发明提供了一种避雷器绝缘状态的监测装置，所述监测装置包括：
29.采集模块，用于采集待测避雷器的电压和泄漏电流；
30.获取模块，用于获取所述电压和所述泄漏电流之间的相位角；
31.计算模块，用于根据所述相位角和所述泄漏电流的全电流计算阻性电流的峰值；
32.监测模块，用于根据所述全电流和所述阻性电流的峰值监测所述待测避雷器的绝缘状态。
33.第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并用于在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明的避雷器绝缘状态的监测方法。
34.第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明的避雷器绝缘状态的监测方法。
35.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
36.本发明的积极进步效果在于：本发明通过对避雷器的泄漏电流的全电流和阻性电流的峰值进行监测，初步判断避雷器的绝缘状态；进一步地，若判断结果为不良，则通过判断阻性电流中的基波分量及各次谐波分量的变化趋势，确定避雷器的绝缘状态，实现了对避雷器绝缘状态的综合判断，提高了避雷器绝缘状态的判断结果的精确性，以便及时发现避雷器是否存在内部故障及其老化情况，防止因避雷器未及时检修和消缺导致事故发生。
附图说明
37.图1为本实施例1提供的避雷器绝缘状态的监测方法的流程示意图。
38.图2为本实施例1提供的滤波放大电路示意图。
39.图3为本实施例1提供的氧化锌避雷器的电阻阀片的等效电路示意图。
40.图4为本实施例1提供的各电流基本量的向量示意图。
41.图5为本实施例2提供的避雷器绝缘状态的监测装置的结构示意图。
42.图6为本实施例3提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
43.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
44.实施例1
45.本实施例提供一种避雷器绝缘状态的监测方法，如图1所示，所述监测方法包括：
46.步骤s1、采集待测避雷器的电压和泄漏电流。
47.其中，所述待测避雷器可以为氧化锌避雷器(moa)，还可以为其它类型的避雷器。
48.在具体实施中，可以通过电压互感器从所述待测避雷器对应的母线采集电压信号。
49.作为可选的一种实施例，采用二次电压相位比较法采集待测避雷器的电压信号，二次电压相位比较法是二次测量电压信号，通过比较两次电压信号的相位，获取较准确的电压信号，使得对待测避雷器采集的电压更准确；具体地，利用电压互感器从待测避雷器对应的母线二次采集电压信号，通过比较二次电压的相位，得到较准确的电压信号。
50.作为可选的一种实施例，待测避雷器的泄漏电流量级比较微小，一般为微安级的，测量不方便且测量结果可能不准确；因此该监测方法采用程控放大和数字滤波技术进行微小电流采样，以保证测试的准确性。具体地，可以通过电流互感器采集所述待测避雷器的泄漏电流信号，并对采集到的所述泄漏电流信号进行放大处理。其中，可以利用如图2所示的滤波放大电路对采集的待测避雷器的泄漏电流信号进行放大处理。
51.作为可选的一种实施例，采集的待测避雷器的电压信号和泄漏电流信号均为模拟信号，不便于后续的对电压和泄漏电流进行分析，因此需要利用模数转换器将采集得到的电压和泄漏电流信号转换为数字信号，即电压和泄漏电流。本实施例中，将所述电压信号和放大处理后的所述泄漏电流信号进行模数转换，以得到所述电压和所述泄漏电流。
52.s2、获取所述电压和所述泄漏电流之间的相位角。
53.在本实施例中，可以利用检测仪器采样得到全电流i x
，再将采样得到的电压与全电流i x
经过采样仪器进行比较得到的相位差，即电压和泄漏电流之间的相位角。
54.s3、根据所述相位角和所述泄漏电流的全电流计算阻性电流的峰值。
55.在本实施例中，可以根据以下公式计算所述阻性电流的峰值：
56.i rp
＝1.414i x
cosθ，(公式1)
57.公式1中，i rp
表示阻性电流的峰值，i x
表示全电流以及θ表示相位角。
58.s4、根据所述全电流和所述阻性电流的峰值监测所述待测避雷器的绝缘状态。
59.在本实施例中，根据电力预防性试验规程规定，全电流是moa必需检测的电气基本参数。全电流是个非正弦量，应以峰值来表示。测量全电流能够发现moa的显著劣化，但对其早期的老化或受潮反应不灵敏。这是因为在全电流峰值中阻性电流所占成分很小，对阻性
电流的变化反映不灵敏，就是有反应也容易被测量的分散性所掩盖，导致无法正确判别。全电流价值主要体现在氧化锌避雷器有较大故障或老化较严重时有明显增大，是一个不可缺少的电气参考量。
60.在本实施例中，氧化锌避雷器电阻片长期承受工频电压而逐渐老化，使其非线性特性变差，其体现就是系统运行电压下的阻性电流增大。由基波和各次谐波电流组成的阻性电流为非正弦波，故阻性电流用峰值来表示。在系统持续运行电压下，正常的阻性电流的峰值约100～200μa，氧化锌避雷器发生受潮、元件损坏、表面污秽和阀片老化等故障时阻性电流的峰值很容易超过该数量级，故阻性电流的峰值综合反映氧化锌避雷器性能的变化比较灵敏；因此阻性电流的峰值是对氧化锌避雷器性能的好坏的作初步判断的一个重要参数。但它只是一个综合量的反映且易受电源谐波的影响，而且很容易受到表面泄漏电流及耦合泄漏电流的影响，污秽可能使全电流及其阻性电流分量增大很多。
61.作为可选的一种实施例，根据所述全电流和所述阻性电流的峰值监测所述待测避雷器的绝缘状态包括：
62.判断所述全电流是否超过第一预设阈值且所述阻性电流的峰值是否超过第二预设阈值。
63.若是，则确定所述待测避雷器的绝缘状态为不良；若否，则确定所述待测避雷器的绝缘状态为良好。
64.作为可选的一种实施例，所述第一预设阈值根据所述待测避雷器首次运行时的全电流确定，所述第二预设阈值根据所述待测避雷器首次运行时阻性电流的峰值确定。
65.在本实施例中，正常运行的氧化锌避雷器的全电流一般在800μa～1500μa之间。但单看电流数是不能判断moa的好坏的，测试时要记录温度、湿度以及当时的系统电压，因为这些因素都会影响全电流值的大小。moa的全电流ix在线测试判断依据是以在设备投入运行时的首次测量数据为基础，与之后定期测量进行比较。如测得全电流值比初始值增加1倍时，应停电检查试验。
66.在本实施例中，在系统持续运行电压下，正常的阻性电流的峰值约100μa～200μa，预防性试验规程规定：当阻性电流增加到初始值的一倍时应停电检查。
67.作为可选的一种实施例，在确定所述待测避雷器的绝缘状态为不良的情况下，所述监测方法还包括：
68.若所述待测避雷器的阻性电流中的基波分量呈增大趋势，则确定所述待测避雷器的绝缘电阻下降。
69.若所述待测避雷器的阻性电流中的谐波分量呈增大趋势，则确定所述待测避雷器的绝缘状态为老化。
70.其中，氧化锌避雷器的绝缘性能下降有两大原因，一是氧化锌阀片老化，使其非线性特性变差，其主要表现是在系统正常运行电压下阻性电流高次谐波分量显著增大，而阻性电流的基波分量相对增加较小。二是受潮，其主要表现是在正常运行电压下阻性电流基波分量显著增大，而阻性电流高次谐波分量增加相对较小。因此对阻性电流各次谐波的测量可以较为准确地判别氧化锌避雷器性能下降的原因。在实际分析中，阻性电流三次以上的奇次谐波数值很小，因此阻性电流的基波和三次谐波是反映氧化锌避雷器电气特性的重要参数。
71.作为可选的一种实施例，因为氧化锌避雷器的各个基本电流量在判断其缺陷方面有一定的局限性，因此，判断moa性能的正确方法是准确测量各个基本电流量，综合判断moa性能的好坏与发展趋势。具体地，该监测方法采用采用傅里叶级数展开计算各个基本电流量。氧化锌避雷器的电阻阀片相当于一个电阻和电容组成的并联电路，其等效电路图如图3所示，向量关系图如图4所示，其中i x
、i r
、i c
分别为moa的全电流(持续泄漏电流)、阻性电流和容性电流。假设u x
，则u x
、i x
傅立叶级数的展开式可表示为：
[0072][0073][0074]
在公式2和3中，u0为电压的直流分量；i0为电流的直流分量；u
km
为电压的各次谐波幅值；i
km
为电流的各次谐波幅值；αk为电压的各次谐波相角；βk为电流的各次谐波相角；k＝1，2，3，4，
…
。
[0075]
i r
、i c
傅立叶级数的展开式可表示为：
[0076][0077][0078]
公式4和5中，i
rk
为阻性电流谐波幅值，i
ck
为容性电流谐波幅值。
[0079]
如图4所示的向量关系图可知：
[0080]
i x
＝i r
+i c
，
ꢀꢀ
(公式6)
[0081]
将公式3、公式4和公式5代入公式6，并根据三角函数转换计算可得i
rk
和i
ck
表达式如下：
[0082]irk
＝i
km
(cosα
k cosβk+sinαksinβk)， (公式7)
[0083]ick
＝i
km
(cosαk+sinβk+sinαk+cosβk)， (公式8)
[0084]
其中，当监测到氧化锌避雷器的全电流i x
和阻性电流的峰值i rp
有明显增加，说明氧化锌避雷器发生了劣化。则进一步比较阻性电流基波分量i
r1
和3次谐波分量i
r3
的变化趋势。若i
r1
增大、i
r3
无明显变化说明氧化锌避雷器受潮、污秽；若i
r3
增大、i
r1
无明显变化说明氧化锌避雷器阀片老化。
[0085]
本实施例公开了一种避雷器绝缘状态的监测方法，该监测方法通过对避雷器的泄漏电流的全电流和阻性电流的峰值进行监测，初步判断避雷器的绝缘状态；进一步地，若判断结果为不良，则通过判断阻性电流中的基波分量及各次谐波分量的变化趋势，确定避雷器的绝缘状态，实现了对避雷器绝缘状态的综合判断，提高了避雷器绝缘状态的判断结果的精确性，以便及时发现避雷器是否存在内部故障及其老化情况，防止因避雷器未及时检修和消缺导致事故发生。
[0086]
实施例2
[0087]
本实施例提供一种避雷器绝缘状态的监测装置，如图5所示，该监测装置包括采集模块11、获取模块12、计算模块13和监测模块14。
[0088]
采集模块11用于采集待测避雷器的电压和泄漏电流。
[0089]
其中，所述待测避雷器可以为氧化锌避雷器(moa)，还可以为其它类型的避雷器。在具体实施例中，采集模块11可以通过电压互感器从所述待测避雷器对应的母线采集电压
信号。
[0090]
作为可选一种实施例，采集模块11采用二次电压相位比较法采集待测避雷器的电压信号，二次电压相位比较法是二次测量电压信号，通过比较两次电压信号的相位，获取较准确的电压信号，使得对待测避雷器采集的电压更准确；具体地，利用电压互感器从待测避雷器对应的母线二次采集电压信号，通过比较二次电压的相位，得到较准确的电压信号。
[0091]
作为可选的一种实施例，待测避雷器的泄漏电流量级比较微小，一般为微安级的，测量不方便且测量结果可能不准确；因此采集模块11可以通过电流互感器采集所述待测避雷器的泄漏电流信号，并对采集到的所述泄漏电流信号进行放大处理；其中，可以利用电流互感器、如图2所示的滤波放大电路对采集的待测避雷器的泄漏电流信号进行放大处理。作为可选的一种实施例，采集的待测避雷器的电压信号和泄漏电流信号均为模拟信号，不便于后续的对电压和泄漏电流进行分析，因此采集模块11需要利用模数转换器将采集得到的电压和泄漏电流信号转换为数字信号，即电压和泄漏电流。本实施例中，将所述电压信号和放大处理后的所述泄漏电流信号进行模数转换以得到所述电压和所述泄漏电流。
[0092]
获取模块12用于获取所述电压和所述泄漏电流之间的相位角。
[0093]
在本实施例中，获取模块12可以通过检测仪器采样得到全电流i x
，再将采样得到的电压与全电流i x
经过采样仪器进行比较得到的相位差，即电压和泄漏电流之间的相位角。
[0094]
计算模块13用于根据所述相位角和所述泄漏电流的全电流计算阻性电流的峰值。
[0095]
在本实施例中，计算模块13可以根据以下公式计算所述阻性电流的峰值：
[0096]
i rp
＝1.414i x
cosθ，(公式1)
[0097]
公式1中，i rp
表示阻性电流的峰值，i x
表示全电流以及θ表示相位角。
[0098]
监测模块14用于根据所述全电流和所述阻性电流的峰值监测所述待测避雷器的绝缘状态。
[0099]
在本实施例中，监测模块14根据所述全电流和所述阻性电流的峰值监测所述待测避雷器的绝缘状态包括：
[0100]
判断所述全电流是否超过第一预设阈值且所述阻性电流的峰值是否超过第二预设阈值。
[0101]
若是，则确定所述待测避雷器的绝缘状态为不良；若否，则确定所述待测避雷器的绝缘状态为良好。
[0102]
作为可选的一种实施例，所述第一预设阈值根据所述待测避雷器首次运行时的全电流确定，所述第二预设阈值根据所述待测避雷器首次运行时阻性电流的峰值确定。具体地，在系统持续运行电压下，正常运行的氧化锌避雷器的全电流一般在800μa～1500μa之间，如测得全电流值比初始值增加1倍时，应停电检查试验；正常的阻性电流的峰值约100μa～200μa，当阻性电流增加到初始值的一倍时应停电检查。
[0103]
作为可选的一种实施例，监测模块14在确定所述待测避雷器的绝缘状态为不良的情况下，监测模块14还包括：
[0104]
若所述待测避雷器的阻性电流中的基波分量呈增大趋势，则确定所述待测避雷器的绝缘电阻下降。
[0105]
若所述待测避雷器的阻性电流中的谐波分量呈增大趋势，则确定所述待测避雷器
的绝缘状态为老化。其中，氧化锌避雷器的绝缘性能下降有两大原因，一是氧化锌阀片老化，使其非线性特性变差，其主要表现是在系统正常运行电压下阻性电流高次谐波分量显著增大，而阻性电流的基波分量相对增加较小。二是受潮，其主要表现是在正常运行电压下阻性电流基波分量显著增大，而阻性电流高次谐波分量增加相对较小。因此对阻性电流各次谐波的测量可以较为准确地判别氧化锌避雷器性能下降的原因。在实际分析中，阻性电流三次以上的奇次谐波数值很小，因此阻性电流的基波和三次谐波是反映氧化锌避雷器电气特性的重要参数。
[0106]
作为可选的一种实施例，因为氧化锌避雷器的各个基本电流量在判断其缺陷方面有一定的局限性，因此，判断moa性能的正确方法是准确测量各个基本电流量，综合判断moa性能的好坏与发展趋势。具体地，该监测方法采用采用傅里叶级数展开计算各个基本电流量。氧化锌避雷器的电阻阀片相当于一个电阻和电容组成的并联电路，其等效电路图如图3所示，向量关系图如图4所示，其中i x
、i r
、i c
分别为moa的全电流(持续泄漏电流)、阻性电流和容性电流。假设u x
，则u x
、i x
傅立叶级数的展开式可表示为：
[0107][0108][0109]
在公式2和3中，u0为电压的直流分量；i0为电流的直流分量；u
km
为电压的各次谐波幅值；i
km
为电流的各次谐波幅值；αk为电压的各次谐波相角；βk为电流的各次谐波相角；k＝1，2，3，4，
…
。
[0110]
i r
、i c
傅立叶级数的展开式可表示为：
[0111][0112][0113]
公式4和5中，i
rk
为阻性电流谐波幅值，i
ck
为容性电流谐波幅值。
[0114]
如图4所示的向量关系图可知：
[0115]
i x
＝i r
+i c
，
ꢀꢀ
(公式6)
[0116]
将公式3、公式4和公式5代入公式6，并根据三角函数转换计算可得i
rk
和i
ck
表达式如下：
[0117][0118][0119]
其中，当监测模块14监测到氧化锌避雷器的全电流i x
和阻性电流的峰值i rp
有明显增加，说明氧化锌避雷器发生了劣化。则进一步比较阻性电流基波分量i
r1
和3次谐波分量i
r3
的变化趋势。若i
r1
增大、i
r3
无明显变化说明氧化锌避雷器受潮、污秽；若i
r3
增大、i
r1
无明显变化说明氧化锌避雷器阀片老化。
[0120]
本实施例公开了一种避雷器绝缘状态的监测装置，该监测装置是基于实施例1提供的避雷器绝缘状态的监测方法实现的，便于及时发现避雷器是否存在内部故障及老化情况，防止因避雷器未及时检修和消缺导致事故发生。
[0121]
实施例3
[0122]
本实施例提供一种电子设备，该电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并用于在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述程序时实现上述实施例1的避雷器绝缘状态的监测方法。
[0123]
如图6所示的电子设备30仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0124]
电子设备30可以以通用计算设备的形式表现，例如其可以为服务器设备。电子设备30的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器31、上述至少一个存储器32、连接不同系统组件(包括存储器32和处理器31)的总线33。
[0125]
总线33包括数据总线、地址总线和控制总线。
[0126]
存储器32可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(ram)321和高速缓存存储器322，还可以进一步包括只读存储器(rom)323。
[0127]
存储器32还可以包括具有一组(至少一个)程序模块324的程序工具325，这样的程序模块324包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
[0128]
处理器31通过运行存储在存储器32中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本发明实施例1的避雷器绝缘状态的监测方法。
[0129]
电子设备30也可以与一个或多个外部设备34通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口35进行。并且，模型生成的设备30还可以通过网络适配器36与一个或者多个网络通信。如图6所示，网络适配器36通过总线33与模型生成的设备30的其它模块通信。应当明白，尽管图6未标示，可以结合模型生成的设备30使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、raid(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
[0130]
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
[0131]
实施例4
[0132]
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例1的避雷器绝缘状态的监测方法。
[0133]
其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
[0134]
在可选的一种实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行实现上述实施例1的避雷器绝缘状态的监测方法。
[0135]
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。