一种避雷器放电电流监测系统及方法
【专利摘要】本发明提供了一种避雷器放电电流监测系统及方法，系统包括空心线圈、无源积分器、集成电光调制器、光源、第一光纤、第二光纤、光探测器和采集装置。所述空心线圈和无源积分器对避雷器放电电流进行无源测量，集成电光调制器将所测得电信号转换为光信号，控制室端的光探测器和采集装置将接收光信号转换为电信号并进行记录。解决了避雷器端供电容易受地电位抬升造成的电路损坏问题。解决了信号传输易受干扰问题，同时实现了避雷器端与控制室的有效安全绝缘。
【专利说明】
一种避雷器放电电流监测系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及高压设备性能检测技术领域，具体涉及一种避雷器放电电流监测系统及方法。
【背景技术】
[0002]雷击跳闸是高压输电系统产生跳闸故障的主要原因。避雷器作为电力系统的重要设备，可以有效的保护电力设备。当被保护设备在正常工作电压下运行时，避雷器不会产生作用，对地面来说视为断路。一旦出现危及被保护设备的冲击电压时，避雷器立即动作，将高电压冲击电流导向大地，限制电压幅值，保护电气设备绝缘，从而有效限制雷电过电压对电力设备的危害，在电力系统中得到了广泛的应用。流过避雷器的放电电流通常达到几千安至几十千安，避雷器放电电流的准确测量，对线路避雷器运行状态精确评估具有重要的作用。
[0003]由于目前避雷器主要使用安装于线路避雷器底部的指针式表盘对流过避雷器的冲击放电电流进行计数，无法有效获取避雷器放电电流的幅值、波形、极性等关键信息。现有避雷器在线监测装置仅能够监测避雷器的泄漏电流，无法实现放电电流的测量。授权号为CN102998511B发明专利公开的“一种避雷器放电电流监测装置”，采用无线数据传输方式与终端进行数据传输，容易受到变电站内高频放电干扰信号的影响，同时其变电站内使用220V交流供能方式，变电站设备故障造成地电位抬升时，容易损坏监测装置电路。授权专利号为CN103197134B发明专利公开的“一种避雷器用在线数据采集装置”，同样采用无线数据传输方式和220V交流供能方式，面临电磁干扰和地电位抬升问题。
[0004]因此，有必要设计一种能够解决上述问题的避雷器放电电流监测系统及方法。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种避雷器放电电流监测系统，采用集成光学器件实现放电电流测量信号的传输，克服了无线信号传输容易受变电站内高频放电干扰信号的影响。同时本系统避雷器端为无源系统，克服了地电位抬升造成的电路容易损坏问题。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种避雷器放电电流监测系统，包括空心线圈I，无源积分器2，集成电光调制器3，光源4，第一光纤5，第二光纤6，光探测器7，米集装置8 ；
[0008]所述第一光纤5为保偏光纤；
[0009]所述空心线圈I套于避雷器接地引线外；
[0010]所述空心线圈I的输出的电压信号经无源积分器2后施加到集成电光调制器3的电光晶体上;光源4经第一光纤5连接集成电光调制器3的光输入端;集成电光调制器3的光输出端经第二光纤6连接光探测器7的输入端;光探测器7的输出端与采集装置8相连。
[0011]所述集成电光调制器3包括上电极9、下电极10、光波导通道11和铌酸锂晶体12;
[0012]集成电光调制器利用铌酸锂晶体12的线性电光效应，即铌酸锂晶体12内通过的光信号相位受施加在其表面电场的影响产生变化。为了实现系统的小型化，集成电光调制器3采用集成光波导技术制成。光波导通道11采用刻蚀工艺直接制作于铌酸锂晶体12表面，包括光输入端、两条相同长度的光波导中间通道和光输出端;两条光波导中间通道的两端均与光输入端和光输出端相连;输入集成电光调制器3的激光信号被等分为幅值相同的两路激光信号，两路激光信号通过两条光波导中间通道后进行干涉，输出单路光信号，光信号的强度与两条光波导中间通道中光的相位差成正比；
[0013]上电极9和下电极10由银等金属材料制成，为两片厚度为毫米级的T型金属片;两片T型金属片的头部在水平方向上平行粘于一条光波导中间通道的两边，在垂直方向上与该光波导中间通道错开一定距离;两片T型金属片的尾部分别连接无源积分器2的两根输出引线。
[0014]T型金属片垂直方向上与该光波导中间通道错开一定距离；(I)便于上电极9和下电极10连接无源积分器2的输出引线；(2)光波导通道相当于在晶体上挖了一道水渠，金属片放在晶体表面，两者垂直方向错开一定距离。
[0015]当无源积分器2输出电压信号时电极间产生的电场，电光效应使该条光波导中间通道中激光相位产生变化，两条光波导中间通道中两束激光的相位差使得干涉输出光强度发生变化，输出光强与输入电压呈正比关系，即与放电电流呈正比关系。
[0016]所述空心线圈I通过非接触式进行避雷器放电电流测量，并将避雷器放电电流信号转化为等比缩小的微分电压信号；
[0017]所述无源积分器2，无需单独提供电源，用于对空心线圈I输出的微分电压信号进行积分处理；
[0018]所述光源4用于输出持续激光信号；
[0019]所述第一光纤5用于将光源4输出的激光信号传输至集成电光调制器3内；
[0020]所述集成电光调制器3用于将无源积分器2输出的电信号转化为光信号；
[0021]所述第二光纤6用于将集成电光调制器3输出的光信号传输至光探测器7;
[0022]所述光探测器7用于将光信号转换为电信号，并对电信号进行幅值调整和阻抗匹配；
[0023]所述采集装置8用于采集和记录光探测器7输出电信号。
[0024]为了保证测量的一致性，避免导线缠绕式空心线圈由于缠绕质量不均带来的测量分散性，所述空心线圈I采用印制电路板制作而成的空心线圈。。
[0025]所述无源积分器2使用电阻和电容组成的无源RC积分器。
[0026]所述光源4为1550nm激光器。由于1550nm波长的光器件和芯片已经非常成熟，成本较低，因此采用1550nm激光器作为光源4。光源4安置于变电站监控室内，传输范围可高达数千米。
[0027]所述第一光纤5为保偏光纤。由于输入光的偏振态会影响集成电光调制器3的输出光强度，为了保证输入集成电光调制器3光信号偏振态的稳定，因此光源4与集成电光调制器3使用第一光纤5传输光信号，保偏光纤两端使用FC接头实现光親合。
[0028]所述第二光纤6为单模光纤，，单模光纤两端使用使用FC接头实现光耦合。
[0029]所述光探测器7包括PIN光电二极管、信号放大电路和阻抗匹配电路;PIN光电二极管将光信号转换为电信号，信号放大电路和阻抗匹配电路对电信号进行幅值调整和阻抗匹配。
[0030]所述采集装置8为变电站已配置的故障录波设备。由于变电站具有成熟的故障录波设备，可使用故障录波设备作为采集装置，当有避雷器放电电流时，故障录波装置进行波形、时标等记录工作。利用现有设备，可提高系统的可靠性，降低系统成本。
[0031]—种避雷器放电电流监测方法，采用上述的避雷器放电电流监测系统，方法为:
[0032]所述光源4用来输出持续激光信号;并通过第一光纤传输至集成电光调制器3内；
[0033]空心线圈I通过非接触式进行避雷器放电电流测量，并将避雷器放电电流信号转化为等比缩小的微分电压信号；
[0034]无源积分器2，对空心线圈I输出的微分电压信号进行积分处理；
[0035]集成电光调制器3将无源积分器2输出的电信号转化为光信号；并通过第二光纤6传输至光探测器7 ；
[0036]光探测器7将接收到的光信号转换为电信号，并进行幅值调整和阻抗匹配；
[0037]采集装置8采集和记录光探测器7输出电信号，得到避雷器放电电流。
[0038]有益效果:
[0039]I)避雷器端放电电流使用无源方法采集，解决了避雷器端供电容易受地电位抬升造成的电路损坏问题。
[0040]2)使用光纤进行信号传输，解决了信号传输易受干扰问题，同时实现了避雷器端与控制室的有效安全绝缘。
[0041]3)利用变电站现有故障录波装置进行数据采集存储，提高数据采集的可靠性，降低米集成本。
【附图说明】
[0042]图1为本发明系统示意图；
[0043]图2为本发明系统集成电光调制器示意图；
[0044]其中:I空心线圈，2为无源积分器，3为集成电光调制器，4为光源，5为第一光纤，6为第二光纤，7为光探测器，8为采集装置，9为上电极，10为下电极，11为光波导通道，12为铌酸锂晶体。
【具体实施方式】
[0045]下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0046]如图1和图2所示，本发明公开了一种避雷器放电电流监测系统，包括空心线圈I，无源积分器2，集成电光调制器3，光源4，第一光纤5，第二光纤6，光探测器7，采集装置8，上电极9，下电极10，光波导通道11，铌酸锂晶体12。
[0047]所述空心线圈I通过非接触式进行电流测量，套于接地引线外。为了保证空心线圈I测量的一致性，采用印制电路板制作而成，避免了导线缠绕式空心线圈由于缠绕质量不均带来的测量分散性。空心线圈I将避雷器放电电流信号转化为等比缩小的微分电压信号。
[0048]所述无源积分器2使用电阻和电容组成，无需单独提供电源，用来对空心线圈I输出的微分电压信号进行积分处理。
[0049]所述集成电光调制器3用来将无源积分器2输出的光信号转化为光信号，包含上电极9、下电极10、光波导通道11和铌酸锂晶体12。其利用铌酸锂晶体12的线性电光效应，即铌酸锂晶体12内通过的光信号相位受施加在其表面电场的影响产生变化。为了实现系统的小型化，集成电光调制器3采用集成光波导技术制成。光波导通道11采用刻蚀工艺直接制作于铌酸锂晶体12表面，输入集成电光调制器3的光信号被等分为幅值相同的两路光信号，两路光信号通过相同长度的光波导后进行干涉，输出单路光信号，光信号的强度与光波导的相位差成正比。上电极9和下电极10由银等金属材料制成，为两片厚度为毫米级的T型的金属片，T型一边在水平方向上平行粘于一条光波导通道的两边，垂直方向上与光波导通道错开一点距离，便于上电极9和下电极10连接无源积分器2的输出引线。当无源积分器2输出电压信号时电极间产生的电场，电光效应使该条光波导通道11中光相位产生变化，两束光的相位差使得干涉输出光强度发生变化，输出光强与输入电压呈正比关系，即与放电电流呈正比关系。
[0050]所述光源4用来输出持续激光信号。由于1550nm波长的光器件和芯片已经非常成熟，成本较低，因此采用1550nm激光器作为光源4。光源4安置于变电站监控室内，传输范围可高达数千米。
[0051]所述第一光纤5用来将光源4输出激光信号传输至集成电光调制器3内，由于输入光的偏振态会影响集成电光调制器3的输出光强度，为了保证输入集成电光调制器3光信号偏振态的稳定，因此光源4与集成电光调制器3使用保偏光纤传输光信号，保偏光纤两端使用FC接头实现光f禹合。
[0052]所述第二光纤6采用单模光纤，用来输出集成电光调制器3的光信号，使用FC接头实现光親合。
[0053]所述光探测器7使用PIN光电二极管将光信号转换为电信号，同时使用信号放大电路，阻抗匹配电路对电信号进行幅值调整和阻抗匹配。
[0054]所述采集装置8用来采集和记录光探测器7输出电信号，由于变电站具有成熟的故障录波设备，可使用故障录波作为采集装置，当有避雷器放电电流时，故障录波装置进行波形、时标等记录工作。利用现有设备，提高数据采集的可靠性，降低采集成本。
[0055]本发明的避雷器放电电流监测系统，利用无源传感和集成光波导实现避雷器放电电流的测量和传输，解决了避雷器端供电容易受地电位抬升造成的电路损坏问题，解决了信号传输易受干扰问题，同时实现了避雷器端与控制室的有效安全绝缘。同时利用变电站现有故障录波装置进行数据采集存储，提高数据采集的可靠性，降低采集成本。
[0056]以上内容是本发明【具体实施方式】的进一步详细说明，不能认定本发明的【具体实施方式】仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
【主权项】
1.一种避雷器放电电流监测系统，其特征在于:包括空心线圈(I)，无源积分器(2)，集成电光调制器(3)，光源(4)，第一光纤(5)，第二光纤(6)，光探测器(7)，采集装置(8); 所述第一光纤(5)为保偏光纤； 所述空心线圈(I)套于避雷器接地引线外； 所述空心线圈(I)的输出的电压信号经无源积分器(2)后施加到集成电光调制器(3)的电光晶体上;光源(4)经第一光纤(5)连接集成电光调制器(3)的光输入端;集成电光调制器(3)的光输出端经第二光纤(6)连接光探测器(7)的输入端;光探测器(7)的输出端与采集装置(8)相连。2.根据权利要求1所述的避雷器放电电流监测系统，其特征在于:所述集成电光调制器(3)包括上电极(9)、下电极(10)、光波导通道(11)和铌酸锂晶体(12); 光波导通道(11)刻蚀于铌酸锂晶体(12)表面，包括光输入端、两条相同长度的光波导中间通道和光输出端;两条光波导中间通道的两端均与光输入端和光输出端相连； 上电极(9)和下电极(10)为两片厚度为毫米级的T型金属片;两片T型金属片的头部在水平方向上平行粘于一条光波导中间通道的两边，在垂直方向上与该光波导中间通道错开一定距离;上电极(9)和下电极(10)的尾部分别连接无源积分器(2)的两根输出引线。3.根据权利要求1所述的避雷器放电电流监测系统，其特征在于:所述空心线圈(I)采用印制电路板制作而成的空心线圈。4.根据权利要求1所述的避雷器放电电流监测系统，其特征在于:所述无源积分器(2)使用电阻和电容组成的无源RC积分器。5.根据权利要求1所述的避雷器放电电流监测系统，其特征在于:所述光源(4)为1550nm激光器。6.根据权利要求1所述的避雷器放电电流监测系统，其特征在于:所述保偏光纤两端设有FC接口，使用FC接头实现光耦合。7.根据权利要求1所述的避雷器放电电流监测系统，其特征在于:所述第二光纤(6)为单模光纤，单模光纤两端设有FC接口，使用使用FC接头实现光耦合。8.根据权利要求1所述的避雷器放电电流监测系统，其特征在于:所述光探测器(7)包括PIN光电二极管、信号放大电路和阻抗匹配电路;PIN光电二极管将光信号转换为电信号，信号放大电路和阻抗匹配电路对电信号进行幅值调整和阻抗匹配。9.根据权利要求1所述的避雷器放电电流监测系统，其特征在于:所述采集装置(8)为变电站已配置的故障录波设备。10.—种避雷器放电电流监测方法，其特征在于:采用权利要求1?9中任一项所述的避雷器放电电流监测系统，方法为: 所述光源(4)用来输出持续激光信号;并通过第一光纤传输至集成电光调制器(3)内； 空心线圈(I)通过非接触式进行避雷器放电电流测量，并将避雷器放电电流信号转化为等比缩小的微分电压信号； 无源积分器(2)，对空心线圈(I)输出的微分电压信号进行积分处理； 集成电光调制器(3)将无源积分器(2)输出的电信号转化为光信号；并通过第二光纤(6)传输至光探测器(7); 光探测器(7)将接收到的光信号转换为电信号，并进行幅值调整和阻抗匹配；采集装置(8)采集和记录光探测器(7)输出电信号，得到避雷器放电电流。
【文档编号】G01R19/00GK106066421SQ201610663992
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年8月12日
【发明人】岳石, 岳一石, 黄福勇, 周卫华, 王成, 王峰, 龚政雄, 王海跃, 彭波
【申请人】国家电网公司, 国网湖南省电力公司, 国网湖南省电力公司电力科学研究院