專利名稱:基于線路避雷器的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了基于線路避雷器的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警裝置，包括：用于測(cè)量泄流電流的數(shù)據(jù)采集模塊，與數(shù)據(jù)采集模塊相連并用于獲取泄流電流的幅值、方向和頻譜信息的信號(hào)處理模塊，根據(jù)泄流電流的幅值、方向和頻譜信息判斷引發(fā)線路避雷器動(dòng)作的原因，并識(shí)別和存儲(chǔ)雷電極性、雷擊類型、線路避雷器動(dòng)作時(shí)間和次數(shù)的雷擊識(shí)別模塊，該雷擊識(shí)別模塊與所述信號(hào)處理模塊相連；還包括分別與所述數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)處理模塊、雷擊識(shí)別模塊相連并提供工作電源的供電模塊。能記錄線路避雷器的動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作原因和次數(shù)，可與具體的雷擊事件相對(duì)照以進(jìn)行雷擊事件分析，通過(guò)線路避雷器動(dòng)作時(shí)泄流電流波形參數(shù)，對(duì)線路避雷器動(dòng)作原因、雷擊類型進(jìn)行識(shí)別。
【專利說(shuō)明】基于線路避雷器的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及避雷【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及基于線路避雷器的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào) 警裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 相比其他防雷措施，在輸電線路安裝線路避雷器，特別是雷電活動(dòng)強(qiáng)烈或土壤電 阻率高、降低接地電阻困難的區(qū)段，可有效降低跳閘事故率，提高輸電線路桿塔的耐雷水 平。因此，線路避雷器的安裝使用，能取得較好的防雷效果，使電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性大大提高。
[0003] 線路避雷器廣泛采用帶外串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)，由于避雷器本體與導(dǎo)線之間用間隙隔 離，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)線路避雷器不承受線路工作電壓的作用。因此，避雷器電阻片不存在 老化問(wèn)題，即使避雷器本體發(fā)生故障，由于間隙的隔離作用，也不致造成短路而引起線路跳 閘。
[0004] 雖然現(xiàn)有線路避雷器運(yùn)行性能、防雷效果較好，但線路避雷器監(jiān)測(cè)技術(shù)及其在線 路防雷工作發(fā)揮的作用仍有待完善，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
[0005] (1)線路避雷器僅具有動(dòng)作次數(shù)記錄功能，無(wú)法記錄動(dòng)作時(shí)間，無(wú)法將其與具體的 雷擊事件相對(duì)照，不能用于雷擊事件分析。
[0006] (2)線路避雷器不記錄泄放電流參數(shù)，無(wú)法得知?jiǎng)幼鲿r(shí)的電流大小、頻譜信息，無(wú) 法將其與雷電定位系統(tǒng)的落雷信息比較分析，同時(shí)無(wú)法判斷動(dòng)作原因，防雷效果評(píng)價(jià)時(shí)容 易出現(xiàn)偏差。
[0007] (3)避雷器動(dòng)作時(shí)往往是雷雨天氣且附近線路發(fā)生雷擊故障，動(dòng)作信息無(wú)法及時(shí) 傳遞至相關(guān)運(yùn)行人員，不利于迅速開(kāi)展線路特巡任務(wù)，雷擊隱患排查工作時(shí)效性難以保證。
[0008] (4)雷擊故障點(diǎn)查找工作較為復(fù)雜，現(xiàn)有避雷器對(duì)雷擊類型不做判斷，無(wú)法對(duì)附近 區(qū)域桿塔的防雷性能弱點(diǎn)進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)，不利于開(kāi)展線路相關(guān)區(qū)段雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
[0009] 基于上述情況，有必要以現(xiàn)有線路避雷器為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)出一種能記錄泄流電流波 形參數(shù)、判斷雷擊故障類型并能及時(shí)向運(yùn)維人員發(fā)送提示信息的雷擊故障診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警 裝置，但目前還沒(méi)有這樣的裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本實(shí)用新型的目的在于提出一種基于線路避雷器的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警裝置，以 根據(jù)測(cè)量動(dòng)作電流特征，對(duì)線路避雷器動(dòng)作原因、雷擊類型進(jìn)行識(shí)別，并向運(yùn)行人員發(fā)送提 示信息。
[0011] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0012] 基于線路避雷器的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警裝置，設(shè)置在安裝線路避雷器的桿塔上， 包括：用于測(cè)量引發(fā)線路避雷器動(dòng)作的泄流電流的數(shù)據(jù)采集模塊，與數(shù)據(jù)采集模塊相連并 將所述泄流電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以獲取泄流電流的幅值、方向和頻譜信息的信號(hào)處理模塊， 根據(jù)所述泄流電流的幅值、方向和頻譜信息判斷引發(fā)線路避雷器動(dòng)作的原因，并在雷擊引 發(fā)線路避雷器動(dòng)作時(shí)識(shí)別并存儲(chǔ)雷電極性、雷擊類型、線路避雷器動(dòng)作時(shí)間和次數(shù)的雷擊 識(shí)別模塊，該雷擊識(shí)別模塊與所述信號(hào)處理模塊相連；還包括分別與所述數(shù)據(jù)采集模塊、信 號(hào)處理模塊、雷擊識(shí)別模塊相連并提供工作電源的供電模塊。
[0013] 所述數(shù)據(jù)采集模塊包括分別設(shè)置在塔身和線路避雷器保護(hù)閥上的穿心式電流互 感器，所述穿心式電流互感器的輸出端設(shè)有用于輸出等比例電壓波形信號(hào)的預(yù)處理電路， 該預(yù)處理電路由依次電連接的整形、限幅和濾波電路組成。
[0014] 所述信號(hào)處理模塊包括用于根據(jù)所述等比例電壓波形信號(hào)的波形計(jì)算電流頻率 分量分布的頻譜計(jì)算單元，以及用于識(shí)別所述等比例電壓波形信號(hào)的幅值和方向的幅值方 向分析單元。
[0015] 所述雷擊識(shí)別模塊包括用于分析所述頻率分量并在雷擊引發(fā)線路避雷器動(dòng)作時(shí) 輸出高電平的動(dòng)作原因判斷單元，用于在接收到所述高電平時(shí)根據(jù)等比例電壓波形信號(hào)的 幅值和方向輸出雷電極性和雷擊類型的雷擊類型判斷單元，以及用于存儲(chǔ)所述雷電極性、 雷擊類型以及線路避雷器動(dòng)作時(shí)間和次數(shù)的雷擊動(dòng)作計(jì)數(shù)單元，所述動(dòng)作原因判斷單元、 雷擊類型判斷單元、雷擊動(dòng)作計(jì)數(shù)單元依次電連接。
[0016] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，能記錄線路避雷器的動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作原因 和次數(shù)，從而可與具體的雷擊事件相對(duì)照，用于雷擊事件分析，并通過(guò)線路避雷器動(dòng)作時(shí)泄 流電流波形參數(shù)，對(duì)線路避雷器動(dòng)作原因、雷擊類型進(jìn)行識(shí)別，從而可以及時(shí)向運(yùn)維人員發(fā) 送實(shí)時(shí)的提示信息，以便迅速開(kāi)展路線特巡、排查隱患或檢修。

【附圖說(shuō)明】

[0017] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018] 圖2是數(shù)據(jù)采集模塊和信號(hào)處理模塊的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019] 圖3是信號(hào)處理模塊中頻率分量計(jì)算判據(jù)原理示意圖；
[0020] 圖4是雷電繞擊的電流分布仿真圖；
[0021] 圖5是雷電反擊的電流分布仿真圖；
[0022] 圖6是操作過(guò)電壓下線路避雷器動(dòng)作電流的仿真圖；
[0023] 圖7是雷擊類型判斷單元邏輯電路圖；
[0024] 圖8是數(shù)據(jù)采集模塊、信息處理模塊、雷擊識(shí)別模塊的信號(hào)流向圖；
[0025] 圖9是供電模塊的結(jié)構(gòu)框圖；
[0026] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：1、供電模塊；2、數(shù)據(jù)采集模塊；3、信號(hào)處理模塊；4、雷擊識(shí)別模 塊；5、信息發(fā)送模塊；6、線路避雷器；7、塔身；8、穿心式電流互感器。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具 體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0028] 實(shí)施例
[0029] 如圖所示，基于線路避雷器的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警裝置，設(shè)置在安裝線路避雷器 6的桿塔上，包括：用于測(cè)量引發(fā)線路避雷器動(dòng)作的泄流電流的數(shù)據(jù)采集模塊2,與數(shù)據(jù)采 集模塊2相連并將所述泄流電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以獲取泄流電流的幅值、方向和頻譜信息的 信號(hào)處理模塊3,根據(jù)所述泄流電流的幅值、方向和頻譜信息判斷引發(fā)線路避雷器動(dòng)作的原 因，并在雷擊引發(fā)線路避雷器動(dòng)作時(shí)識(shí)別并存儲(chǔ)雷電極性、雷擊類型、線路避雷器動(dòng)作時(shí)間 和次數(shù)的雷擊識(shí)別模塊4,該雷擊識(shí)別模塊4與所述信號(hào)處理模塊3相連；還包括分別與所 述數(shù)據(jù)采集模塊2、信號(hào)處理模塊3、雷擊識(shí)別模塊4相連并提供工作電源的供電模塊1。
[0030] 本實(shí)用新型的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警裝置設(shè)置在桿塔上，與線路避雷器6相連，通 過(guò)在線路避雷器6某些結(jié)構(gòu)處增加功能模塊，使其具有雷擊識(shí)別、報(bào)警功能。
[0031] 本實(shí)施例中，整個(gè)裝置組成框架由圖1所示。主要組成部分包括供電模塊1、數(shù)據(jù) 采集模塊2、信號(hào)處理模塊3、雷擊識(shí)別模塊4、信息發(fā)送模塊5。
[0032] 一、數(shù)據(jù)采集模塊
[0033] 數(shù)據(jù)采集模塊2包括分別設(shè)置在桿塔的塔身7和線路避雷器保護(hù)閥（ZnO保護(hù)閥） 的穿心式電流互感器8,兩個(gè)穿心式電流互感器8的輸出端設(shè)有整形、限幅、濾波電路，以及 信號(hào)的積分電路等，用于信號(hào)的預(yù)處理。
[0034] 以安裝于塔身7及避雷器保護(hù)閥的兩個(gè)穿心式電流傳感器為測(cè)量終端，因輸出電 壓與電流微分成正比，需將輸出電壓進(jìn)行積分運(yùn)算還原成與實(shí)際測(cè)量電流成正比的電壓信 號(hào)，同時(shí)附加整形、限幅、濾波等處理手段，輸出與動(dòng)作電流成比例的電壓波形信號(hào)，即得到 了可用于后續(xù)分析的等比例電壓波形信號(hào)波形，通過(guò)分析該電壓波形，從而得到動(dòng)作電流 的相關(guān)信息。
[0035] 二、信號(hào)處理模塊
[0036] 信號(hào)處理模塊3包括頻譜計(jì)算單元和幅值方向分析單元，頻譜計(jì)算單元用于根據(jù) 所述等比例電壓波形信號(hào)的波形計(jì)算電流頻率分量分布，幅值方向分析單元用于識(shí)別所述 等比例電壓波形信號(hào)的幅值和方向。
[0037] 信號(hào)處理模塊3的一個(gè)功能是獲得雷電流幅值、方向并將其數(shù)字化，該部分主要 采用峰值保持、電壓基準(zhǔn)電路和電壓比較器依次連接而成，即幅值方向分析單元，設(shè)置在數(shù) 據(jù)采集模塊2的積分電路之后。
[0038] 信號(hào)處理模塊3另一個(gè)功能是利用處理后的等比例電壓波形信號(hào)波形計(jì)算其頻 率分量分布，根據(jù)設(shè)定的判據(jù)201g (Amax/A) < 40,即以相對(duì)分量為最大分量的1 %為界，得 到電流主要頻率分量范圍f < fm，原理如圖3所示。該部分即頻譜計(jì)算單元，設(shè)置在積分電 路之后，由頻譜計(jì)算電路、頻率分量分析電路依次連接組成。
[0039] 三、雷擊識(shí)別模塊
[0040] 雷擊識(shí)別模塊4包括動(dòng)作原因判斷單元、雷擊類型判斷單元、雷擊動(dòng)作計(jì)數(shù)單元。
[0041] a.動(dòng)作原因判斷單元
[0042] 從頻譜角度判斷測(cè)量電流是否為雷電過(guò)電壓泄流形成；若是，則輸出高電平（R = 1)，否則輸出低電平（R = 0)。
[0043] 根據(jù)電流頻率分量分布得到頻率臨界值fm，若fm < 15kHz，則認(rèn)為線路避雷器6 的動(dòng)作由操作過(guò)電壓造成，若fm > 80kHz，則認(rèn)為線路避雷器6的動(dòng)作由雷擊過(guò)電壓造成。 可見(jiàn)，其對(duì)線路避雷器動(dòng)作原因的判斷過(guò)程實(shí)際上是在雷擊過(guò)電壓和誤操作過(guò)電壓這兩個(gè) 原因之間選擇的過(guò)程，可以基于本【技術(shù)領(lǐng)域】已有的選擇電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0044] 上述的操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓動(dòng)作識(shí)別原理如下：
[0045] 1、兩種類型過(guò)電壓的特點(diǎn)
[0046] ①操作過(guò)電壓：持續(xù)時(shí)間從數(shù)百μ s到工頻的若干周波，可歸納為兩種典型波形： 一是在工頻電壓分量上疊加一個(gè)數(shù)百到數(shù)千赫茲的高頻衰減性振蕩波；二是在工頻電壓分 量上疊加一個(gè)非周期性沖擊波，波前時(shí)間為0. 1?0. 5ms，半峰值時(shí)間約3?4ms，頻率在幾 千赫茲Hz以內(nèi)。
[0047] ②雷電過(guò)電壓：波前時(shí)間位于1?4ys的范圍內(nèi)，平均為2. 6ys左右；波長(zhǎng)（半 峰值時(shí)間）位于20?100 μ S的范圍內(nèi)，多數(shù)為40 μ S左右，頻率在IOk?100kHz。
[0048] 2、驗(yàn)證
[0049] 如圖4一6給出了雷電過(guò)電壓（繞擊和反擊）、操作過(guò)電壓的情況下，由仿真計(jì)算得 到的線路避雷器6的動(dòng)作電流、通過(guò)桿塔入地的電流的頻率分量分布圖，圖中縱坐標(biāo)為電 流值，橫坐標(biāo)為時(shí)間，圖4(a)為雷電繞擊時(shí)線路避雷器的電流分布，圖4(b)為雷電繞擊時(shí) 通過(guò)桿塔入地的電流分布，圖5(a)為雷電反擊時(shí)線路避雷器的電流分布，圖5(b)為雷電反 擊時(shí)通過(guò)桿塔入地的電流分布，圖6為操作過(guò)電壓下線路避雷器動(dòng)作電流。從上可見(jiàn)，不同 情況下避雷器動(dòng)作時(shí)間分別為：雷擊（< 200 μ s、μ s級(jí)），操作過(guò)電壓（> 2ms、ms級(jí)）， 雷電電流頻率分量主要分布如下：雷電繞擊（〇?120kHz)，雷電反擊（0?100kHz)，操作過(guò) 電壓（0?IOkHz)，與上文所述一致。
[0050] b.雷擊類型判斷單元
[0051] 記設(shè)置在線路避雷器6的穿心式電流互感器8測(cè)量的電流的方向?yàn)镈1，設(shè)置在塔 身7的穿心式電流互感器8測(cè)量到的電流方向?yàn)镈2, Dl和D2統(tǒng)稱為D，其中線路避雷器6 上的穿心式電流互感器8的電流正方向記為導(dǎo)線一橫擔(dān)，塔身7的穿心式電流傳感器的電 流正方向?yàn)闄M擔(dān)一地表，若識(shí)別電流為正方向，則令D = 1，否則為D = 0。將D1、D2、EN(接 動(dòng)作原因信號(hào)R)的數(shù)字量分別作為如圖7所示邏輯電路的輸入，得到代表雷擊類型S、雷電 極性T的兩個(gè)數(shù)字量。其中左側(cè)同或門(mén)具有使能功能，EN端輸入量為R，即僅在避雷器動(dòng)作 因雷擊引起時(shí)電路才工作，輸出S = 1時(shí)為繞擊、S = 0時(shí)為反擊；右側(cè)為異或門(mén)，輸出T = 1時(shí)為正極性雷、輸出T = 0時(shí)為負(fù)極性雷。
[0052] 雷電極性、雷擊類型判斷原理：
[0053] 1、繞擊時(shí)，雷電流來(lái)源于導(dǎo)線，線路避雷器6動(dòng)作后，雷電泄流流經(jīng)線路避雷器6， 并通過(guò)桿塔入地。
[0054] 2、反擊時(shí)，雷電流來(lái)源于桿塔頂，線路避雷器6動(dòng)作后，雷電泄流一部分經(jīng)過(guò)線路 避雷器6進(jìn)入導(dǎo)線，另一部分通過(guò)桿塔入地。
[0055] 雷電極性、雷擊類型傳感器測(cè)量電流屬性及邏輯判斷真值表如表1、2所示。
[0056]

【權(quán)利要求】
1. 基于線路避雷器的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警裝置，設(shè)置在安裝線路避雷器的桿塔上，其 特征在于，包括：用于測(cè)量引發(fā)線路避雷器動(dòng)作的泄流電流的數(shù)據(jù)采集模塊，與數(shù)據(jù)采集模 塊相連并將所述泄流電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以獲取泄流電流的幅值、方向和頻譜信息的信號(hào)處 理模塊，根據(jù)所述泄流電流的幅值、方向和頻譜信息判斷引發(fā)線路避雷器動(dòng)作的原因，并在 雷擊引發(fā)線路避雷器動(dòng)作時(shí)識(shí)別并存儲(chǔ)雷電極性、雷擊類型、線路避雷器動(dòng)作時(shí)間和次數(shù) 的雷擊識(shí)別模塊，該雷擊識(shí)別模塊與所述信號(hào)處理模塊相連；還包括分別與所述數(shù)據(jù)采集 模塊、信號(hào)處理模塊、雷擊識(shí)別模塊相連并提供工作電源的供電模塊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于線路避雷器的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警裝置，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集模塊包括分別設(shè)置在塔身和線路避雷器保護(hù)閥上的穿心式電流互感器，所述 穿心式電流互感器的輸出端設(shè)有用于輸出等比例電壓波形信號(hào)的預(yù)處理電路，該預(yù)處理電 路由依次電連接的整形、限幅和濾波電路組成。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于線路避雷器的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警裝置，其特征在于， 所述信號(hào)處理模塊包括用于根據(jù)所述等比例電壓波形信號(hào)的波形計(jì)算電流頻率分量分布 的頻譜計(jì)算單元，以及用于識(shí)別所述等比例電壓波形信號(hào)的幅值和方向的幅值方向分析單 J Ll 〇4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于線路避雷器的雷擊診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警裝置，其特征在于， 所述雷擊識(shí)別模塊包括用于分析所述頻率分量并在雷擊引發(fā)線路避雷器動(dòng)作時(shí)輸出高電 平的動(dòng)作原因判斷單元，用于在接收到所述高電平時(shí)根據(jù)等比例電壓波形信號(hào)的幅值和方 向輸出雷電極性和雷擊類型的雷擊類型判斷單元，以及用于存儲(chǔ)所述雷電極性、雷擊類型 以及線路避雷器動(dòng)作時(shí)間和次數(shù)的雷擊動(dòng)作計(jì)數(shù)單元，所述動(dòng)作原因判斷單元、雷擊類型 判斷單元、雷擊動(dòng)作計(jì)數(shù)單元依次電連接。
【文檔編號(hào)】G01R19-00GK204269739SQ201420662734
【發(fā)明者】王敩青, 張建剛, 陳歡, 楊躍光, 蘇國(guó)磊, 羅望春, 張福, 李文榮, 張厚榮 [申請(qǐng)人]中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心