CN112630554B - 带串联间隙线路避雷器在线监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带串联间隙线路避雷器在线监测装置及方法，包括电流传感器、前端主机、数据处理中心和近区采集终端；所述电流传感器设置于间隙避雷器低压端上，用于采集雷击线路后产生的雷电流和工频电流并将其传输至前端主机；前端主机对接收到的电流信号进行处理形成标准波形，并将标准波形存储于本地的同时通过网络传输至数据处理中心；近区采集终端通过非接触数据传输方式获取存储于前端主机本地的标准波形数据，并将标准波形数据发送至数据处理中心；数据处理中心对接收到标准波形数据进行解析，提取雷电流的标准波形和工频电流的标准波形的特征量；数据处理中心通过对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度。

Description

带串联间隙线路避雷器在线监测装置及方法

技术领域

本发明涉及避雷器在线监测技术领域，具体涉及一种带串联间隙线路避雷器在线监测装置及方法。

背景技术

串联间隙ZnO避雷器作为一种典型的线路防雷装置，能够通过瞬间导通释放电流的形式，限制变电站和线路的过电压水平，近几年该装置已经大面积在我国电力系统中展开应用，效果显著。然而受线路通道恶劣环境的影响，部分避雷器氧化锌阀片在长期的挂网运行中会出现裂化和受潮现象，该现象无法直接显现极难查找，长期带故障运行导致抑制过电压的能力下降，甚至瞬时极大电流作用下造成爆炸事故。因此，避雷器在线监测技术在避雷器应用中尤为重要。

避雷器在线监测方面，国内外研究学者开展了大量的理论与实践工作。如《避雷器在线监测装置》(CN201910648343)采用泄漏电流检测法判断避雷器的状态；《避雷器在线监测系统》(CN201711096086)通过采集单元、数据通讯传输单元以及后台服务器单元对避雷器上的母线电压、流经它的全电流和雷击次数等数据进行实时的监测；《一体化避雷器在线监测装置》(CN201511005097)采用计数器的方式仅对避雷器的好坏进行判断，无法监测避雷器的状态信息；《一种避雷器在线监测终端装置》(CN201510858889)采用监测泄露电流的方法诊断避雷器的状态性能。上述避雷器在线监测技术中，均采用监测避雷器低压端泄露电流的方法判断避雷器的状态，该方式比较适合于无间隙氧化锌避雷器中，此外，上述方法监测信息并未应用监测装置的GPS信息，不利于运维人员对故障杆塔的精准查找。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种带串联间隙线路避雷器在线监测装置及方法，可对间隙避雷器的运行状态进行全周波分析，同时监测装置内置了GPS定位信息，能够大幅提升避雷器故障运维的效率。

本发明提供了一种带串联间隙线路避雷器在线监测装置，其特征在于包括电流传感器、前端主机、数据处理中心和近区采集终端；所述电流传感器设置于间隙避雷器低压端上，用于采集雷击线路后产生的雷电流和工频电流并将其传输至前端主机；前端主机对接收到的电流信号进行处理形成标准波形，并将标准波形存储于本地的同时通过网络传输至数据处理中心；近区采集终端通过非接触数据传输方式获取存储于前端主机本地的标准波形数据，并将标准波形数据发送至数据处理中心；数据处理中心对接收到标准波形数据进行解析，提取雷电流的标准波形和工频电流的标准波形的特征量；数据处理中心通过对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度并对避雷器故障的类型进行辨识，将存在故障的避雷器动作次数、位置信息、故障程度及故障类型进行告警。

上述技术方案中，所述前端主机对电流信号进行分类、去噪差分、数字滤波处理形成标准波形。

上述技术方案中，所述标准波形涵盖的信息内容包括全电流波形、时间信息、GPS信息、电流幅值、雷电极性。

上述技术方案中，所述数据处理中心通过小波变换、傅里叶变换对解析后的标准波形数据进行处理，提取雷电流波形的幅值、极性、上升沿、下降沿、时长，提取工频电流波形的幅值、频率、时长。

上述技术方案中，所述前端主机上设置有APN卡，在具有2G、3G、4G信号的区域通过APN专网与数据处理中心网络进行数据传输。

上述技术方案中，所述近区采集终端为手持终端，在距离带串联间隙线路避雷器在线监测装置500米范围内通过2.4G网络读取前端主机中的存储数据。

上述技术方案中，所述数据处理中心采用模糊诊断方法通过对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度，通过时域波形诊断方法和神经网络诊断方法对避雷器故障的类型进行辨识。

本发明提供了一种带串联间隙线路避雷器在线监测方法，其特征在于包括以下步骤：

电流器采集雷击线路后产生的雷电流和工频电流并将其传输至前端主机；

前端主机对接收到的电流信号进行处理形成标准波形，并将标准波形存储于本地的同时通过网络传输至数据处理中心；

近区采集终端通过非接触数据传输方式获取存储于前端主机本地的标准波形数据，并将标准波形数据发送至数据处理中心；

数据处理中心对接收到标准波形数据进行解析，提取雷电流的标准波形和工频电流的标准波形的特征量；并通过对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度并对避雷器故障的类型进行辨识，将存在故障的避雷器动作次数、位置信息、故障程度及故障类型进行告警。

上述技术方案中，通过对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度并对避雷器故障的类型进行辨识，具体包括：

所述数据处理中心通过模糊诊断方法对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度，通过时域波形诊断方法和神经网络诊断方法对避雷器故障的类型进行辨识。

上述技术方案中，具体包括以下步骤：

S1：电流传感器模块根据电磁感应原理对雷击线路后出现的雷电流和工频电流信号进行采集。

S2：电流传感器将采集到的雷电流信号和工频电流信号通过导线传输至前端主机，前端主机对电流信号进行分类、去噪差分、数字滤波FIR处理形成标准波形，将该标准波形存储于前端主机的本地存储器，同时通过电力专网传输至数据处理中心；

S3：数据处理中心根据规约对接收的电流信号数据进行解析和存储；数据处理中心通过小波变换、傅里叶变换对解析后的波形数据进行处理，提取雷电流波形的幅值、极性、上升沿、下降沿、时长特征量，提取工频电流波形的幅值、频率、时长特征量；

S4：数据处理中心采用模糊诊断方法，通过对工频电流波形和雷电流波形的时长特征量进行对比，诊断避雷器的故障程度，通过时域波形诊断方法和神经网络诊断方法对避雷器故障的类型进行辨识；

S5：数据处理中心最后将存在故障的避雷器动作次数、位置信息、故障程度及故障类型进行告警；

S6：工作人员接到避雷器故障告警信息，对波形数据进行复查和校核，最终确定避雷器的运行状态诊断结果。

本发明提供了一种带串联间隙线路避雷器在线监测方法的非暂时性计算机只读介质，包括：

存储在其中的指令，其中所述指令在由一个或以上处理器执行时，使所述一个或以上处理器执行以下的方法包括：

按照预定义的调度策略调整接包方的技能范围；

前端主机接收由电流器采集的雷击线路后产生的雷电流和工频电流；

前端主机对接收到的电流信号进行处理形成标准波形，并将标准波形存储于本地的同时通过网络传输至数据处理中心；

近区采集终端通过非接触数据传输方式获取存储于前端主机本地的标准波形数据，并将标准波形数据发送至数据处理中心；

数据处理中心对接收到标准波形数据进行解析，提取雷电流的标准波形和工频电流的标准波形的特征量；并通过对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度并对避雷器故障的类型进行辨识，将存在故障的避雷器动作次数、位置信息、故障程度及故障类型进行告警。

本发明提出一种带串联间隙线路避雷器在线监测方法，通过将电流传感器安装于间隙避雷器低压端，当雷击线路时能够采集流过避雷器的工频电流和行波电流波形，同时瞬间激活前端主机箱将波形数据、幅值数据、GPS数据、时间数据、动作次数进行本地存储，并采用电力专网将数据传输至后台服务器，经对电流波形特征分析确定避雷器状态信息，对于存在隐患的避雷器根据GPS信息进行精准定位。能够对串联间线路避雷器的实际运行状态进行监测和精准定位，并对避雷器隐患类型进行辨识。本发明数据传输采用现场非接触式读取和网络传输两种方式，能够应用于各种复杂地形环境的线路避雷器监测中，使得无网络区域也能够实现避雷器的状态监测。数据处理中心对电流波形数据进行解析和去噪处理后提取电流特征值，最后根据相关算法一方面对避雷器的故障程度进行诊断，另一方面对避雷器故障的类型进行辨识，最后根据GPS信息和设备台账，实现对故障避雷器的精准定位和及时告警。本发明可实现对带间隙氧化锌避雷器运行状态进行有效监测，能够对隐患的类型进行客观辨识，同时可精准定位隐患点所在的杆塔相线，原理简便，安全可靠，具有较强的实用性。

附图说明

图1为本发明的模块连接示意图；

图2为本发明的流程示意图；

图3为本发明的信息获取示意图；

图4为本发明的实际应用效果图；

其中，1-杆塔塔头，2-带串联间隙线路避雷器在线监测，3-电流传感器，4-绝缘子串，5-避雷器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，本发明提供了一种带串联间隙线路避雷器在线监测装置，包括电流传感器、前端主机、数据处理中心和近区采集终端；所述电流传感器设置于间隙避雷器低压端上，用于采集雷击线路后产生的雷电流和工频电流并将其通过电力导线传输至前端主机；前端主机对接收到的电流信号进行处理形成标准波形，并将标准波形存储于本地的同时通过网络传输至数据处理中心；近区采集终端通过非接触数据传输方式获取存储于前端主机本地的标准波形数据，并将标准波形数据发送至数据处理中心；数据处理中心对接收到标准波形数据进行解析，提取雷电流的标准波形和工频电流的标准波形的特征量；数据处理中心通过对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度并对避雷器故障的类型进行辨识，将存在故障的避雷器动作次数、位置信息、故障程度及故障类型进行告警。

上述技术方案中，所述前端主机上设置有APN卡，在具有2G、3G、4G信号的区域通过APN专网与数据处理中心网络进行数据传输，作为APN专网传输方式。

上述技术方案中，所述近区采集终端为手持终端，在距离带串联间隙线路避雷器在线监测装置500米范围内通过2.4G网络读取前端主机中的存储数据，并保存于近区采集终端的存储卡内，作为现场非接触式数据读取方式。

如图2所示，本发明具备两种通讯方式，全区域支持现场非接触式数据读取，网络覆盖区域支持APN专网传输方式，两种方式获取的数据经数据处理中心的前置数据接收机接收，其中APN专网传输直接将标准波形输入前置数据接收机，或者由工作人员取出位于近区采集终端设备内的存储卡，接入前置数据接收机，然后通过安全隔离装置进入数据处理服务器。

如图3所示，本发明提供了一种带串联间隙线路避雷器在线监测方法，具体包括以下步骤：

1、雷击线路后会通过临近避雷器释放能量，该过程会在避雷器中同时出现瞬时工频电流和雷电流，电流传感器模块通过避雷器根据电磁感应原理对雷电流和工频电流信号进行采集。

2、电流传感器将采集到的雷电流信号和工频电流信号通过导线传输至前端主机箱，主机根据预设的电流限值(1mA)，做出对电流波形是否处理、存储和传输决策。采集的电流幅值超过1mA时，前端主机箱对电流信号进行分类、去噪(差分)、数字滤波(FIR)处理形成标准波形，该波形一方面存储在本地，另一方面通过电力专网传输至远端的数据处理中心，该波形涵盖的信息内容包括全电流波形、时间信息、GPS信息、电流幅值、雷电极性等信息。

3、数据处理中心根据规约对接收的信号数据进行解析和存储；数据处理中心通过小波变换、傅里叶变换对解析后的波形数据进行处理，提取雷电流波形的幅值、极性、上升沿、下降沿、时长等特征量，提取工频电流波形的幅值、频率、时长等特征量；

4、数据处理中心采用模糊诊断方法，通过对工频电流波形和雷电流波形的时长特征量进行对比，诊断避雷器的故障程度，通过时域波形诊断方法和神经网络诊断方法对避雷器故障的类型进行辨识；

5、数据处理中心将存在故障的避雷器动作次数、位置信息、故障程度及故障类型进行告警，根据GPS信息和设备台账，实现对故障避雷器的精准定位。

6、工作人员接到避雷器故障告警信息后，对波形数据进行复查和校核，最终确定避雷器的运行状态诊断结果。

如图4所示，带串联间隙线路避雷器在线监测装置2本体设置于杆塔塔头1，且位于绝缘子串4的正上方。

本发明还提供了一种带串联间隙线路避雷器在线监测方法的非暂时性计算机只读介质，包括：

存储在其中的指令，其中所述指令在由一个或以上处理器执行时，使所述一个或以上处理器执行以下的方法包括：

按照预定义的调度策略调整接包方的技能范围；

前端主机接收由电流器采集的雷击线路后产生的雷电流和工频电流；

前端主机对接收到的电流信号进行处理形成标准波形，并将标准波形存储于本地的同时通过网络传输至数据处理中心；

近区采集终端通过非接触数据传输方式获取存储于前端主机本地的标准波形数据，并将标准波形数据发送至数据处理中心；

数据处理中心对接收到标准波形数据进行解析，提取雷电流的标准波形和工频电流的标准波形的特征量；并通过对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度并对避雷器故障的类型进行辨识，将存在故障的避雷器动作次数、位置信息、故障程度及故障类型进行告警。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种带串联间隙线路避雷器在线监测装置，其特征在于包括电流传感器、前端主机、数据处理中心和近区采集终端；所述电流传感器设置于间隙避雷器低压端上，用于采集雷击线路后产生的雷电流和工频电流并将其传输至前端主机；前端主机对接收到的电流信号进行处理形成标准波形，并将标准波形存储于本地的同时通过网络传输至数据处理中心；近区采集终端通过非接触数据传输方式获取存储于前端主机本地的标准波形数据，并将标准波形数据发送至数据处理中心；数据处理中心对接收到标准波形数据进行解析，提取雷电流的标准波形和工频电流的标准波形的特征量；数据处理中心采用模糊诊断方法通过对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度，通过时域波形诊断方法和神经网络诊断方法对避雷器故障的类型进行辨识，将存在故障的避雷器动作次数、位置信息、故障程度及故障类型进行告警。

2.根据权利要求1所述的带串联间隙线路避雷器在线监测装置，其特征在于所述前端主机对电流信号进行分类、去噪差分、数字滤波处理形成标准波形。

3.根据权利要求2所述的带串联间隙线路避雷器在线监测装置，其特征在于所述标准波形涵盖的信息内容包括全电流波形、时间信息、GPS信息、电流幅值、雷电极性。

4.根据权利要求3所述的带串联间隙线路避雷器在线监测装置，其特征在于所述数据处理中心通过小波变换、傅里叶变换对解析后的标准波形数据进行处理，提取雷电流波形的幅值、极性、上升沿、下降沿、时长，提取工频电流波形的幅值、频率、时长。

5.根据权利要求1所述的带串联间隙线路避雷器在线监测装置，其特征在于所述前端主机上设置有APN卡，在具有2G或3G或4G信号的区域通过APN专网与数据处理中心网络进行数据传输。

6.根据权利要求1所述的带串联间隙线路避雷器在线监测装置，其特征在于所述近区采集终端为手持终端，在距离带串联间隙线路避雷器在线监测装置500米范围内通过2.4G网络读取前端主机中的存储数据。

7.一种带串联间隙线路避雷器在线监测方法，其特征在于包括以下步骤：

电流器采集雷击线路后产生的雷电流和工频电流并将其传输至前端主机；

前端主机对接收到的电流信号进行处理形成标准波形，并将标准波形存储于本地的同时通过网络传输至数据处理中心；

近区采集终端通过非接触数据传输方式获取存储于前端主机本地的标准波形数据，并将标准波形数据发送至数据处理中心；

数据处理中心对接收到标准波形数据进行解析，提取雷电流的标准波形和工频电流的标准波形的特征量；数据处理中心采用模糊诊断方法通过对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度，通过时域波形诊断方法和神经网络诊断方法对避雷器故障的类型进行辨识，将存在故障的避雷器动作次数、位置信息、故障程度及故障类型进行告警。

8.一种带串联间隙线路避雷器在线监测方法的非暂时性计算机只读介质，包括：

存储在其中的指令，其中所述指令在由一个或以上处理器执行时，使所述一个或以上处理器执行以下的方法包括：

按照预定义的调度策略调整接包方的技能范围；

前端主机接收由电流器采集的雷击线路后产生的雷电流和工频电流；

前端主机对接收到的电流信号进行处理形成标准波形，并将标准波形存储于本地的同时通过网络传输至数据处理中心；

近区采集终端通过非接触数据传输方式获取存储于前端主机本地的标准波形数据，并将标准波形数据发送至数据处理中心；

数据处理中心对接收到标准波形数据进行解析，提取雷电流的标准波形和工频电流的标准波形的特征量；数据处理中心采用模糊诊断方法通过对比两类波形时长特征诊断避雷器的故障程度，通过时域波形诊断方法和神经网络诊断方法对避雷器故障的类型进行辨识，将存在故障的避雷器动作次数、位置信息、故障程度及故障类型进行告警。

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