CN112784410A - 一种雷击下避雷器阀片性能评估***及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种雷击下避雷器阀片性能评估***及方法，所述***包括：处理器，与处理器连接的工频电源，冲击电流源，高精电压探头，高频电流探头，数字信号处理器和红外摄像头。所述方法包括：处理器启动工频电源，向待测避雷器阀片施加工频电流；获取高精电压探头，高频电流探头，数字信号处理器和红外摄像头采集的第一组数据；保持工频电源开启，启动冲击电流源施加雷电流波，获取第二组数据；处理器根据所述第一组数据和所述第二组数据计算性能综合评估因子判断待测避雷器阀片的性能。本申请结合在雷击下的泄露电流与温升，计算阀片性能综合评估因子，根据综合评估因子判断避雷器阀片的性能，有效的提高了避雷器阀片性能评估的准确性。

Description

一种雷击下避雷器阀片性能评估***及方法
技术领域
本发明属于避雷器防护技术领域，具体涉及一种雷击下避雷器阀片性能评估***及方法。
背景技术
氧化锌避雷器是一种过电压保护装置，安装在电力***被保护设备附近，与被保护设备并联，可以将电力***中的过电压限制到对绝缘无害的水平。从而，保护输电线路及电气设备免遭雷击等大气过电压和操作过电压的损坏。氧化锌避雷器凭借其优异的非线性、伏安运行特性、良好的通流容量以及简单可靠的结构，应用于电气工程各个领域。
随着避雷器长时间的保护电力设备，受到雷击等恶劣天气的影响，导致氧化锌避雷器逐渐发生老化。当避雷器老化时，泄漏电流增大，并且其绝缘性能大幅度降低，同时避雷器的发热量也会增加，导致能量损耗增加，最终导致避雷器的损坏，严重的情况下会对整个电力***产生极大的影响。
现有的避雷器阀片性能评估方法主要采用在线监测的方法，但是大部分检测装置仅针对避雷器泄露电流进行监测，同时，当雷击信号发生时现有设备不具备对瞬时信号进行快速采样的能力，不能通过多数据融合对避雷器阀片的性能进行有效的评估，评估方法准确性低。
发明内容
本申请提供了一种雷击下避雷器阀片性能评估***及方法。以解决现有的避雷器阀片性能评估方法仅根据避雷器泄露电流，不能通过多数据融合对避雷器阀片的性能进行有效的评估，导致评估方法准确性低的问题。
一方面，本申请提供一种雷击下避雷器阀片性能评估***，包括：处理器，工频电源，冲击电流源，高精电压探头，高频电流探头，数字信号处理器和红外摄像头；
其中，所述工频电源的一端与所述处理器连接，所述工频电源的另一端与待测避雷器阀片连接，所述工频电源用于向所述待测避雷器阀片施加工频电流；
所述冲击电流源的一端与所述处理器连接，所述冲击电流源的另一端与所述待测避雷器阀片连接，所述冲击电流源用于向所述待测避雷器阀片施加标准雷电流波；
所述高精电压探头的输入端与所述待测避雷器阀片并接，所述高精电压探头的输出端通过所述数字信号处理器与所述处理器连接，所述高精电压探头用于获取所述待测避雷器阀片的电压信号，所述数字信号处理器用于将所述电压信号进行谐波分离，并将谐波分离结果发送至所述处理器；
所述高频电流探头的输入端与待测避雷器阀片串接，所述高频电流探头的输出端与所述处理器连接，所述高频电流探头用于获取所述待测避雷器阀片的电流值，并将所述电流值发送至所述处理器；
所述红外摄像头与所述处理器连接，所述红外摄像头用于测量待测避雷器阀片温度，并将所述温度发送至所述处理器；
所述处理器用于根据所述谐波分离结果、所述电流值和所述温度计算所述待测避雷器阀片的综合评估因子。
可选的，所述***还包括无线基站和远端无线主站，所述无线基站与所述处理器有线连接，所述无线基站与所述远端无线主站无线连接。
可选的，所述处理器还用于：通过所述无线基站与所述远端无线主站进行数据传输，接收所述远端无线主站的指令。
另一方面，本申请还提供一种雷击下避雷器阀片性能评估方法，包括：
处理器根据开启指令启动工频电源，向待测避雷器阀片施加工频电流；
获取高精电压探头，高频电流探头，数字信号处理器和红外摄像头采集的第一组数据；
保持所述工频电源开启，启动冲击电流源向所述待测避雷器阀片施加雷电流波五分钟后，获取所述高精电压探头，所述高频电流探头，所述数字信号处理器和所述红外摄像头采集的第二组数据；
所述处理器根据所述第一组数据和所述第二组数据计算待测避雷器阀片性能综合评估因子ρ，计算公式如下：
ρ＝S+P
其中，S为雷击温升性能评估因子，P为阀片畸变评估因子；
根据所述待测避雷器阀片性能综合评估因子ρ判断所述待测避雷器阀片的性能。
可选的，所述根据所述待测避雷器阀片性能综合评估因子ρ判断所述待测避雷器阀片的性能的步骤包括：
如果性能综合评估因子ρ∈[0,0.05]，则评定待测避雷器阀片合格；
如果性能综合评估因子ρ∈(0.05,1]，则评定待测避雷器阀片轻微老化；
如果性能综合评估因子ρ∈(1,+∞)，则评定待测避雷器阀片严重老化。
可选的，所述第一组数据包括：第一电流有效值Ixs，第一工频电源电压过零点时的电流值Id0，第一外加电压逆时针移相90°后的电压Upz，第一电压一次谐波Uts，第一电压三次谐波Uos，第一温度Tz；
所述第二组数据包括：第二电流有效值Ixz，第二工频电源电压过零点时的电流值Ip0，第二外加电压逆时针移相90°后的电压Ups，第二电压一次谐波Uoz，第二电压三次谐波Utz，第二温度Ts。
可选的，所述雷击温升性能评估因子S的计算公式为：
Figure BDA0002907362520000031
其中，ω为工频电源输出电流的角速度。
可选的，阀片畸变评估因子P的计算公式为：
Figure BDA0002907362520000032
可选的，所述冲击电流源(3)对所述待测避雷器阀片施加波前时间8μs，波尾时间20μs的雷电流激励。
可选的，所述开启指令由远端无线主站生成，通过无线基站发送至所述处理器。
由以上技术方案可知，本申请提供一种雷击下避雷器阀片性能评估***及方法，所述***包括：处理器，工频电源，冲击电流源，高精电压探头，高频电流探头，数字信号处理器和红外摄像头；其中，所述工频电源的一端与所述处理器连接，所述工频电源的另一端与待测避雷器阀片连接，所述工频电源用于向所述待测避雷器阀片施加工频电流；所述冲击电流源的一端与所述处理器连接，所述冲击电流源的另一端与所述待测避雷器阀片连接，所述冲击电流源用于向所述待测避雷器阀片施加标准雷电流波。
所述高精电压探头的输入端与所述待测避雷器阀片并接，所述高精电压探头的输出端通过所述数字信号处理器与所述处理器连接，所述高精电压探头用于获取所述待测避雷器阀片的电压信号，所述数字信号处理器用于将所述电压信号进行谐波分离，并将谐波分离结果发送至所述处理器；所述高频电流探头的输入端与待测避雷器阀片串接，所述高频电流探头的输出端与所述处理器连接，所述高频电流探头用于获取所述待测避雷器阀片的电流值，并将所述电流值发送至所述处理器；所述红外摄像头与所述处理器连接，所述红外摄像头用于测量待测避雷器阀片温度，并将所述温度发送至所述处理器；所述处理器用于根据所述谐波分离结果、所述电流值和所述温度计算所述待测避雷器阀片的综合评估因子。
本申请提供一种雷击下避雷器阀片性能评估***及方法，可以结合在雷击下的泄露电流与温升，计算阀片性能综合评估因子，根据综合评估因子判断避雷器阀片的性能，有效的提高了避雷器阀片性能评估的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的雷击下避雷器阀片性能评估***的一个实施例的结构示意图；
图2为本申请提供的雷击下避雷器阀片性能评估方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的***和方法的示例。
请参阅图1，图1为本申请提供的雷击下避雷器阀片性能评估***的一个实施例的结构示意图。
一方面，本申请提供一种雷击下避雷器阀片性能评估***，包括：处理器1，工频电源2，冲击电流源3，高精电压探头4，高频电流探头5，数字信号处理器6和红外摄像头7。
其中，所述工频电源2的一端与所述处理器1连接，所述工频电源2的另一端与待测避雷器阀片连接，所述工频电源2用于向所述待测避雷器阀片施加工频电流。工频电源2是一种可以提供工频电流的装置，工频电流是指电力***的发电、输电、变电与配电设备以及工业与民用电气设备采用的额定频率，我国采用50Hz。所述工频电源2为避雷器阀片性能评估***提供电源，同时，对所述待测避雷器阀片施加工频电流。
所述冲击电流源3的一端与所述处理器1连接，所述冲击电流源3的另一端与所述待测避雷器阀片连接，所述冲击电流源3用于向所述待测避雷器阀片施加标准雷电流波。冲击电流源3通过给负载通电的一瞬间，通常会产生大电流，从而产生冲击电流。所述冲击电流源3用于模拟待测避雷器阀片在遭受雷电击时的场景，从而获得经过雷电波之后的相关参数数据。
所述高精电压探头4的输入端与所述待测避雷器阀片并接，所述高精电压探头4的输出端通过所述数字信号处理器6与所述处理器1连接，所述高精电压探头4用于获取所述待测避雷器阀片的电压信号，所述数字信号处理器6用于将所述电压信号进行谐波分离，并将谐波分离结果发送至所述处理器1。
高精电压探头4采用高精度的电压探头，可以准确的获得被测物体两端的电压。数字信号处理器6可以将高精电压探头4所获取的电压信号进行谐波分离处理。在本实施例中，所述数字信号处理器6分别输出一次谐波电压值和三次谐波电压值用于避雷器阀片性能综合评估因子计算。
所述高频电流探头5的输入端与待测避雷器阀片串接，所述高频电流探头5的输出端与所述处理器1连接，所述高频电流探头5用于获取所述待测避雷器阀片的电流值，并将所述电流值发送至所述处理器1。
所述红外摄像头7与所述处理器1连接，所述红外摄像头7用于测量待测避雷器阀片温度，并将所述温度发送至所述处理器1。所述红外摄像头7可以远距离，非接触的测得避雷器阀片的温度。
所述处理器1用于根据所述谐波分离结果、所述电流值和所述温度计算所述待测避雷器阀片的综合评估因子。所述处理器1采用运算速度快的高性能处理器，在接收到所述谐波分离结果、所述电流值和所述温度后，可以快速计算出待测避雷器阀片的综合评估因子，并根据所述综合评估因子对避雷器阀片的性能进行实时评估。
可选的，所述***还包括无线基站8和远端无线主站9，所述无线基站8与所述处理器1有线连接，所述无线基站8与所述远端无线主站9无线连接。通过所述无线基站8与所述远端无线主站9可以实现本申请避雷器阀片性能评估***的远程控制操作，操作安全，简单智能。
可选的，所述处理器1还用于：通过所述无线基站8与所述远端无线主站9进行数据传输，接收所述远端无线主站9的指令。在本实施例中，处理器1接收远端无线主站9的指令后开始对避雷器阀片的性能进行评估。评估后可以将结果反馈至远端无线主站9。
请参阅图2，图2为本申请提供的雷击下避雷器阀片性能评估方法的一个实施例的流程图。另一方面，本申请还提供一种雷击下避雷器阀片性能评估方法，包括：
S1：处理器1根据开启指令启动工频电源2，向待测避雷器阀片施加工频电流；
S2：获取高精电压探头4，高频电流探头5，数字信号处理器6和红外摄像头7采集的第一组数据；
S3：保持所述工频电源2开启，启动冲击电流源3向所述待测避雷器阀片施加雷电流波五分钟后，获取所述高精电压探头4，所述高频电流探头5，所述数字信号处理器6和所述红外摄像头7采集的第二组数据；
S4：所述处理器1根据所述第一组数据和所述第二组数据计算待测避雷器阀片性能综合评估因子ρ，计算公式如下：
ρ＝S+P
其中，S为雷击温升性能评估因子，P为阀片畸变评估因子；
S5：根据所述待测避雷器阀片性能综合评估因子ρ判断所述待测避雷器阀片的性能。
可选的，所述根据所述待测避雷器阀片性能综合评估因子ρ判断所述待测避雷器阀片的性能的步骤包括：
如果性能综合评估因子ρ∈[0,0.05]，则评定待测避雷器阀片合格；
如果性能综合评估因子ρ∈(0.05,1]，则评定待测避雷器阀片轻微老化；
如果性能综合评估因子ρ∈(1,+∞)，则评定待测避雷器阀片严重老化。
可选的，所述第一组数据包括：第一电流有效值Ixs，第一工频电源电压过零点时的电流值Id0，第一外加电压逆时针移相90°后的电压Upz，第一电压一次谐波Uts，第一电压三次谐波Uos，第一温度Tz；
所述第二组数据包括：第二电流有效值Ixz，第二工频电源电压过零点时的电流值Ip0，第二外加电压逆时针移相90°后的电压Ups，第二电压一次谐波Uoz，第二电压三次谐波Utz，第二温度Ts。
可选的，所述雷击温升性能评估因子S的计算公式为：
Figure BDA0002907362520000061
其中，ω为工频电源输出电流的角速度。
可选的，阀片畸变评估因子P的计算公式为：
Figure BDA0002907362520000071
可选的，所述冲击电流源3对所述待测避雷器阀片施加波前时间8μs，波尾时间20μs的雷电流激励。
可选的，所述开启指令由远端无线主站9生成，通过无线基站8发送至所述处理器1。
由以上技术方案可知，本申请提供一种雷击下避雷器阀片性能评估***及方法，所述***包括：处理器1，工频电源2，冲击电流源3，高精电压探头4，高频电流探头5，数字信号处理器6和红外摄像头7；其中，所述工频电源2的一端与所述处理器1连接，所述工频电源2的另一端与待测避雷器阀片连接，所述工频电源2用于向所述待测避雷器阀片施加工频电流；所述冲击电流源3的一端与所述处理器1连接，所述冲击电流源3的另一端与所述待测避雷器阀片连接，所述冲击电流源3用于向所述待测避雷器阀片施加标准雷电流波。
所述高精电压探头4的输入端与所述待测避雷器阀片并接，所述高精电压探头4的输出端通过所述数字信号处理器6与所述处理器1连接，所述高精电压探头4用于获取所述待测避雷器阀片的电压信号，所述数字信号处理器6用于将所述电压信号进行谐波分离，并将谐波分离结果发送至所述处理器1；所述高频电流探头5的输入端与待测避雷器阀片串接，所述高频电流探头5的输出端与所述处理器1连接，所述高频电流探头5用于获取所述待测避雷器阀片的电流值，并将所述电流值发送至所述处理器1；所述红外摄像头7与所述处理器1连接，所述红外摄像头7用于测量待测避雷器阀片温度，并将所述温度发送至所述处理器1；所述处理器1用于根据所述谐波分离结果、所述电流值和所述温度计算所述待测避雷器阀片的综合评估因子。
本申请提供一种雷击下避雷器阀片性能评估***及方法，可以结合在雷击下的泄露电流与温升，计算阀片性能综合评估因子，根据综合评估因子判断避雷器阀片的性能，有效的提高了避雷器阀片性能评估的准确性。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种雷击下避雷器阀片性能评估***，其特征在于，包括：处理器(1)，工频电源(2)，冲击电流源(3)，高精电压探头(4)，高频电流探头(5)，数字信号处理器(6)和红外摄像头(7)；
其中，所述工频电源(2)的一端与所述处理器(1)连接，所述工频电源(2)的另一端与待测避雷器阀片连接，所述工频电源(2)用于向所述待测避雷器阀片施加工频电流；
所述冲击电流源(3)的一端与所述处理器(1)连接，所述冲击电流源(3)的另一端与所述待测避雷器阀片连接，所述冲击电流源(3)用于向所述待测避雷器阀片施加标准雷电流波；
所述高精电压探头(4)的输入端与所述待测避雷器阀片并接，所述高精电压探头(4)的输出端通过所述数字信号处理器(6)与所述处理器(1)连接，所述高精电压探头(4)用于获取所述待测避雷器阀片的电压信号，所述数字信号处理器(6)用于将所述电压信号进行谐波分离，并将谐波分离结果发送至所述处理器(1)；
所述高频电流探头(5)的输入端与待测避雷器阀片串接，所述高频电流探头(5)的输出端与所述处理器(1)连接，所述高频电流探头(5)用于获取所述待测避雷器阀片的电流值，并将所述电流值发送至所述处理器(1)；
所述红外摄像头(7)与所述处理器(1)连接，所述红外摄像头(7)用于测量待测避雷器阀片的温度，并将所述温度发送至所述处理器(1)；
所述处理器(1)用于根据所述谐波分离结果、所述电流值和所述温度计算所述待测避雷器阀片的综合评估因子。
2.根据权利要求1所述的雷击下避雷器阀片性能评估***，其特征在于，所述***还包括无线基站(8)和远端无线主站(9)，所述无线基站(8)与所述处理器(1)有线连接，所述无线基站(8)与所述远端无线主站(9)无线连接。
3.根据权利要求1所述的雷击下避雷器阀片性能评估***，其特征在于，所述处理器(1)还用于：通过所述无线基站(8)与所述远端无线主站(9)进行数据传输，接收所述远端无线主站(9)的指令。
4.一种雷击下避雷器阀片性能评估方法，其特征在于，包括：
处理器(1)根据开启指令启动工频电源(2)，向待测避雷器阀片施加工频电流；
获取高精电压探头(4)，高频电流探头(5)，数字信号处理器(6)和红外摄像头(7)采集的第一组数据；
保持所述工频电源(2)开启，启动冲击电流源(3)向所述待测避雷器阀片施加雷电流波五分钟后，获取所述高精电压探头(4)，所述高频电流探头(5)，所述数字信号处理器(6)和所述红外摄像头(7)采集的第二组数据；
所述处理器(1)根据所述第一组数据和所述第二组数据计算待测避雷器阀片性能综合评估因子ρ，计算公式如下：
ρ＝S+P
其中，S为雷击温升性能评估因子，P为阀片畸变评估因子；
根据所述待测避雷器阀片性能综合评估因子ρ判断所述待测避雷器阀片的性能。
5.根据权利要求4所述的雷击下避雷器阀片性能评估方法，其特征在于，所述根据所述待测避雷器阀片性能综合评估因子ρ判断所述待测避雷器阀片的性能的步骤包括：
如果性能综合评估因子ρ∈[0,0.05]，则评定待测避雷器阀片合格；
如果性能综合评估因子ρ∈(0.05,1]，则评定待测避雷器阀片轻微老化；
如果性能综合评估因子ρ∈(1,+∞)，则评定待测避雷器阀片严重老化。
6.根据权利要求4所述的雷击下避雷器阀片性能评估方法，其特征在于，所述第一组数据包括：第一电流有效值Ixs，第一工频电源电压过零点时的电流值Id0，第一外加电压逆时针移相90°后的电压Upz，第一电压一次谐波Uts，第一电压三次谐波Uos，第一温度Tz；
所述第二组数据包括：第二电流有效值Ixz，第二工频电源电压过零点时的电流值Ip0，第二外加电压逆时针移相90°后的电压Ups，第二电压一次谐波Uoz，第二电压三次谐波Utz，第二温度Ts。
7.根据权利要求6所述的雷击下避雷器阀片性能评估方法，其特征在于，所述雷击温升性能评估因子S的计算公式为：
Figure FDA0002907362510000021
其中，ω为工频电源输出电流的角速度。
8.根据权利要求6所述的雷击下避雷器阀片性能评估方法，其特征在于，阀片畸变评估因子P的计算公式为：
Figure FDA0002907362510000022
9.根据权利要求4所述的雷击下避雷器阀片性能评估方法，其特征在于，所述冲击电流源(3)对所述待测避雷器阀片施加波前时间8μs，波尾时间20μs的雷电流激励。
10.根据权利要求4所述的雷击下避雷器阀片性能评估方法，其特征在于，所述开启指令由远端无线主站(9)生成，通过无线基站(8)发送至所述处理器(1)。
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