避雷器阻性电流与谐波电流分析方法

技术领域

本发明涉及一种阻性电流和谐波电流分析方法，特别是涉及一种避雷器阻性电流与谐波电流分析方法。

背景技术

电力设备的绝缘能力是决定电力设备能够安全稳定运行的重要因素，目前高压电力设备数量越来越多，电压等级越来越高，电力设备现场试验方法的不足和投运的电力设备出现的绝缘故障严重威胁着电力系统的安全运行，近年来发现，避雷器在线监测试验中，只监测全电流，对绝缘内部缺陷反应不及时，不敏感，而绝缘缺陷恰恰是会酿成大事故的缺陷类型之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够实现对避雷器运行状态的实时监测和分析，发现问题及时报警，提高工作效率的避雷器阻性电流与谐波电流分析方法。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种避雷器阻性电流与谐波电流分析方法，包括以下步骤：

S1：在变电站现场进行避雷器在线监测信号的采集和避雷器铭牌信息的录入；

避雷器在线监测信号的采集：在避雷器支柱上间隔安装避雷器在线监测不锈钢箱体，箱体内部设置有走线槽、采集模块、电源模块、通讯模块和空气开关，并且在避雷器底座和计数器之间串联避雷器泄露电流传感器，将避雷器泄露电流转换成二次信号，通过电流传感器线缆输入到避雷器在线监测不锈钢机箱内部的采集模块上，机箱内部的采集模块将泄露电流进行采样，并将模数转换值通过4G无线物联网GPRS网络传输到远方云服务器上的分析平台；

避雷器铭牌信息的录入：通过变电站现场拍照、PMS信息导出、档案查询方式，将变电站名称、线路号、避雷器类型、型号、电压等级、额定电压、持续运行电压、生产厂家、生产时间、投入运行时间、使用年限、备注等信息录入分析平台；

S2：分析平台对采集的电压、电流数据进行如下计算：

1）FFT计算

分析平台根据电流、电压幅值大小，选择避雷器泄露电流单周期512点FFT正弦信号进行A/D采样，然后进行FFT计算，A/D采样选取TI公司的ADS8558；

FFT实现方法：运算结果是矢量，有相位信息，采集的FFT数据，既包含幅度信息，也包含相位信息；各个信号频率分量的相位决定信号在时域的具体波形；FFT的物理分辨率为：采样率/采样点数，且分析信号频率为该值的整数倍；

2）全电流计算

全电流有效值仅含基波、3次、5次、7次谐波，计算公式如下：

Ix=

3）阻性电流计算

计算公式如下：

Ir= Ix cosΦ

其中， Ix为全电流，Ir为阻性电流，Φ值由线路板测量得出；

S3：对实时采集的避雷器数据进行分析评判，自动和每个变电站内每个避雷器的标准限值比较，判断是否超限，从而能够感知单相避雷器的状态；

1）全电流测试值分析，按如下步骤做出判断：

1.1当全电流测试值≤全电流标准限值×40%时，全电流测试值数据有干扰；

1.2当全电流标准限值×40%＜全电流测试值≤全电流标准限值×70%时，全电流测试值状态优；

1.3当全电流标准限值×70%＜全电流测试值≤全电流标准限值×100%时，全电流测试值状态良；

1.4当全电流测试值＞全电流标准限值×100%时，全电流测试值状态差；

2）角度测试值分析，按如下步骤做出判断：

2.1当角度测试值≥90°时，角度测试值数据有干扰；

2.2当85°＜角度测试值≤90°时，角度测试值状态优；

2.3当75°＜角度测试值≤85°时，角度测试值状态良；

2.4当角度测试值≤75°时，角度测试值状态状态差；

3）阻性电流测试值分析，按如下步骤做出判断：

3.1当阻性电流测试值≤阻性电流标准限值×40%时，阻性电流测试值数据有干扰；

3.2当阻性电流标准限值×40%＜阻性电流测试值≤阻性电流标准限值×70%时，阻性电流测试值状态优；

3.3当阻性电流标准限值×70%＜阻性电流测试值≤阻性电流标准限值×100%时，阻性电流测试值状态良；

3.4当阻性电流测试值＞阻性电流标准限值×100%时，阻性电流测试值状态差；

S4：避雷器分析平台根据上述数据进行智能决策，智能决策将全电流测试值分析结果、角度测试值分析结果、阻性电流测试值分析结果进行综合处理；

4.1当“全电流测试值分析结果=优”、并且“角度测试值分析结果=优”、并且“阻性电流测试值分析结果=优”，发送智能决策信息：正常，“各状态量处于稳定且在规程规定的标准限制之内，设备可以正常运行”；

4.2当“全电流测试值分析结果=良”、并且“角度测试值分析结果=良”、并且“阻性电流测试值分析结果=良”，推送智能决策信息：注意，“单相状态量变化趋势朝接近标准限制方向发展，但未超过标准限值，设备仍可以继续运行，但应加强运行中的监视”；

4.3当“全电流测试值分析结果=差”、或者“角度测试值分析结果=差”、或者“阻性电流测试值分析结果=差”，推送智能决策信息：异常，“单项重要状态量变化较大，已接近或略微超过标准限值，设备应重点监视运行，并适时安排停电检修”；

4.4当“全电流测试值分析结果=差”、并且“角度测试值分析结果=差”、并且“阻性电流测试值分析结果=差”，推送智能决策信息：严重，“单项重要状态量严重超过标准限值，设备应尽快安排停电检修”；

S5：将上述的避雷器决策信息进行发送

5.1通过液晶显示：通过和分析平台服务器连接的客户端电脑，运行客户端软件，在其液晶屏幕显示实时数据、智能分析、决策信息，并可进行实时曲线显示、历史曲线查询；

5.2通过声音提示：决策信息在客户端除了液晶显示外，如果决策信息处于异常、严重状态，自动启动声音报警，报警音伴随决策信息发布不间断播放，提醒用户进行决策信息查看，报警音只有当用户进行决策信息确定后才可消除。

5.3通过手机短信发送：用户除了可以通过客户端获取决策信息外，还可通过手机短信的方式获取；用户使用客户端超级用户登陆后台软件，对手机短信接收号码进行添加、设置；设置信息包括：用户名，手机号码，发送时段，发送频率，当避雷器后台软件产生决策信息时，后台软件还对短信接收号码进行短信群发，短信内容包括：变电站名称、线路名称、发生时间、避雷器全电流、

阻性电流、角度、决策信息。

在步骤S1中，所述采集模块包括A相泄露电流传感器、B相泄露电流传感器、C相泄露电流传感器和采集板，所述A相泄露电流传感器、B相泄露电流传感器和C相泄露电流传感器将监测到的泄漏电流传给所述采集板，所述采集板将泄露电流进行采样，并将模数转换值依次通过ARM板和4G通讯模块无线物联网GPRS网络传输到远方云服务器上的分析平台，所述A相泄露电流传感器、B相泄露电流传感器、C相泄露电流传感器、采集板、ARM板和4G通讯模块均与电源连接。

所述采集单元上还设置有避雷器参考电压接线端子U，U-1:避雷器参考电压A/B/C相输入；U-2:避雷器参考电压N相输入，所述A相泄露电流传感器与A相避雷器泄漏电流传感器接线端子IA连接，其中IA-1: A相避雷器泄漏电流传感器供电电源+12V输入；IA-2: A相避雷器泄漏电流传感器供电电源-12V输入；IA-3: A相避雷器泄漏电流传感器供电电源0V输入；IA-4: A相避雷器泄漏电流传感器电流输入；所述B相泄露电流传感器与B相避雷器泄漏电流传感器接线端子IB连接，其中IB-1: B相避雷器泄漏电流传感器供电电源+12V输入；IB-2: B相避雷器泄漏电流传感器供电电源-12V输入；IB-3: B相避雷器泄漏电流传感器供电电源0V输入；IB-4: B相避雷器泄漏电流传感器电流输入；所述C相泄露电流传感器与C相避雷器泄漏电流传感器接线端子IC连接，其中IC-1: C相避雷器泄漏电流传感器供电电源+12V输入；IC-2: C相避雷器泄漏电流传感器供电电源-12V输入；IC-3: C相避雷器泄漏电流传感器供电电源0V输入；IC-4: C相避雷器泄漏电流传感器电流输入。

本发明的积极有益效果：

1、本发明公开了一种避雷器阻性电流与谐波电流分析方法，避雷器信息采集→避雷器数据计算→避雷器智能分析→避雷器智能决策→避雷器决策信息发送，其中对避雷器的全电流、角度、阻性电流进行各自分析后，对避雷器健康状况做综合分析，自动生成决策报告并发送，方便运维检修人员进行人工判断，提高数据测量准确度，提高运维智能化，信息化。

2、本发明实时进行数据采集，可以每5分钟采集一次综合数据，通过数据、曲线，可以了解避雷器实时状态在每天、每周、每季度、每年中的变化规律，结合母线电压值、温湿度、避雷器生产厂家等信息建立避雷器特征库，并不断扩充该特征库，给之后的判断工作带来了便利。

3、本发明通过实时采集、分析、处理避雷器阻性电流、谐波等各项全数据，实现对避雷器运行状态的实时监测和分析，发现问题及时报警，能够使检修人员针对性的作业，提高工作效率、减轻劳动强度。

4、本发明能够保证主设备安全运行，提高整个电网的供电可靠性；装置可代替避雷器现场带电试验和停电试验，减少停电带来的直接经济损失，现场监测装置只与一次设备有磁的联系，没有电的联系，安装不改变原设备的任何接线及运行方式，不会对一次系统造成任何干扰和影响，安全性高。

5、本发明中阻性电流监测真实准确，可以和通过电科院检测的避雷器带电测试仪进行数据比对，通过校准系数的修改和下载，使数据长期保持准确有效，且系统采用统一屏蔽，具备屏蔽避雷器泄露电流功能，保证整体在恶劣电磁环境下正常运行，抗干扰性强。

附图说明

图1是本发明避雷器阻性电流与谐波电流分析方法的流程示意图；

图2是本发明避雷器阻性电流与谐波电流分析方法中泄漏电流系统采集结构图；

图3是本发明避雷器阻性电流与谐波电流分析方法中不锈钢箱体内部结构图；

图4是本发明避雷器阻性电流与谐波电流分析方法中采集模块连接框图；

图5是本发明避雷器阻性电流与谐波电流分析方法中采集的FFT数据图；

图6是本发明避雷器阻性电流与谐波电流分析方法中FFT时域波形图；

图7是本发明避雷器阻性电流与谐波电流分析方法中FFT频谱中相同频率点上的值矢量叠加效果图；

图8是本发明避雷器阻性电流与谐波电流分析方法中避雷器泄露电流单周期512点FFT物理分辨率正弦信号图；

图9是本发明避雷器阻性电流与谐波电流分析方法中阻性电流和全电流关系图。

具体实施方式

下面结合附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和具体实施例对本发明作进一步的解释和说明：

实施例：一种避雷器阻性电流与谐波电流分析方法，包括以下步骤：

S1：在变电站现场进行避雷器在线监测信号的采集和避雷器铭牌信息的录入；

避雷器在线监测信号的采集：在避雷器支柱上间隔安装避雷器在线监测不锈钢箱体，箱体内部设置有走线槽、采集模块、电源模块、通讯模块和空气开关，并且在避雷器底座和计数器之间串联避雷器泄露电流传感器，将避雷器泄露电流转换成二次信号，通过电流传感器线缆输入到避雷器在线监测不锈钢机箱内部的采集模块上，机箱内部的采集模块将泄露电流进行采样，并将模数转换值通过4G无线物联网GPRS网络传输到远方云服务器上的分析平台；

避雷器铭牌信息的录入：通过变电站现场拍照、PMS信息导出、档案查询方式，将变电站名称、线路号、避雷器类型、型号、电压等级、额定电压、持续运行电压、生产厂家、生产时间、投入运行时间、使用年限、备注等信息录入分析平台；

S2：分析平台对采集的电压、电流数据进行如下计算：

1）FFT计算

分析平台根据电流、电压幅值大小，选择避雷器泄露电流单周期512点FFT正弦信号进行A/D采样，然后进行FFT计算，A/D采样选取TI公司的ADS8558；

FFT实现方法：运算结果是矢量，有相位信息，采集的FFT数据，既包含幅度信息，也包含相位信息；各个信号频率分量的相位决定信号在时域的具体波形；FFT的物理分辨率为：采样率/采样点数，且分析信号频率为该值的整数倍；

2）全电流计算

全电流有效值仅含基波、3次、5次、7次谐波，计算公式如下：

Ix=

3）阻性电流计算

计算公式如下：

Ir= Ix cosΦ

其中， Ix为全电流，Ir为阻性电流，Φ值由线路板测量得出；

S3：对实时采集的避雷器数据进行分析评判，自动和每个变电站内每个避雷器的标准限值比较，判断是否超限，从而能够感知单相避雷器的状态；

1）全电流测试值分析，按如下步骤做出判断：

1.1当全电流测试值≤全电流标准限值×40%时，全电流测试值数据有干扰；

1.2当全电流标准限值×40%＜全电流测试值≤全电流标准限值×70%时，全电流测试值状态优；

1.3当全电流标准限值×70%＜全电流测试值≤全电流标准限值×100%时，全电流测试值状态良；

1.4当全电流测试值＞全电流标准限值×100%时，全电流测试值状态差；

2）角度测试值分析，按如下步骤做出判断：

2.1当角度测试值≥90°时，角度测试值数据有干扰；

2.2当85°＜角度测试值≤90°时，角度测试值状态优；

2.3当75°＜角度测试值≤85°时，角度测试值状态良；

2.4当角度测试值≤75°时，角度测试值状态状态差；

3）阻性电流测试值分析，按如下步骤做出判断：

3.1当阻性电流测试值≤阻性电流标准限值×40%时，阻性电流测试值数据有干扰；

3.2当阻性电流标准限值×40%＜阻性电流测试值≤阻性电流标准限值×70%时，阻性电流测试值状态优；

3.3当阻性电流标准限值×70%＜阻性电流测试值≤阻性电流标准限值×100%时，阻性电流测试值状态良；

3.4当阻性电流测试值＞阻性电流标准限值×100%时，阻性电流测试值状态差；

S4：避雷器分析平台根据上述数据进行智能决策，智能决策将全电流测试值分析结果、角度测试值分析结果、阻性电流测试值分析结果进行综合处理；

4.1当“全电流测试值分析结果=优”、并且“角度测试值分析结果=优”、并且“阻性电流测试值分析结果=优”，发送智能决策信息：正常，“各状态量处于稳定且在规程规定的标准限制之内，设备可以正常运行”；

4.2当“全电流测试值分析结果=良”、并且“角度测试值分析结果=良”、并且“阻性电流测试值分析结果=良”，推送智能决策信息：注意，“单相状态量变化趋势朝接近标准限制方向发展，但未超过标准限值，设备仍可以继续运行，但应加强运行中的监视”；

4.3当“全电流测试值分析结果=差”、或者“角度测试值分析结果=差”、或者“阻性电流测试值分析结果=差”，推送智能决策信息：异常，“单项重要状态量变化较大，已接近或略微超过标准限值，设备应重点监视运行，并适时安排停电检修”；

4.4当“全电流测试值分析结果=差”、并且“角度测试值分析结果=差”、并且“阻性电流测试值分析结果=差”，推送智能决策信息：严重，“单项重要状态量严重超过标准限值，设备应尽快安排停电检修”；

S5：将上述的避雷器决策信息进行发送

5.1通过液晶显示：通过和分析平台服务器连接的客户端电脑，运行客户端软件，在其液晶屏幕显示实时数据、智能分析、决策信息，并可进行实时曲线显示、历史曲线查询；

5.2通过声音提示：决策信息在客户端除了液晶显示外，如果决策信息处于异常、严重状态，自动启动声音报警，报警音伴随决策信息发布不间断播放，提醒用户进行决策信息查看，报警音只有当用户进行决策信息确定后才可消除。

5.3通过手机短信发送：用户除了可以通过客户端获取决策信息外，还可通过手机短信的方式获取；用户使用客户端超级用户登陆后台软件，对手机短信接收号码进行添加、设置；设置信息包括：用户名，手机号码，发送时段，发送频率，当避雷器后台软件产生决策信息时，后台软件还对短信接收号码进行短信群发，短信内容包括：变电站名称、线路名称、发生时间、避雷器全电流、

阻性电流、角度、决策信息。

在步骤S1中，采集模块包括A相泄露电流传感器、B相泄露电流传感器、C相泄露电流传感器和采集板，A相泄露电流传感器、B相泄露电流传感器和C相泄露电流传感器将监测到的泄漏电流传给采集板，采集板将泄露电流进行采样，并将模数转换值依次通过ARM板和4G通讯模块无线物联网GPRS网络传输到远方云服务器上的分析平台，A相泄露电流传感器、B相泄露电流传感器、C相泄露电流传感器、采集板、ARM板和4G通讯模块均与电源连接。

采集单元上还设置有避雷器参考电压接线端子U，U-1:避雷器参考电压A/B/C相输入；U-2:避雷器参考电压N相输入，A相泄露电流传感器与A相避雷器泄漏电流传感器接线端子IA连接，其中IA-1: A相避雷器泄漏电流传感器供电电源+12V输入；IA-2: A相避雷器泄漏电流传感器供电电源-12V输入；IA-3: A相避雷器泄漏电流传感器供电电源0V输入；IA-4: A相避雷器泄漏电流传感器电流输入；B相泄露电流传感器与B相避雷器泄漏电流传感器接线端子IB连接，其中IB-1: B相避雷器泄漏电流传感器供电电源+12V输入；IB-2: B相避雷器泄漏电流传感器供电电源-12V输入；IB-3: B相避雷器泄漏电流传感器供电电源0V输入；IB-4: B相避雷器泄漏电流传感器电流输入；C相泄露电流传感器与C相避雷器泄漏电流传感器接线端子IC连接，其中IC-1: C相避雷器泄漏电流传感器供电电源+12V输入；IC-2:C相避雷器泄漏电流传感器供电电源-12V输入；IC-3: C相避雷器泄漏电流传感器供电电源0V输入；IC-4: C相避雷器泄漏电流传感器电流输入。

操作时，自动对避雷器进行信息采集，采集完成后根据采集到的数据进行避雷器数据计算，计算完成后对避雷器进行智能分析，根据分析结果做出避雷器智能决策，最后对避雷器决策信息进行发送，其中对避雷器的全电流、角度、阻性电流进行各自分析后，对避雷器健康状况做综合分析，自动生成决策报告并发送，方便运维检修人员进行人工判断，提高数据测量准确度，提高运维智能化，信息化。