避雷器监测装置

技术领域

本申请涉及雷电监测技术领域，特别是涉及一种避雷器监测装置。

背景技术

避雷器是电力系统中不可或缺一类设备，可起到保护电气设备免受高瞬态过电压危害的作用。当电气设备遭受雷电袭击时，避雷器就在电力系统和大地之间形成一个通道，并使过电压向大地放电，保护电气设备免受过电压造成的损坏。避雷器在释放雷电流的过程中，避雷器承受着雷电流的冲击，因此需要监测避雷器受雷电流冲击而产生的泄漏电流，并持续记录避雷器遭受雷电流冲击的动作次数。

变电站内避雷器常用的避雷器监测器采用机械型或电磁型表计。然而在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的避雷器监测器存在测量结果不准确的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高避雷器测量结果准确性的避雷器监测装置。

一种避雷器监测装置，应用于避雷器，所述装置包括：

第一传感器，设置在避雷器接地引线，用于采集泄漏电流；

泄漏电流处理模块，连接第一传感器；用于对第一传感器采集的泄漏电流进行预处理；

第二传感器，设置在避雷器接地引线，用于采集雷电脉冲；

脉冲处理模块，连接第二传感器；用于对第二传感器采集的雷电脉冲进行预处理；

控制器，分别连接泄漏电流处理模块和脉冲处理模块，用于接收预处理后的泄漏电流和雷电脉冲，并根据预处理后的泄漏电流输出泄漏电流有效值，以及根据预处理后的雷电脉冲输出雷击次数值。

在其中一个实施例中，所述装置还包括定时模块，定时模块与控制器连接；

控制器在未接收到预处理后的泄露电流或者预处理后的雷电脉冲的情况下，启动定时模块，并在定时模块的定时时间到达后进入休眠状态。

在其中一个实施例中，控制器还用于在处于休眠状态的情况下，若接收到预处理后的泄露电流或者预处理后的雷电脉冲，则由休眠状态进入工作状态。

在其中一个实施例中，所述装置还包括显示模块，显示模块连接控制器，用于实时显示泄漏电流有效值和雷击次数值。

在其中一个实施例中，所述装置还包括通信模块；

通信模块连接控制器，用于将泄漏电流有效值和雷击次数值传输到终端。

在其中一个实施例中，泄漏电流处理模块包括信号放大单元和第一干扰隔离单元；

信号放大单元连接第一传感器，用于放大泄漏电流；

第一干扰隔离单元分别连接信号放大单元和控制器，用于滤除放大后的泄漏电流中的干扰信号并进行隔离处理。

在其中一个实施例中，脉冲处理模块包括脉冲展宽单元和第二干扰隔离单元；

脉冲展宽单元连接第一传感器，用于展宽雷电脉冲；

第二干扰隔离单元分别连接脉冲展宽单元和控制器，用于滤除展宽后的雷电脉冲中的干扰信号并进行隔离处理。

在其中一个实施例中，所述装置还包括屏蔽壳体，屏蔽壳体内设有泄漏电流处理模块、脉冲处理模块和控制器；

屏蔽壳体用于提高控制器的抗干扰能力。

在其中一个实施例中，所述装置还包括电源模块；电源模块包括锂电池和太阳能电池；

锂电池分别连接控制器、泄漏电流处理模块和脉冲处理模块，用于为控制器、泄漏电流处理模块和脉冲处理模块供电；

太阳能电池连接锂电池，用于为锂电池充电。

在其中一个实施例中，第一传感器和第二传感器均为罗氏线圈传感器。

上述避雷器监测装置通过第一传感器采集泄漏电流，并通过泄漏电流处于模块对泄漏电流进行预处理，从而可以减少泄漏电流中的干扰信号，以提高泄漏电流的测量结果准确性；通过第二传感器采集雷电脉冲，并通过脉冲处理模块对雷电脉冲进行预处理，从而可以减少雷电脉冲的干扰信号，以提高测量雷击次数的准确性。通过控制器进一步处理预处理后的泄漏电流和雷电脉冲，得到泄漏电流有效值，以及雷击次数值。如此，可提高避雷器的泄漏电流以及雷击次数的测量结果准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为一个实施例中避雷器监测装置的结构示意图；

图2为一个实施例中泄漏电流处理模块的结构示意图；

图3为一个实施例中脉冲处理模块的结构示意图；

图4为一具体的示例中避雷器监测装置的另一示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

避雷器是电力系统中不可或缺一类设备，它起到保护电气设备免受高瞬态过电压危害的作用。当电气设备遭受雷电袭击时，避雷器就在电力系统和大地之间形成一个通道，并急速使过电压向大地放电，保护电气设备免受过电压造成的损坏。避雷器在释放雷电流的过程中，需要监测避雷器承受雷电流冲击的泄漏电流，并持续记录避雷器遭受雷电流冲击的动作次数。

变电站内避雷器常用的避雷器监测器采用的是机械型或电磁型表计，该表计存在获取的泄漏电流存在着干扰信号，而造成泄漏电流有效值不准确。同时，该表计还存在示数不准、指针脱落等问题，表计的读数也容易受人员观察角度、表盘刻度、光线条件等因素干扰，间接影响了泄漏电流有效值的准确读取。因此妨碍运维人员对避雷器状态的判断，进而导致潜在风险和隐患。同时，现有技术还存在以下问题：

高压避雷器下端是通过在线监测器的低压氧化锌阀片接地，这种结构存在很大安全隐患，如果低压氧化锌阀片故障，母线上的雷电流将不能很好的释放，造成母线过压，危及电网安全运行；大多数避雷器安装在室外，长期处于露天环境，低压氧化锌阀片容易受潮，出现不能计数的现象；由于采用指针式机械表，表头内部的磁钢随着使用时间的增加，逐步退磁，造成泄漏电流测试不准确，偏离了记录值，可能会被误判为避雷器故障；雷击次数采用机械计数器计数，其机械结构容易出现卡死现象，造成雷击次数计数错误；在线监测装置密封老化而进水，会在机械表面起雾，造成雷击计数器观察困难，同时，装置进水会加速阀片受潮老化；在线监测装置的雷击次数和泄漏电流数据要人员到达现场抄录。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种避雷器监测装置，将该装置应用于避雷器，该装置包括：第一传感器110、泄漏电流处理模块120、第二传感器130、脉冲处理模块140和控制器150。

第一传感器110设置在避雷器接地引线，用于采集泄漏电流。

其中，避雷器可以是氧化锌避雷器。

具体地，第一传感器110的感知探头套在避雷器的接地引线上，不影响避雷器的可靠接地。作为一个示例，第一传感器110为电流互感器。

泄漏电流处理模块120连接第一传感器110；用于对第一传感器110采集的泄漏电流进行预处理。

具体地，第一传感器110采集的泄漏电流输入到泄漏电流处理模块120，对泄漏电流进行预处理的方式包括对泄漏电流进行放大、缓冲、定位、滤波、隔离和/或模数转换。

第二传感器130设置在避雷器接地引线，用于采集雷电脉冲。

具体地，第二传感器130的感知探头套在避雷器的接地引线上，不影响避雷器的可靠接地。作为一个示例，雷电流高达几十安培而发生时间很短，可选用罗氏线圈传感器作为第二传感器130。

脉冲处理模块140连接第二传感器130；用于对第二传感器130采集的雷电脉冲进行预处理。

具体地，第二传感器130采集的雷电脉冲信号输入到脉冲处理模块140，对雷电脉冲进行预处理的方式包括对雷电脉冲进行脉冲展宽、滤波和/或隔离。

控制器150分别连接泄漏电流处理模块120和脉冲处理模块140，用于接收预处理后的泄漏电流和雷电脉冲，并根据预处理后的泄漏电流输出泄漏电流有效值，以及根据预处理后的雷电脉冲输出雷击次数值。

其中，雷击次数值为计数数值。

具体地，控制器150对预处理后的泄漏电流进行对比分析，以确认泄漏电流是否有误，确认无误后通过预设的自动补偿程序计算得出泄漏电流有效值；并且控制器150通过计数程序对预处理后的雷电脉冲进行计算得出雷击次数值。作为一个示例，控制器可以是单片机。

进一步地，控制器还可以根据预处理后的雷电脉冲输出雷电流峰值。

上述避雷器监测装置通过第一传感器采集泄漏电流，并通过泄漏电流处于模块对泄漏电流进行预处理，从而可以减少泄漏电流中的干扰信号，以提高泄漏电流的测量结果准确性；通过第二传感器采集雷电脉冲，并通过脉冲处理模块对雷电脉冲进行预处理，从而可以减少雷电脉冲的干扰信号，以提高测量雷击次数的准确性。通过控制器进一步处理预处理后的泄漏电流和雷电脉冲，得到泄漏电流有效值，以及雷击次数值。如此，可提高避雷器的泄漏电流以及雷击次数的测量结果准确性。

在一个实施例中，所述装置还包括定时模块，定时模块与控制器连接；

控制器在未接收到预处理后的泄露电流或者预处理后的雷电脉冲的情况下，启动定时模块，并在定时模块的定时时间到达后进入休眠状态。

具体地，在没有雷电流冲击避雷器的情况下，也即没有雷击的情况下，第一传感器采集不到泄漏电流，第二传感器采集不到雷电脉冲，控制器也就接收不到预处理后的泄露电流和雷电脉冲，控制器启动定时模块，以使计时模块进入计时状态，定时模块的定时时间到达后，控制器接收到定时结束信号，控制器进入休眠状态。

本实施例中，在没有雷击的情况下，控制器进入休眠状态，可以实现避雷器监测装置的低功耗。

在一个实施例中，控制器还用于在处于休眠状态的情况下，若接收到预处理后的泄露电流或者预处理后的雷电脉冲，则由休眠状态进入工作状态。

具体地，控制器在处于休眠状态的情况下，若雷击到来，则接收到预处理后的泄露电流或者预处理后的雷电脉冲，则预处理后的泄露电流或者预处理后的雷电脉冲激活控制器。作为一个示例，若雷击到来，预处理后的雷电脉冲输入到单片机中，激活单片机的计算机程序，单片机对输入的雷电脉冲进行处理以进行计数得到雷击次数值。

在一个实施例中，所述装置还包括显示模块，显示模块连接控制器，用于实时显示泄漏电流有效值和雷击次数值。

具体地，控制器得到泄漏电流有效值和雷击次数值后，将泄漏电流有效值和雷击次数值输送到显示模块，以使显示模块实时显示泄漏电流有效值和雷击次数值。可以理解，控制器可以根据预处理后的泄漏电流得到泄漏电流有效值，可直接将泄漏电流有效值输送到显示模块，而再进行对预处理后的雷击脉冲的计数；控制器也可以根据预处理后的泄漏电流得到泄漏电流有效值，并且根据预处理后的雷电脉冲得到雷击次数值后，将泄漏电流有效值和雷击次数值同时输送到显示模块。

本实施例中，显示模块实时显示泄漏电流有效值和雷击次数值，以方便操作人员随时查看避雷器监测装置的泄漏电流有效值和雷击次数值。

在一个实施例中，所述装置还包括通信模块；通信模块连接控制器，用于将泄漏电流有效值和雷击次数值传输到终端。

其中，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑

具体地，控制器得到泄漏电流有效值和雷击次数值后，将泄漏电流有效值和雷击次数值输送到终端。可以理解，控制器可以根据预处理后的泄漏电流得到泄漏电流有效值，可直接将泄漏电流有效值输送到终端，而再进行对预处理后的雷击脉冲的计数；控制器也可以根据预处理后的泄漏电流得到泄漏电流有效值，并且根据预处理后的雷电脉冲得到雷击次数值后，将泄漏电流有效值和雷击次数值同时输送到终端。

本实施例中，通过通信模块将泄漏电流有效值和雷击次数值输送到终端，不需要操作人员现场抄录数据，提高了方便性。

在一个实施例中，所述装置还包括温度传感器和湿度传感器；温度传感器连接通信模块，以将避雷器周围环境的温度通过通信模块传输到终端；湿度传感器连接通信模块，以将避雷器周围环境的湿度通过通信模块传输到终端。

进一步地，避雷器监测装置可通过LoRa或NB-IoT窄带远程接入技术，将避雷器运行状态数据实时传送到数据云平台，数据云平台将避雷器运行状态数据传输到终端。可由操作人员对避雷器运行状态数据进行分析。若需要避雷器监测装置能在更广泛区域内随时连接到数据云平台，可选用NB-IoT窄带远程接入技术，以保证实时数据准确、可靠交互。若避雷器监测装置距离城区较远，蜂窝信号较差，则使用LoRa通信计数能够降低设备数据输送难度，节约数字化改造成本。

在一个实施例中，数据云平台兼顾智能监测系统。其中，智能监测系统包括数据接收、数据显示、数据分析、数据统计管理、雷击次数提示、泄露电流超值报警。智能监测系统能接收所有安装的避雷器监测装置运行状态数据并显示在监控屏幕；智能监测系统对避雷器运行状态数据进行分析，判断避雷器运行情况及存在的缺陷和问题，及时做出提示或报警；智能监测系统还对数据进行统计管理并保存，方便值班人员查询、调用；智能监测系统还能与终端连接，在终端软件界面上显示监测数据，使运维人员能够实现远程抄录。

在一个实施例中，如图2所示，泄漏电流处理模块包括信号放大单元310和第一干扰隔离单元320；信号放大单元310连接第一传感器，用于放大泄漏电流；第一干扰隔离单元320分别连接信号放大单元310和控制器，用于滤除放大后的泄漏电流中的干扰信号并进行隔离处理。

具体地，信号放大单元310放大第一传感器采集的泄漏电流，输出放大后的泄漏电流到第一干扰隔离单元320，第一干扰隔离单元320中的滤波电路滤除放大后的泄漏电流中的干扰信号，第一干扰隔离单元320中的隔离电路隔离滤波电路滤除干扰信号后的泄漏电流，以得到预处理后的泄漏电流。作为一个示例，信号放大单元310可以是运算放大器。

本实施例中，通过信号放大单元和第一干扰隔离单元对泄漏电流进行预处理，控制器可计算得到更准确的泄漏电流有效值，提高检测泄漏电流的准确性。

在一个实施例中，如图3所示，脉冲处理模块包括脉冲展宽单元410和第二干扰隔离单元420；脉冲展宽单元410连接第一传感器，用于展宽雷电脉冲；第二干扰隔离单元420分别连接脉冲展宽单元410和控制器，用于滤除展宽后的雷电脉冲中的干扰信号并进行隔离处理。

具体地，脉冲展宽单元410展宽第二传感器采集的雷电脉冲，输出展宽后的雷电脉冲到第二干扰隔离单元420，第二干扰隔离单元420中的滤波电路滤除放大后的泄漏电流中的干扰信号，第二干扰隔离单元420中的隔离电路隔离滤波电路滤除干扰信号后的雷电脉冲，以得到预处理后的雷电脉冲。作为一个示例，脉冲展宽单元410可以是主要由运算放大器组成的脉冲展宽电路。

本实施例中，通过脉冲展宽单元和第二干扰隔离单元对雷电脉冲进行预处理，控制器可计算得到更准确的雷击次数值，提高检测雷击次数的准确性

进一步地，第一干扰隔离单元和第二干扰隔离单元可以是同一个干扰隔离单元。

在一个实施例中，所述装置还包括屏蔽壳体，屏蔽壳体内设有泄漏电流处理模块、脉冲处理模块和控制器；屏蔽壳体用于提高控制器的抗干扰能力。

其中，屏蔽壳体可以是铝合金屏蔽外壳或工程塑料成型外壳。

本实施例中，屏蔽壳体可以保证控制器的抗干扰能力，以提高检测的泄漏电流有效值和雷击次数值的准确性。

在一个实施例中，所述装置还包括电源模块；电源模块包括锂电池和太阳能电池；锂电池分别连接控制器、泄漏电流处理模块和脉冲处理模块，用于为控制器、泄漏电流处理模块和脉冲处理模块供电；太阳能电池连接锂电池，用于为锂电池充电，还用于连接太阳能板，以使太阳能板对其充电。

进一步地，所述装置还包括电池保护电路，以实时监测锂电池的电压和充放回路的电流，以防止电池发生恶劣的损坏。

在一个实施例中，第一传感器和第二传感器均为罗氏线圈传感器。

其中，罗氏线圈传感器是以罗氏线圈为探头的传感器。

具体地，罗氏线圈传感器可以采集数值较大的电流，并输出较小数值的电流，以采集到数值较大的雷电脉冲；同时也可以采集数值较小的避雷器的泄漏电流。

本实施例中，罗氏线圈是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈，输出信号是电流对时间的微分，通过对输出的电压信号进行积分的电路，可真实还原输入电流。罗氏线圈具有电流实时测量、响应迅速、不会饱和、相位误差小等。该监测装置采用罗氏线圈采集雷电脉冲和泄漏电流，能很好的捕捉到瞬间雷电信号。

在一个具体的示例中，如图4所示，避雷器监测装置包括屏蔽壳体501、第一传感器502、放大单元503、第一干扰隔离单元504、第二传感器505、脉冲展宽单元506、第二干扰隔离单元507、控制器508、定时模块509、显示模块510、通信模块511、锂电池512和太阳能电池513。

具体地，放大单元503、第一干扰隔离单元504、脉冲展宽单元506、第二干扰隔离单元507、控制器508、定时模块509、显示模块510、通信模块511、锂电池512和太阳能电池513设置在屏蔽壳体501内；第一传感器502和第二传感器505均套在避雷器的接地引线上；第一传感器502、放大单元503、第一干扰隔离单元504依次连接；第二传感器505、脉冲展宽单元506、第二干扰隔离单元507依次连接；控制器508分别连接第一干扰隔离单元504、第二干扰隔离单元507定时模块509、显示模块510、通信模块511和锂电池512；太阳能电池513连接锂电池512。

在一个具体的实施例中，控制器为高速处理芯片，所述装置包括高频电流峰值采样电路、高频电流平均值采样电路、高频信号放大电路、高速模数处理电路；从设计、整机布局作最优化处理，选用高性能、低功耗、高速度的芯片，达到微纳秒级信号处理能力。

在一个实施例中，所述装置采用锂电池供电及太阳能电池辅助供电，在室外保证长期工作，低功耗设计是该产品又一显著特点。为能够工作更长的时间，产品采用低功耗、低电压的高性能微处理芯片，低功耗高性能信号采集芯片、低功耗高性能运算放大器及低功耗高速模数等元器件，确保装置在室外长期正常运行。

在一个实施例中，电力避雷器都安装在户外，特别是线路电力避雷器，其所处的环境更为恶劣，为满足户外恶劣环境现状，该监测装置采用金属或工程塑料成型外壳，内部电子线路板用硅橡胶注入元器件与屏蔽盒之间的空间及引线的空隙固化封闭，防止电子线路板受潮而失效。所用外壳表面采用耐久性处理，满足长时间户外环境；所用元器件和固化封闭材料采用高性能、耐老化材料。

在一个实施例中，采用NB-IoT窄带物联网接入技术，提供一种高接入、高覆盖、低功耗、低成本的远程监控方案。NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。NB-IoT覆盖能力强，不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。NB-IoT低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池使用寿命是最本质的需求。NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的。以中国移动为例，900MHZ里面有一个比较宽的频带，只需要清出来一部分2G的频段，就可以直接进行LTE和NB-IoT的同时部署。低速率、低功耗、低带宽同样给NB-IoT芯片以及模块带来低成本优势。

在一个实施例中，LoRa(Long Range Radio，远距离无线电)，它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。

在本说明书的描述中，参考术语“一个示例”、“具体的示例”、“具体的实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。