[0001] 本发明涉及避雷器运行状态检测技术领域，具体为一种避雷器运行状态检测方法和装置。

[0002] 在电力系统中，金属氧化物避雷器作为过电压保护设备之一，其不仅影响电气设备安全运行，同时也对电力系统的经济效益，尤其是对超高压输电系统主干网的运行可靠性，具有重要的影响。

[0003] 雷害是影响电网运行安全主要因素之一，因雷击导致的配电线路跳闸故障在总配网故障中所占的比例超过60％。一旦受到雷击损坏，会直接影响到电网的安全可靠运行，且造成不可预料的严重后果。在电力系统中，金属氧化物避雷器作为过电压保护设备之一。金属氧化物避雷器受大气温度、湿度以及感应、操作和雷电过电压等因素影响发生老化劣化，这些因素影响下的避雷器内部的一些绝缘缺陷往往并无预防性试验下的明显特征，光靠预防性试验无法真实反映金属氧化物避雷器的真实绝缘情况。但由于避雷器数量大、分布广，带来了巨大的日常运维、停电检修、故障处理的人力和经济压力。而现场所使用的表针式监视器已完全不能满足现在电网运行检修的要求。

[0004] 氧化巧避雷器的总体故障率相对较低，但也有多起外部或内部原因造成的故障，其主要的原因：

[0005] 1、内部受潮引起的故障；

[0006] 2、氧化巧阀片老化引起的故障；

[0007] 3、环境污秽影响引起避雷器损坏；

[0008] 4、异常运行条件及其它原因引起避雷器事故。

[0009] 因为氧化巧避雷器在系统中的重要作用，真运行状况直接关系到电网运行稳定性，因此关注其自身运行状况就是非常重要的工作。而现场所使用的表针式监视器已完全不能满足现在电网运行检修的要求，因此必须引入在线监测技术，提高整个电网安全稳定运行水平。

[0049] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0050] 实施例1

[0051] 请参阅图1‑图10，本发明提供一种避雷器运行状态检测装置，包括高压电1、避雷器本体2、避雷器运行状态检测组嵌入式设备11、上位机管理软件10和穿线电流互感器3；

[0052] 所述避雷器本体2分别与高压电1和穿线电流互感器3之间电性连接，所述穿线电流互感器3与避雷器运行状态检测嵌入式设备11电性连接，所述避雷器运行状态检测嵌入式设备11与上位机管理软件9之间信号连接；

[0053] 所述避雷器运行状态检测嵌入式设备11由AC‑DC电源模块10、电流转电压放大器4、ADC5、主控制器6、显示屏7和通讯模块8组成，所述电流转电压放大器4与ADC5之间电性连接，所述ADC5与主控制器6之间电性连接，所述主控制器6分别与AC‑DC电源模块10、通讯模块8和显示屏7电性连接。

[0054] 所述通讯模块8采用4G物联网模块，通讯模块8云管理平台远程设置雷电流报警阈值、漏电流报警阈值，具有故障报警功能，通讯数据传输自身加密。通讯模块8采用4G物联网模块，可远距离实时传送主控制器6的数据。

[0055] 所述主控制器6的电路如下：

[0056] U1的第37引脚接有R32，U1的第41引脚接有T3，U1的第58引脚接有D7，D7的一端接有R83，U1的第57引脚接有D3，D3的一端接有R84，U1的第56引脚接有S2，U1的第6引脚接有D3，U1的第94引脚接有R21，U1的第14引脚分别接有R26、C43以及S3，C43和S3之间并联。

[0057] 所述AC‑DC电源模块10把220v交流电转换为12v、5V、3.3V三组直流电，给系统各模块进行供电。

[0058] 所述主控制器6采用STM32F103芯片，STM32F103芯片为微控制器采用Cortex‑M3内核，CPU最高速度达72MHz。主控制器6采用STM32F103芯片，STM32F103芯片为微控制器采用Cortex‑M3内核，CPU最高速度达72MHz，该产品系列具有16KB‑1MB Flash、多种控制外设、USB全速接口和CAN。采用此芯片采集电流和电压信号并进行计算，把避雷器本体2的放电次数、基波阻性电流通过通讯模块8传送给上位机管理软件9，并同时在显示屏7上显示。

[0059] 所述显示屏7的尺寸为7寸，用于显示放电次数、基波阻性电流及避雷器的工作状态。

[0060] 所述AC‑DC电源模块10的电路如下：

[0061] 第一个TPS5430DDAR的第4引脚分别接有R202和R201，R201的一端分别接有15uh、C203和R203，15uh的一端分别接有D201、C202以及TPS5430DDAR的第8引脚，D201的一端接在C203的一端上，R203的一端分别接有C204和C205，C201和C205之间并联，第一个TPS5430DDAR的第6引脚和第9引脚相接后接在C201的一端上，C201的另一端接有10uf，10uf的一端接在第一个TPS5430DDAR的第7引脚上；

[0062] 第二个TPS5430DDAR的第4引脚分别接有R302和R301，R301的一端分别接有15uh、C303和R303，15uh的一端分别接有D301、C302以及TPS5430DDAR的第8引脚，D301的一端接在C303的一端上，R303的一端分别接有C304和C305，C301和C305之间并联，第一个TPS5430DDAR的第6引脚和第9引脚相接后接在C301的一端上，C301的另一端接有10uf，10uf的一端接在第一个TPS5430DDAR的第7引脚上。

[0063] 所述通讯模块8的电路如下：

[0064] U2的第9引脚接有D9，D9的一端接有R14，U2的第19引脚接有S1，2的第15引脚接有D10，U2的第13引脚和第14引脚相接后接有C75。

[0065] 避雷器运行状态检测嵌入式设备11采用高精度零磁通传感器、数字滤波和多通道协同采样技术，测量精度高，避雷器阻性电流的测量误差小于1％，电容型设备的电容量和介质损耗因数的测量误差小于0.5％；采用锁相环技术自动跟踪电网频率，解决快速傅立叶变换中的频谱泄漏问题，防止电网频率波动对测量的影响；抗干扰能力强，采用多层屏蔽技术，有效屏蔽电场和磁场干扰，可稳定工作在电磁干扰严重的场所；采用多级防雷技术，抑制来自电源线、信号线或数据线的雷电危害，保证在线监测装置及其传感器的安全；采用模块化设计，所有在线监测装置可采用相同的硬件设备，易于维护；采用分布式结构，组网灵活，增加或减少监测装置都不影响系统结构；就地测量，数字化传输，彻底解决模拟信号传输过程中的失真问题；支持IEC619850协议，既可纳入智能变电站一体化监控系统，也可作为独立的避雷器及电容型设备在线监测系统。

[0066] 避雷器运行状态检测嵌入式设备11在使用时，首先检查避雷器运行状态检测嵌入式设备11的外观有无破损、电流表指针是否在零位；安装时，现将避雷器运行状态检测嵌入式设备11的接地安装端面进行处理，以保证可靠接触；避雷器运行状态检测嵌入式设备11应串接于避雷器本体2与地之间。

[0067] 避雷器运行状态检测嵌入式设备11注意事项如下：

[0068] 1.检测器本体2有故障后，请及时返回生产厂家处理。

[0069] 2.避雷器运行状态检测嵌入式设备11请严格按照本手册的规定使用，否则可能会破坏测试仪提供的保护措施。

[0070] 3.避雷器运行状态检测嵌入式设备11切勿在爆炸性的气体或蒸汽附近使用采集单元。

[0071] 4.采集单元在有强磁干扰的环境中使用时，请注意输入线的屏蔽，输出信号线应尽可能短。集中安装时，最小安装间隔不应小于10mm。

[0072] 5.安装使用时切忌不可拆卸、松动已紧固的螺母、螺钉，防止破坏产品的密封性能。

[0073] 6不得在检测系统两端直接施加工频电压。

[0074] 7.检测器检验时，通过的稳态电流不得大于20mA。

[0075] 避雷器运行状态检测嵌入式设备11的监测参数指标如下表：

[0076]

[0077] 避雷器运行状态检测嵌入式设备11的工作环境要求如下表：

[0078] 1 环境温度 ‑40℃～+70℃2 环境湿度 ≤95％
3 防护等级 IP66

[0079] 实施例2

[0080] 一种避雷器运行状态检测方法，

[0081] 原理：避雷器电阻R存在非线性即i≥3，阻性电流中必然存在3次谐波分量。1个50Hz基波对应3个三次谐波的波形，其中的1个三次谐波过零点与基波过零点重合，即“同相”，另两个分别与基波相差120°和60°(或240°)，亦即，通过测量三次谐波的相位，可以推算出基波的相角有3种可能结果。而已知，基波的相位与全电流的相位相差接近90°。得到基波电压的相位后，通过全电流进行傅利叶分解，即可得到容性电流向量，再用全电流减去容性电流即可得到阻性电流。

[0082] 具体检测方法如下：

[0083] 步骤一、通过避雷器运行状态检测嵌入式设备11获取避雷器本体2的全电压ux和全电流ix；

[0084] 步骤二、将检测到的避雷器本体2电压值ux和电流值ix进行谐波分析，根据傅里叶变换，获得：电压基波u0、电流基波i0、电压各次谐波ukm及其谐波初相位αk、电流各次谐波ikm及其谐波初相位βk；

[0085] 步骤三、与校准的基波分量、谐波分量进行比较，获得电压与电流的基波增加量Δu0和Δi0、谐波增加量Δukm和Δikm；

[0086] 步骤四、绘制Δu0、Δi0、Δukm和Δikm的变化曲线；

[0087] 步骤五、分别与所设置的避雷器本体2状态矩阵告警阈值进行比较，形成避雷器本体2的状态信息报告，发送至上位机管理软件9。

[0088] 所述步骤一中将将电流信号的幅度、和时间设置阈值，超过设置时间范围内电流幅值超过阈值的作为雷击一次，并发送到平台；

[0089] 避雷器本体2主要有两类故障情况：阀片劣化和受潮。全电流和基波阻性电流都能够表征这两类故障。因为当避雷器本体2发生内部故障时，阀片内部发热，有功消耗增加，流过阀片的阻性电流大幅度增加，而容性电流却没有明显的变化；当故障再严重时，全电流也将增大。但在H次谐波电流和H次阻性电流的表征特性上，大家有所差异。研究表明，阀片具有明显的分线性特性。因此，在电力系统的运行电压正常条件下，当避雷器本体2受潮时，阻性电流的基波分量明显增大，相反，其高次谐波分量的增加量却相对较小；而当避雷器本体2的阀片的使用时间过长而出现老化后，阻性电流基波分量增加量较小，但阻性电流的高次谐波分量却明显増加。故上述研究表明，通过监测手段采集避雷器本体2全电流和泄漏电流中阻性分量的变化，尤其是阻性电流的变化，可以有效的判断避雷器的工作状态，这对于避雷器监测装置的研究具有重要的意义。

[0090] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。