一種避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括空心線圈、無源積分器、集成電光調制器、光源、第一光纖、第二光纖、光探測器和采集裝置。所述空心線圈和無源積分器對避雷器放電電流進行無源測量，集成電光調制器將所測得電信號轉換為光信號，控制室端的光探測器和采集裝置將接收光信號轉換為電信號并進行記錄。解決了避雷器端供電容易受地電位抬升造成的電路損壞問題。解決了信號傳輸易受干擾問題，同時實現了避雷器端與控制室的有效安全絕緣。
【專利說明】
一種避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及高壓設備性能檢測技術領域，具體涉及一種避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]雷擊跳閘是高壓輸電系統(tǒng)產生跳閘故障的主要原因。避雷器作為電力系統(tǒng)的重要設備，可以有效的保護電力設備。當被保護設備在正常工作電壓下運行時，避雷器不會產生作用，對地面來說視為斷路。一旦出現危及被保護設備的沖擊電壓時，避雷器立即動作，將高電壓沖擊電流導向大地，限制電壓幅值，保護電氣設備絕緣，從而有效限制雷電過電壓對電力設備的危害，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。流過避雷器的放電電流通常達到幾千安至幾十千安，避雷器放電電流的準確測量，對線路避雷器運行狀態(tài)精確評估具有重要的作用。
[0003]由于目前避雷器主要使用安裝于線路避雷器底部的指針式表盤對流過避雷器的沖擊放電電流進行計數，無法有效獲取避雷器放電電流的幅值、波形、極性等關鍵信息?，F有避雷器在線監(jiān)測裝置僅能夠監(jiān)測避雷器的泄漏電流，無法實現放電電流的測量。授權號為CN102998511B發(fā)明專利公開的“一種避雷器放電電流監(jiān)測裝置”，采用無線數據傳輸方式與終端進行數據傳輸，容易受到變電站內高頻放電干擾信號的影響，同時其變電站內使用220V交流供能方式，變電站設備故障造成地電位抬升時，容易損壞監(jiān)測裝置電路。授權專利號為CN103197134B發(fā)明專利公開的“一種避雷器用在線數據采集裝置”，同樣采用無線數據傳輸方式和220V交流供能方式，面臨電磁干擾和地電位抬升問題。
[0004]因此，有必要設計一種能夠解決上述問題的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服上述現有技術的不足，本發(fā)明提供一種避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，采用集成光學器件實現放電電流測量信號的傳輸，克服了無線信號傳輸容易受變電站內高頻放電干擾信號的影響。同時本系統(tǒng)避雷器端為無源系統(tǒng)，克服了地電位抬升造成的電路容易損壞問題。
[0006]為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0007]—種避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，包括空心線圈I，無源積分器2，集成電光調制器3，光源4，第一光纖5，第二光纖6，光探測器7，米集裝置8 ；
[0008]所述第一光纖5為保偏光纖；
[0009]所述空心線圈I套于避雷器接地引線外；
[0010]所述空心線圈I的輸出的電壓信號經無源積分器2后施加到集成電光調制器3的電光晶體上;光源4經第一光纖5連接集成電光調制器3的光輸入端;集成電光調制器3的光輸出端經第二光纖6連接光探測器7的輸入端;光探測器7的輸出端與采集裝置8相連。
[0011]所述集成電光調制器3包括上電極9、下電極10、光波導通道11和鈮酸鋰晶體12;
[0012]集成電光調制器利用鈮酸鋰晶體12的線性電光效應，即鈮酸鋰晶體12內通過的光信號相位受施加在其表面電場的影響產生變化。為了實現系統(tǒng)的小型化，集成電光調制器3采用集成光波導技術制成。光波導通道11采用刻蝕工藝直接制作于鈮酸鋰晶體12表面，包括光輸入端、兩條相同長度的光波導中間通道和光輸出端;兩條光波導中間通道的兩端均與光輸入端和光輸出端相連;輸入集成電光調制器3的激光信號被等分為幅值相同的兩路激光信號，兩路激光信號通過兩條光波導中間通道后進行干涉，輸出單路光信號，光信號的強度與兩條光波導中間通道中光的相位差成正比；
[0013]上電極9和下電極10由銀等金屬材料制成，為兩片厚度為毫米級的T型金屬片;兩片T型金屬片的頭部在水平方向上平行粘于一條光波導中間通道的兩邊，在垂直方向上與該光波導中間通道錯開一定距離;兩片T型金屬片的尾部分別連接無源積分器2的兩根輸出引線。
[0014]T型金屬片垂直方向上與該光波導中間通道錯開一定距離；(I)便于上電極9和下電極10連接無源積分器2的輸出引線；(2)光波導通道相當于在晶體上挖了一道水渠，金屬片放在晶體表面，兩者垂直方向錯開一定距離。
[0015]當無源積分器2輸出電壓信號時電極間產生的電場，電光效應使該條光波導中間通道中激光相位產生變化，兩條光波導中間通道中兩束激光的相位差使得干涉輸出光強度發(fā)生變化，輸出光強與輸入電壓呈正比關系，即與放電電流呈正比關系。
[0016]所述空心線圈I通過非接觸式進行避雷器放電電流測量，并將避雷器放電電流信號轉化為等比縮小的微分電壓信號；
[0017]所述無源積分器2，無需單獨提供電源，用于對空心線圈I輸出的微分電壓信號進行積分處理；
[0018]所述光源4用于輸出持續(xù)激光信號；
[0019]所述第一光纖5用于將光源4輸出的激光信號傳輸至集成電光調制器3內；
[0020]所述集成電光調制器3用于將無源積分器2輸出的電信號轉化為光信號；
[0021]所述第二光纖6用于將集成電光調制器3輸出的光信號傳輸至光探測器7;
[0022]所述光探測器7用于將光信號轉換為電信號，并對電信號進行幅值調整和阻抗匹配；
[0023]所述采集裝置8用于采集和記錄光探測器7輸出電信號。
[0024]為了保證測量的一致性，避免導線纏繞式空心線圈由于纏繞質量不均帶來的測量分散性，所述空心線圈I采用印制電路板制作而成的空心線圈。。
[0025]所述無源積分器2使用電阻和電容組成的無源RC積分器。
[0026]所述光源4為1550nm激光器。由于1550nm波長的光器件和芯片已經非常成熟，成本較低，因此采用1550nm激光器作為光源4。光源4安置于變電站監(jiān)控室內，傳輸范圍可高達數千米。
[0027]所述第一光纖5為保偏光纖。由于輸入光的偏振態(tài)會影響集成電光調制器3的輸出光強度，為了保證輸入集成電光調制器3光信號偏振態(tài)的穩(wěn)定，因此光源4與集成電光調制器3使用第一光纖5傳輸光信號，保偏光纖兩端使用FC接頭實現光親合。
[0028]所述第二光纖6為單模光纖，，單模光纖兩端使用使用FC接頭實現光耦合。
[0029]所述光探測器7包括PIN光電二極管、信號放大電路和阻抗匹配電路;PIN光電二極管將光信號轉換為電信號，信號放大電路和阻抗匹配電路對電信號進行幅值調整和阻抗匹配。
[0030]所述采集裝置8為變電站已配置的故障錄波設備。由于變電站具有成熟的故障錄波設備，可使用故障錄波設備作為采集裝置，當有避雷器放電電流時，故障錄波裝置進行波形、時標等記錄工作。利用現有設備，可提高系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)成本。
[0031]—種避雷器放電電流監(jiān)測方法，采用上述的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，方法為:
[0032]所述光源4用來輸出持續(xù)激光信號;并通過第一光纖傳輸至集成電光調制器3內；
[0033]空心線圈I通過非接觸式進行避雷器放電電流測量，并將避雷器放電電流信號轉化為等比縮小的微分電壓信號；
[0034]無源積分器2，對空心線圈I輸出的微分電壓信號進行積分處理；
[0035]集成電光調制器3將無源積分器2輸出的電信號轉化為光信號；并通過第二光纖6傳輸至光探測器7 ；
[0036]光探測器7將接收到的光信號轉換為電信號，并進行幅值調整和阻抗匹配；
[0037]采集裝置8采集和記錄光探測器7輸出電信號，得到避雷器放電電流。
[0038]有益效果:
[0039]I)避雷器端放電電流使用無源方法采集，解決了避雷器端供電容易受地電位抬升造成的電路損壞問題。
[0040]2)使用光纖進行信號傳輸，解決了信號傳輸易受干擾問題，同時實現了避雷器端與控制室的有效安全絕緣。
[0041]3)利用變電站現有故障錄波裝置進行數據采集存儲，提高數據采集的可靠性，降低米集成本。
【附圖說明】
[0042]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖；
[0043]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)集成電光調制器示意圖；
[0044]其中:I空心線圈，2為無源積分器，3為集成電光調制器，4為光源，5為第一光纖，6為第二光纖，7為光探測器，8為采集裝置，9為上電極，10為下電極，11為光波導通道，12為鈮酸鋰晶體。
【具體實施方式】
[0045]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0046]如圖1和圖2所示，本發(fā)明公開了一種避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，包括空心線圈I，無源積分器2，集成電光調制器3，光源4，第一光纖5，第二光纖6，光探測器7，采集裝置8，上電極9，下電極10，光波導通道11，鈮酸鋰晶體12。
[0047]所述空心線圈I通過非接觸式進行電流測量，套于接地引線外。為了保證空心線圈I測量的一致性，采用印制電路板制作而成，避免了導線纏繞式空心線圈由于纏繞質量不均帶來的測量分散性。空心線圈I將避雷器放電電流信號轉化為等比縮小的微分電壓信號。
[0048]所述無源積分器2使用電阻和電容組成，無需單獨提供電源，用來對空心線圈I輸出的微分電壓信號進行積分處理。
[0049]所述集成電光調制器3用來將無源積分器2輸出的光信號轉化為光信號，包含上電極9、下電極10、光波導通道11和鈮酸鋰晶體12。其利用鈮酸鋰晶體12的線性電光效應，即鈮酸鋰晶體12內通過的光信號相位受施加在其表面電場的影響產生變化。為了實現系統(tǒng)的小型化，集成電光調制器3采用集成光波導技術制成。光波導通道11采用刻蝕工藝直接制作于鈮酸鋰晶體12表面，輸入集成電光調制器3的光信號被等分為幅值相同的兩路光信號，兩路光信號通過相同長度的光波導后進行干涉，輸出單路光信號，光信號的強度與光波導的相位差成正比。上電極9和下電極10由銀等金屬材料制成，為兩片厚度為毫米級的T型的金屬片，T型一邊在水平方向上平行粘于一條光波導通道的兩邊，垂直方向上與光波導通道錯開一點距離，便于上電極9和下電極10連接無源積分器2的輸出引線。當無源積分器2輸出電壓信號時電極間產生的電場，電光效應使該條光波導通道11中光相位產生變化，兩束光的相位差使得干涉輸出光強度發(fā)生變化，輸出光強與輸入電壓呈正比關系，即與放電電流呈正比關系。
[0050]所述光源4用來輸出持續(xù)激光信號。由于1550nm波長的光器件和芯片已經非常成熟，成本較低，因此采用1550nm激光器作為光源4。光源4安置于變電站監(jiān)控室內，傳輸范圍可高達數千米。
[0051]所述第一光纖5用來將光源4輸出激光信號傳輸至集成電光調制器3內，由于輸入光的偏振態(tài)會影響集成電光調制器3的輸出光強度，為了保證輸入集成電光調制器3光信號偏振態(tài)的穩(wěn)定，因此光源4與集成電光調制器3使用保偏光纖傳輸光信號，保偏光纖兩端使用FC接頭實現光f禹合。
[0052]所述第二光纖6采用單模光纖，用來輸出集成電光調制器3的光信號，使用FC接頭實現光親合。
[0053]所述光探測器7使用PIN光電二極管將光信號轉換為電信號，同時使用信號放大電路，阻抗匹配電路對電信號進行幅值調整和阻抗匹配。
[0054]所述采集裝置8用來采集和記錄光探測器7輸出電信號，由于變電站具有成熟的故障錄波設備，可使用故障錄波作為采集裝置，當有避雷器放電電流時，故障錄波裝置進行波形、時標等記錄工作。利用現有設備，提高數據采集的可靠性，降低采集成本。
[0055]本發(fā)明的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，利用無源傳感和集成光波導實現避雷器放電電流的測量和傳輸，解決了避雷器端供電容易受地電位抬升造成的電路損壞問題，解決了信號傳輸易受干擾問題，同時實現了避雷器端與控制室的有效安全絕緣。同時利用變電站現有故障錄波裝置進行數據采集存儲，提高數據采集的可靠性，降低采集成本。
[0056]以上內容是本發(fā)明【具體實施方式】的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為本發(fā)明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
【主權項】
1.一種避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括空心線圈(I)，無源積分器(2)，集成電光調制器(3)，光源(4)，第一光纖(5)，第二光纖(6)，光探測器(7)，采集裝置(8); 所述第一光纖(5)為保偏光纖； 所述空心線圈(I)套于避雷器接地引線外； 所述空心線圈(I)的輸出的電壓信號經無源積分器(2)后施加到集成電光調制器(3)的電光晶體上;光源(4)經第一光纖(5)連接集成電光調制器(3)的光輸入端;集成電光調制器(3)的光輸出端經第二光纖(6)連接光探測器(7)的輸入端;光探測器(7)的輸出端與采集裝置(8)相連。2.根據權利要求1所述的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述集成電光調制器(3)包括上電極(9)、下電極(10)、光波導通道(11)和鈮酸鋰晶體(12); 光波導通道(11)刻蝕于鈮酸鋰晶體(12)表面，包括光輸入端、兩條相同長度的光波導中間通道和光輸出端;兩條光波導中間通道的兩端均與光輸入端和光輸出端相連； 上電極(9)和下電極(10)為兩片厚度為毫米級的T型金屬片;兩片T型金屬片的頭部在水平方向上平行粘于一條光波導中間通道的兩邊，在垂直方向上與該光波導中間通道錯開一定距離;上電極(9)和下電極(10)的尾部分別連接無源積分器(2)的兩根輸出引線。3.根據權利要求1所述的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述空心線圈(I)采用印制電路板制作而成的空心線圈。4.根據權利要求1所述的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述無源積分器(2)使用電阻和電容組成的無源RC積分器。5.根據權利要求1所述的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述光源(4)為1550nm激光器。6.根據權利要求1所述的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述保偏光纖兩端設有FC接口，使用FC接頭實現光耦合。7.根據權利要求1所述的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述第二光纖(6)為單模光纖，單模光纖兩端設有FC接口，使用使用FC接頭實現光耦合。8.根據權利要求1所述的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述光探測器(7)包括PIN光電二極管、信號放大電路和阻抗匹配電路;PIN光電二極管將光信號轉換為電信號，信號放大電路和阻抗匹配電路對電信號進行幅值調整和阻抗匹配。9.根據權利要求1所述的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述采集裝置(8)為變電站已配置的故障錄波設備。10.—種避雷器放電電流監(jiān)測方法，其特征在于:采用權利要求1?9中任一項所述的避雷器放電電流監(jiān)測系統(tǒng)，方法為: 所述光源(4)用來輸出持續(xù)激光信號;并通過第一光纖傳輸至集成電光調制器(3)內； 空心線圈(I)通過非接觸式進行避雷器放電電流測量，并將避雷器放電電流信號轉化為等比縮小的微分電壓信號； 無源積分器(2)，對空心線圈(I)輸出的微分電壓信號進行積分處理； 集成電光調制器(3)將無源積分器(2)輸出的電信號轉化為光信號；并通過第二光纖(6)傳輸至光探測器(7); 光探測器(7)將接收到的光信號轉換為電信號，并進行幅值調整和阻抗匹配；采集裝置(8)采集和記錄光探測器(7)輸出電信號，得到避雷器放電電流。
【文檔編號】G01R19/00GK106066421SQ201610663992
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年8月12日
【發(fā)明人】岳石, 岳一石, 黃福勇, 周衛(wèi)華, 王成, 王峰, 龔政雄, 王海躍, 彭波
【申請人】國家電網公司, 國網湖南省電力公司, 國網湖南省電力公司電力科學研究院