一種無源的杆塔接地雷電流強度檢測器的製造方法
2023-07-07 00:52:26
一種無源的杆塔接地雷電流強度檢測器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種無源的杆塔接地雷電流強度檢測器，利用電磁感應原理、電容儲能和電源變換技術，將部分雷擊能量轉換為瞬時的電壓源，啟動編碼電路發出帶有雷擊強度信息的紅外信號，再通過光纖傳輸到監測終端機上，用於杆塔對地的雷電流強度檢測，為輸電線桿塔雷電監測系統提供雷擊的時間、位置與放電強度信息，解決了高電壓和強電磁幹擾環境下，杆塔接地線路雷電洩放信號採集、耦合與電氣隔離問題，從根本上避免了信號記錄裝置一端設備的使用安全，實現了輸電線路雷擊發生的時間和空間狀態信息的獲取。
【專利說明】一種無源的杆塔接地雷電流強度檢測器
【技術領域】
[0001]一種無源的杆塔接地雷電流強度檢測器，以雷擊的瞬時能量轉換成紅外信號，用於杆塔對地的雷電流強度檢測，為輸電線桿塔雷電監測系統提供本地的雷擊信息。屬於電氣工程學科高壓線路安全防護【技術領域】。
【背景技術】
[0002]雷電在線監測是高壓輸電線路安全防護的重要環節，其中雷電流參數獲取是在線監測的關鍵技術，能夠為電網雷電防護工程提供重要的原始數據，為電力部門提供雷擊規律統計以及事故原因分析的資料。
[0003]一般常用的雷電流傳感器主要用於檢測變電站或進戶系統的二級防雷設備保護動作。而對於高壓輸電線接地迴路的雷擊信號採集，存在著過壓保護和設備可靠性等技術問題，通常是利用杆塔上的避雷器推動指針計數器，粗略指示雷電洩放次數。由於功能過於簡單，作為雷電在線監測的信息量還不夠充足。
[0004]本發明利用電磁感應原理、電容儲能和電源變換技術，將部分雷擊能量轉換為瞬時的恆壓電源，啟動編碼電路發出帶有雷擊強度信息的紅外信號，再通過光纖傳輸到監測終端機上，很好地解決了一般傳感器的自身供電問題和監測設施與高壓電網的隔離問題。
【發明內容】
[0005]本發明公布了一種無源的杆塔接地雷電流強度檢測器，為輸電線桿塔雷電監測系統提供了雷擊的時間、位置與放電強度信息，便於監測系統及時採集雷擊數據。本發明的主要特徵如下:
1.本發明的雷電流強度檢測器，由繞在鐵氧體磁環上的感應線圈(I)、穿在磁環中間的導流銅片(2)、帶有過壓保護的紅外信號發射板(3)、帶有光纖接頭的密封外殼(4)、帶有護套的光纖(5)、能直接安裝在接地迴路上的條狀金屬分流底板(6)和帶有紅外接收功能的雷擊信息採集記錄模塊(7)組成。
[0006]2.所述的雷電流強度檢測器的紅外信號發射板(3)由依次連接的帶有過壓保護的整流電路(3-a)、儲能積分的RLC電路(3-b)、紅外脈衝信號產生電路(3_c)和紅外發射管(3-d)構成，(3-a)的輸入端與感應線圈(I)的端頭連接，紅外發光管(3-d)可通過(4)的光纖接頭連接光纖(5)的入射端。
[0007]3.所述的雷電流強度檢測器的導流銅片(2)，兩端接在密封外殼(4)的底部，通過螺絲壓接在金屬分流底板(6)上。當線路受到雷擊，閃絡電流通過金屬分流底板(6)洩放入地時，部分電流流過導流銅片(2)，使繞在磁芯上的線圈(I)兩端產生互感電流脈衝，力口到紅外信號發射板(3)輸入端。
[0008]4.所述的雷電流強度檢測器，接收到的電流脈衝經過整流電路(3-a)給儲能電容(3-b)充電，為調製編碼電路(3-c)和紅外發射管(3-d)供電，發出紅外編碼調製信號，經插在(4)上的光纖(5)傳出。[0009]5.所述的雷電流強度檢測器的光纖(5)信號射出端，與配套的帶有紅外接收功能的雷擊信息採集記錄模塊(7)相連接，(7)安裝於安全範圍內的杆塔線路附近，可以隨時接收、記錄並上傳發生雷擊的時間、次數和線路的位置信息。
[0010]要解決的技術問題
1.本發明首先要根據檢測器的分流金屬底板(6)和導流銅片(2)的等效電阻計算洩放電流的分流係數λ，以確定檢測量程。
[0011]設洩放電流I=IJIf,分流係數λ決定了流經導流銅片的洩放電流的比例。根據檢測器的機械與電氣結構，分流係數為λ = Ic/If = O c.Sc/ O f.Sf，其中:
σ。為導流銅片(2)的電阻率；S。為(2)的橫截面積； σ f為檢測器分流底板(6)材料(鋼)的電阻率；Sf (6)的橫截面積。
[0012]由於流過導流銅片的電流峰值只需在IKA以下，對近百千安培的洩放電流量程，λ可以通過機械設計與材質選擇來確定，一般在0.01數量級即可。
[0013]2.將洩放電流的強度轉變成與之對應的電流脈衝串。
[0014]對於感應到的雷電洩放電流，通過RLC積分電路後，積分儲能電容的電壓Vc=Q/C,與電容容量C和充電電量Q有關。對機械結構已經確定的電流檢測器而言，只要磁環未達到飽和，儲能電容的電量Q基本正比於雷電強度。所以在紅外發射電路的工作電流遠小於積分充電電流的條件下，積分電容有足夠的放電的時間為紅外發射電路供電，而且電量Q的大小決定了紅外信號發送時間的長短，因此只要測量發送信號脈衝的個數，即可實現雷擊強度的分級。
[0015]3.信號採集記錄模塊(7)的微處理器利用紅外信號作為觸發計數值，經過線性化處理得到雷電流強度，加上實時時鐘一起保存，即可實現雷擊發生時刻、強度和次數的記錄數據。
[0016]4.在很大的感應電流動態範圍內要具有可靠的過載保護能力。
[0017]積分電路中RLC的參數的選擇，要通過計算使電路處於臨界阻尼狀態，避免產生過衝震蕩。同時迴路上並聯的多級瞬態抑制器件和高反壓高速響應整流器件，是在電流強度超過量程時，實現過壓過流保護。
[0018]本發明利用雷電自身能量產生紅外信號，解決了高電壓和強電磁幹擾環境下，杆塔接地線路雷電洩放信號採集、耦合與電氣隔離問題，從根本上避免了信號記錄裝置一端設備的使用安全，實現了輸電線路雷擊發生的時間和空間狀態信息的安全獲取。
[0019]【專利附圖】
【附圖說明】與【具體實施方式】
作為本發明的一個實例，在地處西南山區電網110KV輸電線路的無線雷電監測系統實施項目中，其杆塔接地線的雷電信號採集部分使用了本發明的裝置和技術。使用證明，本發明實現了預期設計功能和達到了應用目的。下面結合具體實例說明如下:
圖1:雷電閃絡電流信號採集裝置的系統構成與安裝示意圖 圖2:雷電閃絡電流傳感器的機械結構圖 圖3:雷電流傳感器的電路原理圖
圖4:雷電流檢測器的電流強度/脈衝串轉換的波形示意圖
如圖1所示的雷電流信號採集裝置，主要由帶有本發明的雷電流檢測器和帶有紅外接收功能的雷擊信息採集記錄模塊兩部分組成。雷電流檢測器可以根據現場情況串接在杆塔的接地迴路中。雷擊信息採集記錄模塊，安裝於杆塔線路下方的安全範圍內，通過光纖與檢測器遙相對應。
[0020]如圖2所示的雷電流檢測器由繞在鐵氧體磁環的感應線圈(I)、穿在磁環中間的分流銅片(2)、帶有過壓保護的紅外信號發射板(3)和帶有光纖接頭的，能直接安裝在接地迴路上的密封外殼(4)組成。(I)、(2)、(3)均安裝在外殼(4)的內部，其中(2)的兩端由導電螺絲將平行固定於外殼(4)的兩端底板上。
[0021]如圖3所示的雷電流檢測器的紅外信號發射板(3)的電路原理圖，其電路中(3-a)、( 3-b )、( 3-c )、( 3-d)的電氣元件依次串聯連接。紅外信號可通過(4 )的光纖接頭向連接的光纖(5)發射信號。
[0022]如圖4所示的雷電流檢測器的電流強度/脈衝串轉換的波形示意圖，對於三個不同強度的雷電脈衝，只要積分電壓信號處於Vmax和Vmin之間，信號編碼器均會產生脈衝串輸出，而且脈衝串的長度與雷電強度呈現遞增關係，只要用處理器對計數值進行非線性校正和標定，精度可優於3%。
[0023]本發明解決了高電壓和強電磁幹擾環境下，杆塔線路雷電洩放信號採集、耦合與電氣隔離問題，從根本上避免了信號記錄裝置一端設備的運行和使用安全，從而實現了輸電線路雷擊發生時間和空間狀態信息的安全獲取。
[0024]應用實例的電流檢測器主要技術指標:
工作溫度-40°C —85 °C
響應時間≤2mS
發射持續時間 ≥ 20mS 紅外光纖傳輸距離> 20m 強度分級範圍:5KA—100KA 防護等級IP67
外形尺寸350X50X30mm
本發明的範圍並不局限於此，凡是相似的結構和方法均為本發明的保護之內。
【權利要求】
1.本發明所涉及的一種無源的杆塔接地雷電流強度檢測器，由繞在鐵氧體磁環上的感應線圈(I)、穿在磁環中間的導流銅片(2)、帶有過壓保護的紅外信號發射板(3)、帶有光纖接頭的密封外殼(4)、帶有護套的光纖(5)、能直接安裝在接地迴路上的條狀金屬分流底板(6)和帶有紅外接收功能的雷擊信息採集記錄模塊(7)組成。
2.如權利要求1所述的雷電流強度檢測器的紅外信號發射板(3)由依次連接的帶有過壓保護的整流電路(3-a)、儲能積分的RLC電路(3-b)、紅外脈衝信號產生電路(3-c)和紅外發射管(3-d)構成，(3-a)的輸入端與感應線圈(I)的端頭連接，紅外發光管(3-d)可通過(4)的光纖接頭連接光纖(5)的入射端。
3.如權利要求1所述的雷電流強度檢測器的導流銅片(2)，兩端接在密封外殼(4)的底部，通過螺絲壓接在金屬分流底板(6)上，當線路受到雷擊，閃絡電流通過金屬分流底板(6)洩放入地時，部分電流流過導流銅片(2)，使繞在磁芯上的線圈(I)兩端產生互感電流脈衝，加到紅外信號發射板(3)輸入端。
4.如權利要求2所述的雷電流強度檢測器的紅外信號發射板(3)，接收到的電流脈衝經過整流電路(3-a)給儲能電容(3-b)充電，為調製編碼電路(3-c)和紅外發射管(3-d)供電，發出紅外編碼調製信號，經插在(4)上的光纖(5)傳出。
5.如權利要求1所述的雷電流強度檢測器的光纖(5)信號射出端，與配套的帶有紅外接收功能的雷擊信息採集記錄模塊(7)相連接，(7)安裝於安全範圍內的杆塔線路附近，可以隨時接收、記錄並上傳發生雷擊的時間、次數和線路的位置信息。
【文檔編號】G01R19/00GK103487627SQ201210190212
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年6月11日 優先權日:2012年6月11日
【發明者】王鐵流, 王瑛 申請人:王鐵流