一种地线绝缘子故障预警装置及其预警方法
阅读说明：本技术 一种地线绝缘子故障预警装置及其预警方法 (Ground wire insulator fault early warning device and early warning method thereof ) 是由 郑海 刘小金 汤振鹏 周华敏 周泠紫 叶伟玲 马承志 朱凌 黄昊 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本申请涉及绝缘子领域,特别涉及一种地线绝缘子故障预警装置及其预警方法,包括差分电流检测模块和跨接检测模块；差分电流检测模块包括三个电流互感器、三个滤波器和两个电容器；第一电流互感器和第二电流互感器套设于地线上,且分别位于地线线夹的两侧；第一输出线圈与滤波器D-(p1)串联,第三输出线圈与滤波器D-(p2)串联,且两个输出线圈的同名端并联后与电容器C-(p)连接组成第一整流电路；第二输出线圈和第四输出线圈的同名端串联,并与滤波器D-(s)、电容器C-(s)串联连接组成第二整流电路；跨接检测模块包括跨接线和两个包线夹；两个包线夹均套设于地线上,第三电流互感器通过跨接线连接两个包线夹。解决了对地线绝缘子的巡检效果差的技术问题。(The application relates to the field of insulators, in particular to a fault early warning device and an early warning method of a ground wire insulator, wherein the fault early warning device comprises a differential current detection module and a cross-over connection detection module; the differential current detection module comprises three current transformers, three filters and two capacitors; the first current transformer and the second current transformer are sleeved on the ground wire and are respectively positioned on two sides of the ground wire clamp; first output coil and filter D p1 In series, the third output coil and the filter D p2 Are connected in series, and the same name ends of the two output coils are connected in parallel and then connected with a capacitor C p The first rectifying circuit is formed by connection; the homonymous terminals of the second output coil and the fourth output coil are connected in series and connected with a filter D s Capacitor C s The second rectifying circuit is formed by connecting in series; the bridging detection module comprises a bridging line and two wire wrapping clamps; two package wire clamps are all sleeved on the ground wire, and the third current transformer is connected with two packages through jumper wiresAnd (4) wire clamping. The technical problem of poor inspection effect on the ground wire insulator is solved.)
技术领域
本申请涉及绝缘子领域，特别涉及一种地线绝缘子故障预警装置及其预警方法。
背景技术
输电线路架空地线用于保护高压线路免遭雷击。由于高压线路在地线上产生感应电压，不宜将地线在每基杆塔处均接地，于是使用带羊角电极的地线绝缘子悬挂地线。在绝缘子下方金具与地线的连接处，通常由于异种金属连接、机械磨损及感应电流热作用而使得地线腐蚀、断股或烧蚀，降低连续处的导电性能和机械性能。此外，若地线绝缘子发生羊角电极短路故障，则会增加故障处的入地电流，加大地线与绝缘子连接处的发热量，加速导线劣化。
目前，只能通过线路巡检方法才能发现羊角电极是否短路或接近短路状态。只有在绝缘子与地线连接处的导线严重劣化，且反映在接触点温度明显上升情况下，才能通过红外热像仪检测发现地线劣化问题。实现运行过程中，地线电流较小(几十安培及以下)，即使出现接触不良或地线内部断股问题，故障点的温度变化量也较小。而通常只有当地线出现断股外露，才能发现缺陷或故障。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种地线绝缘子故障预警装置及其预警方法，用于监测绝缘子与电线连接处的电气性能，并实现连接处对地阻抗过小或串联阻抗过大的防护，有效地解决了现有技术对地线绝缘子的巡检效果差的技术问题。
为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：
一种地线绝缘子故障预警装置，应用于地线绝缘子，地线绝缘子的地线线夹套设于地线上，包括差分电流检测模块和跨接检测模块；
所述差分电流检测模块包括第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、滤波器Dp1、滤波器Dp2、滤波器Ds、电容器Cp和电容器Cs；
所述第一电流互感器和所述第二电流互感器均套设于地线上，且所述第一电流互感器和所述第二电流互感器分别位于所述地线线夹的两侧；
所述第一电流互感器包括第一输出线圈和第二输出线圈；
所述第二电流互感器包括第三输出线圈和第四输出线圈；
所述第一输出线圈与滤波器Dp1串联，所述第三输出线圈与滤波器Dp2串联，所述第一输出线圈和所述第三输出线圈的同名端并联后整流与所述电容器Cp连接，组成第一整流电路；
所述第二输出线圈和所述第四输出线圈的同名端串联，并与所述滤波器Ds、所述电容器Cs串联连接，组成第二整流电路；
所述跨接检测模块包括跨接线和两个包线夹；
两个所述包线夹均套设于地线上，且两个所述包线夹分别位于所述地线线夹的两侧；
所述跨接线的两端分别连接两个所述包线夹，所述第三电流互感器套设于所述跨接线上。
优选地，在上述的一种地线绝缘子故障预警装置中，所述第一输出线圈、所述第二输出线圈、所述第三输出线圈和所述第四输出线圈均并联设有普通电阻R2。
优选地，在上述的一种地线绝缘子故障预警装置中，所述第一输出线圈、所述第二输出线圈、所述第三输出线圈和所述第四输出线圈均并联设有氧化锌压敏电阻R1。
优选地，在上述的一种地线绝缘子故障预警装置中，所述包线夹和所述跨接线均为与地线同种规格参数的铝制品。
一种基于上述的地线绝缘子故障预警装置的预警方法，预警方法包括：
S1、判断第一整流电路是否具有工频感应电流，若有，则判定差分电流检测模块正常工作，并接着执行S2；若无，则判定差分电流检测模块不工作；
S2、判断第二整流电路输出信号的电压幅值是否超过第一阈值Uth1，若是，则判定绝缘子与地线的连接处对地阻抗过小；若否，执行S3；
S3、判断第三互感器的输出信号的电压幅值是否超过第二阈值Uth2，若是，则判定绝缘子与地线的连接处串联阻抗过大；若否，则判定地线绝缘子正常。
优选地，在上述的预警方法中，所述判断第一整流电路是否具有工频感应电流具体为：
判断所述电容器Cp的电压Up是否不为零。
优选地，在上述的预警方法中，判断第二整流电路输出信号的电压幅值是否超过第一阈值Uth1具体为：
判断所述电容器Cs的电压Us的幅值是否超过第一阈值Uth1。
优选地，在上述的预警方法中，判定绝缘子与地线的连接处对地阻抗过小，得到可能存在羊电极短路故障的结论。
优选地，在上述的预警方法中，判定绝缘子与地线的连接处串联阻抗过大，得到可能存在地线断股缺陷的结论。
优选地，在上述的预警方法中，在判定差分电流检测模块不工作之后，重新检查启动所述地线绝缘子故障预警装置。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
本申请提供了一种地线绝缘子故障预警装置以及预警方法，一方面，通过在绝缘子与地线连接处左右两端安装电流互感器，不仅实现对入地电流的监测，而且还解决了直接监测地线绝缘子接地点电流时难以获得持续能量供给的问题；另一方面，通过跨接线连接绝缘子与地线连接处左右两端，不仅能够监测连接处串联阻抗过大的缺陷，有效地解决了现有技术对地线绝缘子的巡检效果差的技术问题，而且能够在串联阻抗过大时实现分流，避免电流持续作用于连接处的缺陷点而导致缺陷进一步扩大。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种地线绝缘子故障预警装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种地线绝缘子故障预警装置的差分电流检测模块的电路示意图；
图3为本申请实施例提供的一种地线绝缘子故障预警装置的电流流向示意图；
图4为本申请实施例提供的一种地线绝缘子故障预警方法的流程示意图。
图中：
1为地线绝缘子、11为羊角电极、2为地线线夹、3为地线、411为第一电流互感器、412为第二电流互感器、413为第三电流互感器、42为差分电流检测模块、51为包线夹、52为跨接线。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
输电线路架空地线用于保护高压线路免遭雷击。由于高压线路在地线上产生感应电压，不宜将地线在每基杆塔处均接地，于是使用带羊角电极11的地线绝缘子1悬挂地线3。在绝缘子下方金具与地线的连接处(也就是地线线夹2)，通常由于异种金属连接、机械磨损及感应电流热作用而使得地线腐蚀、断股或烧蚀，降低连续处的导电性能和机械性能。此外，若地线绝缘子1发生羊角电极11短路故障，则会增加故障处的入地电流，加大地线与绝缘子连接处的发热量，加速导线劣化。目前，只能通过线路巡检方法才能发现羊角电极11是否短路或接近短路状态。只有在绝缘子与地线连接处的导线严重劣化，且反映在接触点温度明显上升情况下，才能通过红外热像仪检测发现地线劣化问题。实现运行过程中，地线电流较小(几十安培及以下)，即使出现接触不良或地线内部断股问题，故障点的温度变化量也较小。而通常只有当地线出现断股外露，才能发现缺陷或故障。本实施例提供了一种地线绝缘子故障预警装置，有效地解决了现有技术对地线绝缘子的巡检效果差的技术问题。
请参阅图1-图3，本申请实施例提供了一种地线绝缘子故障预警装置，应用于地线绝缘子1，地线绝缘子1的地线线夹2套设于地线3上，包括差分电流检测模块42和跨接检测模块；差分电流检测模块42包括第一电流互感器411、第二电流互感器412、第三电流互感器413、滤波器Dp1、滤波器Dp2、滤波器Ds、电容器Cp和电容器Cs；第一电流互感器411和第二电流互感器412均套设于地线上，且第一电流互感器411和第二电流互感器412分别位于地线线夹的两侧；第一电流互感器411包括第一输出线圈和第二输出线圈；第二电流互感器412包括第三输出线圈和第四输出线圈；第一输出线圈与滤波器Dp1串联，第三输出线圈与滤波器Dp2串联，第一输出线圈和第三输出线圈的同名端并联后整流与电容器Cp连接，组成第一整流电路；第二输出线圈和第四输出线圈的同名端串联，并与滤波器Ds、电容器Cs串联连接，组成第二整流电路；跨接检测模块包括跨接线52和两个包线夹51；两个包线夹51均套设于地线上，且两个包线夹51分别位于地线线夹的两侧；跨接线52的两端分别连接两个包线夹51，第三电流互感器413套设于跨接线52上。
更具体地说，第一整流电路用于为差分电流检测模块42的测量判断电路提供能量，第二整流电路和第三电流互感器413用于为差分电流检测模块42的测量判断电路提供信号；包线夹51比第一电流互感器411和第二电流互感器412更接近于地线线夹，第三电流互感器413优选设置于跨接线52的中间位置处；请参阅图2，假设通过第一电流互感器411的电流为I1，通过第二电流互感器412的电流为I2，通过地线线夹的电流为I3，通过第三电流互感器413的电流为I4。
本实施例一方面，通过在绝缘子与地线连接处左右两端安装电流互感器，不仅实现对入地电流的监测，而且还解决了直接监测地线绝缘子接地点电流时难以获得持续能量供给的问题；另一方面，通过跨接线52连接绝缘子与地线连接处左右两端，不仅能够监测连接处串联阻抗过大的缺陷，有效地解决了现有技术对地线绝缘子的巡检效果差的技术问题，而且能够在串联阻抗过大时实现分流，避免电流持续作用于连接处的缺陷点而导致缺陷进一步扩大。
进一步地，在本实施例中，第一输出线圈、第二输出线圈、第三输出线圈和第四输出线圈均并联设有普通电阻R2。普通电阻用于构成输出线圈电流的通路，以便各个输出线圈形成相应的电流流向，满足差分电流检测的需求。
更具体地说，普通电阻R2只是本实施例优选的一种情况，各个输出线圈也可以根据实际需要加入相应的电阻(例如可调电阻)形成闭合电路。
进一步地，在本实施例中，第一输出线圈、第二输出线圈、第三输出线圈和第四输出线圈均并联设有氧化锌压敏电阻R1。氧化锌压敏电阻R1可以用于泄放耦合进入输出线圈的雷电流，有利于对输出线圈起到一定的保护作用。
进一步地，在本实施例中，包线夹51和跨接线52均为与地线同种规格参数的铝制品，这样有利于防止连接处形成电偶腐蚀，从而延长地线绝缘子的使用寿命。
本实施例还提供了一种基于上述的地线绝缘子故障预警装置的预警方法，预警方法包括：
S1、判断第一整流电路是否具有工频感应电流，若有，则判定差分电流检测模块42正常工作，并接着执行S2；若无，则判定差分电流检测模块42不工作；
S2、判断第二整流电路输出信号的电压幅值是否超过第一阈值Uth1，若是，则判定绝缘子与地线的连接处对地阻抗过小；若否，执行S3；
S3、判断第三互感器的输出信号的电压幅值是否超过第二阈值Uth2，若是，则判定绝缘子与地线的连接处串联阻抗过大；若否，则判定地线绝缘子正常。
更具体地说，若第一整流电路无工频感应电流，也就是差分电流检测模块42的测量判断电路无能量供给，差分电流检测模块42不工作；同样若第一整流电路有工频感应电流，也就是差分电流检测模块42的测量判断电路有能量供给，差分电流检测模块42在正常工作；无论是判定绝缘子与地线的连接处对地阻抗过小还是判定绝缘子与地线的连接处串联阻抗过大均为判定地线绝缘子为异常的情况。
进一步地，在本实施例中，判断第一整流电路是否具有工频感应电流具体为：判断电容器Cp的电压Up是否不为零且不接近于零。当电容器Cp的电压Up不为零且不接近于零，也就是I1和I2均不为零且不接近于零，也就是第一电流互感器411和第二电流互感器412均为正常作业，从而验证差分电流检测模块42的测量判断电路有能量供给，差分电流检测模块42在正常工作。
进一步地，在本实施例中，判断第二整流电路输出信号的电压幅值是否超过第一阈值Uth1具体为：判断电容器Cs的电压Us的幅值是否超过第一阈值Uth1。当电容器Cs的电压Us的幅值超过第一阈值Uth1，则判定绝缘子与地线的连接处对地阻抗过小，可能存在羊电极短路故障。
进一步地，在本实施例中，判定绝缘子与地线的连接处对地阻抗过小，电流值I3较大，得到可能存在羊电极短路故障的结论。
进一步地，在本实施例中，判定绝缘子与地线的连接处串联阻抗过大，电流值I4较大，得到可能存在地线断股缺陷的结论。
进一步地，在本实施例中，在判定差分电流检测模块42不工作之后，重新检查启动地线绝缘子故障预警装置。这样操作有利于有效地排除地线绝缘子故障预警装置接触不良引起的异常的情况，以便合理地利用地线绝缘子故障预警装置进行测量检测地线绝缘子的异常情况。
本实施例的有益效果：
(1)与传统的巡检法或红外成像法相比，本发明能够实现地线绝缘子故障或缺陷的实时监测，及时发现问题，快速解决问题；
(2)与其它输电线路在线监测设备相比，本发明实现了装置的自取能，不需额外安装光伏板或其它外接电源；
(3)本发明不仅提供了地线串联阻抗过大缺陷(通常因地线断股导致)的检测方法，而且装置提供的分流措施抑制了缺陷的进一步发展；
(4)本发明结构简单，安装方便，经济性好，适用于架空地线场合。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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