避雷器檢測專利技術綜述

舒心

摘 ?要：避雷器是目前電網最重要的過電壓保護裝置，其可靠性很大程度上取決于設備絕緣性能的好壞，一旦其出現故障，未能保護過電壓的侵害，將會對整個電網造成巨大的損失。因此避雷器的檢測對電力系統安全可靠運行至關重要。文章基于CNABS和DWPI數據庫，通過檢索、篩選、統計和分析國內外與避雷器檢測相關的發明和實用新型專利，專利數據選取的時限為2018年5月1日之前公開的專利申請，共選取1589項專利文獻為專利分析樣本，對該領域專利申請量、技術原創國與目標國、申請人等做了統計分析，為行業發展和審查工作提供參考。

關鍵詞：避雷器檢測;離線;在線;絕緣性;過電壓;泄漏電流;沖擊電流;專利分析

中圖分類號：T-18 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）28-0021-03

Abstract： Lightning arrester is the most important grid voltage protection device， with its reliability basically depending on its insulation performance. Once it fails to function properly， it can damage the whole grid as it fails to protect from voltage damage. Therefore， the reliability of lightning arrester is profoundly important to the security of the Grid. This paper is based on CNABS and DWPI database， searching， filtering， collecting and analyzing data so as totest the related inventions and utility model patents. The collected data was based on the invention applications till 1stMay 2018， and a total of 1589 patent documents are selected as patent analysis samples， and the number of patent applications in this field， the original and target countries of technology， and applicants are statistically analyzed in order to provide reference for the development and examination of the industry.

Keywords： lightning arrester detection; off-line detection; on-line detection; overvoltage; leakage current; surge current; invention analysis

引言

我國的電力工業發展迅猛，提高電電力系統的安全性至關重要。根據實際的生產運行分析，在110～500kV設備事故中，雷擊造成的輸電線路跳閘占總次數的第1位，已嚴重影響了電網的安全可靠運行，電力線路分布廣，地處曠野多，線路的雷害事故占很大比重，尤其是沿海地區表現尤為突出。線路落雷后，沿輸電線路傳人變電站的侵入波威脅到變電站內的電氣設備，是造成變電站事故的重要因素[1-2]。對避雷器工況和健康狀況連續或定時進行的預防性檢測，對保證電力系統安全可靠運行至關重要。

1 避雷器檢測的技術分解

避雷器的檢測主要以絕緣性能的檢測為主，在專利庫和非專利庫進行檢索，根據檢索結果，可知，目前已有多種避雷器檢測方法，按照檢測時避雷器的所處工況劃分，檢測主要分為離線檢測和在線檢測，其具體的技術分解圖如表1所示。

2 避雷器檢測專利申請分析

本文在中國專利檢索系統文摘數據庫（CNABS）、中文專利全文庫（CNTXT）和德溫特世界專利數據（DWPI）中結合關鍵詞和分類號對避雷器檢測技術領域的專利文獻進行檢索。根據專利庫檢索得到有關國內外專利申請的分析數據樣本，經過人工篩選去噪，針對1589篇專利文獻（涉及國別包括國內專利932項，國外專利657篇），得到如下結果。

2.1 申請量趨勢

圖1分別展示了在全球范圍和中國范圍內有關避雷器檢測技術的專利申請量年度分布圖，其中全球范圍數據包含中國范圍數據，由于中國的有關避雷器檢測技術的專利申請量占到全球范圍內的近3/5，因此中國的申請量趨勢與全球大致處于同步的狀態，這是由于在避雷器檢測技術領域，方法類的發明專利占據了重要的位置，并主要集中在中國;而在國外，由于在判定侵權方面存在一些困難，因此有關于專利的布局則更偏向于裝置或者系統。

如圖1所示，趨勢圖是從1999年開始統計的，但根據檢索情況，從1984年開始，就出現了有關避雷器檢測的專利申請，然而根據有關文獻的記載[3-4]，有關避雷器的研究早在上世紀70年代就已經出現并且在日本和歐洲地區投產使用，說明企業和科研機構尚未對避雷器的檢測技術產生足夠的關注，一直到2007年之前，有關避雷器檢測技術的專利申請量較少，一直不超過每年20件，表示該時期技術革新較慢，處于新興技術萌芽階段。從2007年到2011年屬于避雷器檢測技術的發展期，申請量開始呈現逐年快速上升階段，這主要是由于該時期全球電力系統發展進入技術突破期，電力系統的可靠性和穩定性逐步受到廣泛的關注和重視，促使人們在避雷器檢測領域不斷的進行技術革新;2012年起，有關避雷器檢測技術的年專利申請年突破了100件，并在2015年達到了峰值165項，之后雖然略有下滑，但仍保持較高的申請量，其表明避雷器監測技術仍然是專利技術熱點。整體來看，避雷器檢測技術研究現在仍然具有比較高的研究熱度，并且處于穩步發展中。

2.2 技術原創國與技術目標國

專利申請的地域分布可以反映出各個國家或地區的專利技術實力和市場應用情況，目標國表征了一個國家的市場在該領域的重要程度。本文對分析樣本的優先權字段進行分析，得到了避雷器檢測技術專利申請的原創國和目標國的分布圖2，從圖中可以看出，在避雷器的檢測領域，日本和中國均為主要的技術原創國以及技術目標國，其專利申請數量基本占據了總量的90%。在中國，以國家電網為代表的一系列電網公司以及研究院在避雷器檢測領域投入了大量的工作。而日本在電性檢測方面本來就發展迅速，并且作為電氣制造業的先驅，以三菱電機、明電舍為代表的日本電氣公司在避雷器檢測方面進行了較多的專利布局。

2.3 國內外技術分支分布情況

如前文所述，考慮到中國和日本在避雷器檢測技術領域的專利申請量的明顯優勢，在國內外技術分支分布情況中，本文重點分析了日本和中國的技術分支的分布情況，具體如圖3和圖4所示：

由上圖可以看出，無論是中國還是日本，基于泄漏電流的避雷器在線檢測都是申請的主要熱點。而瀏覽現有技術，對于避雷器的在線監測而言，漏電流作為主要的監測參數，但并非單一的監測對象，在泄漏電流的檢測分布中，有90%以上的專利文獻中包括至少兩項的監測參數，其中最常見的就是泄漏電流結合沖擊次數的監測，接下來是泄漏電流結合沖擊次數以及溫度，因此在檢測領域，多參數檢測更能反映避雷器的運行狀況，也更能確保檢測的全面性以及可靠性。其次，對于漏電流檢測而言，在日本，基于補償法的泄漏電流檢測的專利申請量處于明顯的優勢（55%），而在中國，三次諧波算法與補償法的申請量則差不多（43%和39%）。而由于可實現性不高，無論是在日本還是中國，有關基波法的專利申請量都較為少見（12%和18%）。而對于不包含泄漏電流在內的其他在線避雷器檢測方法而言，日本的申請量比例要明顯高于中國，基于局部放電的在線避雷器檢測技術的專利申請量占據了該部分的72%，由此可見，基于局部放電的故障檢測也是可以作為避雷器故障判定的主要參數。

對于離線檢測手段而言，同樣的，基于沖擊測試的避雷器老化/劣化的專利申請量明顯大于絕緣參數的檢測，這可能是因為沖擊測試對避雷器而言具有特殊性，而絕緣參數檢測則對所有電子產品而言具有普遍的適應性，因此針對于避雷器的絕緣參數檢測裝置或者方法的專利較少也是可以預期的。

3 結束語

本文通過分別在全球專利數據庫和中文專利數據庫中進行檢索，獲取了與避雷器檢測技術相關的各方專利數據，選取相應指標參數，針對上述數據展開統計與分析，實現了對避雷器檢測技術領域專利申請狀況和相關信息的全面掌握，并基于這些信息可以得出，隨著避雷器本身性能的不斷進步，對避雷器的檢測要求也會越來越高;無線數據傳輸，同步檢測技術，分布式檢測以及數字信號處理等技術使得避雷器檢測也逐步朝向智能化和多元化發展。而對于基于泄漏電流的避雷器在線監測來說，由于被測信號小， 測量誤差和計算誤差對測量精度影響大;非線性特性、高次諧波和相間耦合電容因素的不確定性， 使得精確求解問題相當困難。在諸因素中相間耦合電容和系統電壓諧波是制約阻性泄漏電流測量精度的主要因素，因此，消除相間耦合電容和系統電壓諧波的影響是本領域主要的發展方向。

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