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　　本发明公开了一种智能防雷实时在线监测系统，涉及防雷技术领域，该系统包括防雷器、雷电监测设备组、雷电预测设备组和云服务平台。雷电监测设备组采集防雷器的防雷工作信息，并将防雷工作信息发送给云服务平台；云服务平台记录防雷工作信息，并根据防雷工作信息预测防雷器的状态；雷电预测设备组监测被保护设备附近的空气中的气象电场信息，并根据气象电场信息预测被保护设备受到雷击的危害程度，作为预警信息发送给云服务平台；云服务平台根据预警信息控制防雷器工作，并进行预警。通过上述系统可以实时对防雷器进行检测，根据防雷工作信

　　(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 114778959 A (43)申请公布日 2022.07.22 (21)申请号 0.8 (22)申请日 2022.04.18 (71)申请人 长沙市雷立行电子科技有限公司 地址 410000 湖南省长沙市天心区先锋街 道机场口环保创业园6号栋3楼工业用 房 (72)发明人 曹建春蒋伟军 (74)专利代理机构 湖南正则奇美专利代理事务 所(普通合伙) 43105 专利代理师 肖美哲 (51)Int.Cl. G01R 29/08 (2006.01) G01R 29/00 (2006.01) G01R 19/165 (2006.01) 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 (54)发明名称 一种智能防雷实时在线)摘要 本发明公开了一种智能防雷实时在线监测 系统，涉及防雷技术领域，该系统包括防雷器、雷 电监测设备组、雷电预测设备组和云服务平台。 雷电监测设备组采集防雷器的防雷工作信息，并 将防雷工作信息发送给云服务平台；云服务平台 记录防雷工作信息，并根据防雷工作信息预测防 雷器的状态；雷电预测设备组监测被保护设备附 近的空气中的气象电场信息，并根据气象电场信 息预测被保护设备受到雷击的危害程度，作为预 警信息发送给云服务平台；云服务平台根据预警 信息控制防雷器工作，并进行预警。通过上述系 统可以实时对防雷器进行检测，根据防雷工作信 A 息预测防雷器的状态，并且预测被保护设备受到 9 雷击的危害程度，节约人力物力提高检测效率和 5 9 8 预防效果。 7 7 4 1 1 N C CN 114778959 A 权利要求书 1/2页 1.一种智能防雷实时在线监测系统，包括防雷器，其特征在于，还包括雷电监测设备 组、雷电预测设备组和云服务平台； 其中： 所述雷电监测设备组，用于采集所述防雷器的防雷工作信息，并将所述防雷工作信息 发送给所述云服务平台； 所述云服务平台，用于记录所述防雷工作信息，并根据所述防雷工作信息预测所述防 雷器的状态； 所述雷电预测设备组，用于监测被保护设备附近的空气中的气象电场信息，并根据所 述气象电场信息预测所述被保护设备受到雷击的危害程度，作为预警信息发送给所述云服 务平台； 所述云服务平台，还用于根据所述预警信息控制所述防雷器工作，并进行预警。 2.根据权利要求1所述的一种智能防雷实时在线监测系统，其特征在于，所述雷电监测 设备组包括雷电监测装置、SPD监测装置、接地监测装置、环境监测模块和第一通信模块；所 述防雷工作信息包括雷电流波形信息、SPD工作信息、接地信息和环境信息； 其中： 所述雷电监测装置，用于采集所述防雷器工作时的雷电的模拟微分信号，并对所述模 拟微分信号进行波形还原，得到所述雷电流波形信息； 所述SPD监测装置，用于采集所述防雷器的SPD泄放雷击次数，以及SPD的工作数据、后 备断路器数据和工作环境数据，作为所述SPD工作信息； 所述接地监测装置，用于采集所述防雷器的接地引下线的连接信息、回路接地电阻和 金属回路联结信息，作为所述接地信息； 所述环境监测模块，用于采集所述防雷器的漏电流数据、工频电流、电压、罗氏线圈数 据、积分器数据、温度和零序电流，作为所述环境信息； 所述第一通信模块，用于和所述云服务平台进行数据通信。 3.根据权利要求2所述的一种智能防雷实时在线监测系统，其特征在于，所述雷电流波 形信息包括雷电流的波形、极性、峰值、电荷量、比能量、时间和次数或线路上入侵浪涌的极 性、峰值、能量、时间和次数。 4.根据权利要求3所述的一种智能防雷实时在线监测系统，其特征在于，所述云服务平 台包括数据统计模块、数据处理模块和报警模块；所述防雷工作信息包括所述防雷器的目 标设备标识； 所述数据统计模块，用于根据所述目标设备标识统计并记录所述防雷器的所述防雷工 作信息； 所述数据处理模块，用于根据所述防雷工作信息判断所述防雷器的状态，并预测所述 防雷器的使用寿命； 所述报警模块，用于当所述数据处理模块判断所述防雷器的状态为异常，则进行报警； 所述报警模块，还用于当所述数据处理模块预测所述防雷器的使用寿命小于预设时间 值，则进行报警。 5.根据权利要求4所述的一种智能防雷实时在线监测系统，其特征在于，所述数据处理 模块预测所述防雷器的使用寿命具体为： 2 2 CN 114778959 A 权利要求书 2/2页 其中，C为所述防雷器的额定泄雷次数，C 为所述防雷器的SPD泄放雷击次数，C 为所述 1 2 防雷器的入侵浪涌次数，I 为第i次雷电流峰值，I 为第i次入侵浪涌峰值，I为所述防雷器 1i 2i 的额定泄雷电流，sgn[x]为符号函数，T所述防雷器的额定工作时间，t为所述防雷器的实际 工作时间，α和β为预设指数参数。 6.根据权利要求1所述的一种智能防雷实时在线监测系统，其特征在于，所述雷电预测 设备组包括大气电场仪、雷击预测模块和第二通信模块； 所述大气电场仪，用于按照预设周期时长采集大气中的电场数据； 所述雷击预测模块，用于根据当前的预设周期时长采集的电场数据预测下一预设周期 时长内发生雷电现象的概率，并根据电场强度值计算雷电强度，根据雷电现象的概率和雷 电强度预测所述被保护设备受到雷击的危害程度； 所述第二通信模块，用于和所述云服务平台进行数据通信。 7.根据权利要求6所述的一种智能防雷实时在线监测系统，其特征在于，所述雷击预测 模块包括计算子模块、预测子模块和评估子模块；所述电场数据为在预设周期时长内空气 中的电荷变化； 所述计算子模块，用于根据所述电荷变化计算当前空气中的电场强度，得到当前周期 内的大气电场时序数据； 所述预测子模块，用于将所述大气电场时序数据输入预先训练的BP神经网络，得到下 一预设周期时长内发生雷电现象的概率，并根据电场强度值计算雷电强度； 所述评估子模块，用于根据雷电现象的概率和雷电强度预测所述被保护设备受到雷击 的危害程度。 3 3 CN 114778959 A 说明书 1/6页 一种智能防雷实时在线监测系统 技术领域 [0001] 本发明涉及防雷技术领域，具体涉及一种智能防雷实时在线监测系统。 背景技术 [0002] 现代社会防雷器已大批量使用在电力、通信、监控、自动化等众多系统中，为保护 这些系统免受雷击损害。但防雷器是以泄放电涌和限制电压来保护后端设备，故核心元器 件耐受浪涌电流冲击次数有限，极易直接击穿或逐步劣化最终导致损坏。在损坏时元件内 部将会有暂态大电流通过，产品将会产生高热量，此时如果前端脱离装置未能及时将防雷 器从系统中断开，则有发生火灾的风险。但将防雷器从系统中断开，系统便失去了雷电防护 功能，极易遭受雷电入侵而导致系统损坏。 [0003] 传统防雷器巡查检测通常为每年一次以上，人员需携带设备到现场对防雷产品进 行检测,不但检测周期长，并且会耗费大量的人力物力检测效果差。 发明内容 [0004] 本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种智能防雷实时在线] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现： [0006] 本发明实施例提供了一种智能防雷实时在线监测系统，包括防雷器，还包括雷电 监测设备组、雷电预测设备组和云服务平台； [0007] 其中： [0008] 所述雷电监测设备组，用于采集所述防雷器的防雷工作信息，并将所述防雷工作 信息发送给所述云服务平台； [0009] 所述云服务平台，用于记录所述防雷工作信息，并根据所述防雷工作信息预测所 述防雷器的状态； [0010] 所述雷电预测设备组，用于监测被保护设备附近的空气中的气象电场信息，并根 据所述气象电场信息预测所述被保护设备受到雷击的危害程度，作为预警信息发送给所述 云服务平台； [0011] 所述云服务平台，还用于根据所述预警信息控制所述防雷器工作，并进行预警。 [0012] 可选的，所述雷电监测设备组包括雷电监测装置、SPD监测装置、接地监测装置、环 境监测模块和第一通信模块；所述防雷工作信息包括雷电流波形信息、SPD工作信息、接地 信息和环境信息； [0013] 其中： [0014] 所述雷电监测装置，用于采集所述防雷器工作时的雷电的模拟微分信号，并对所 述模拟微分信号进行波形还原，得到所述雷电流波形信息； [0015] 所述SPD监测装置，用于采集所述防雷器的SPD泄放雷击次数，以及SPD的工作数 据、后备断路器数据和工作环境数据，作为所述SPD工作信息； 4 4 CN 114778959 A 说明书 2/6页 [0016] 所述接地监测装置，用于采集所述防雷器的接地引下线的连接信息、回路接地电 阻和金属回路联结信息，作为所述接地信息； [0017] 所述环境监测模块，用于采集所述防雷器的漏电流数据、工频电流、电压、罗氏线 圈数据、积分器数据、温度和零序电流，作为所述环境信息； [0018] 所述第一通信模块，用于和所述云服务平台进行数据通信。 [0019] 可选的，所述雷电流波形信息包括雷电流的波形、极性、峰值、电荷量、比能量、时 间和次数或线路上入侵浪涌的极性、峰值、能量、时间和次数。 [0020] 可选的，所述云服务平台包括数据统计模块、数据处理模块和报警模块；所述防雷 工作信息包括所述防雷器的目标设备标识； [0021] 所述数据统计模块，用于根据所述目标设备标识统计并记录所述防雷器的所述防 雷工作信息； [0022] 所述数据处理模块，用于根据所述防雷工作信息判断所述防雷器的状态，并预测 所述防雷器的使用寿命； [0023] 所述报警模块，用于当所述数据处理模块判断所述防雷器的状态为异常，则进行 报警； [0024] 所述报警模块，还用于当所述数据处理模块预测所述防雷器的使用寿命小于预设 时间值，则进行报警。 [0025] 可选的，所述数据处理模块预测所述防雷器的使用寿命具体为： [0026] [0027] 其中，C为所述防雷器的额定泄雷次数，C 为所述防雷器的SPD泄放雷击次数，C 为 1 2 所述防雷器的入侵浪涌次数，I 为第i次雷电流峰值，I 为第i次入侵浪涌峰值，I为所述防 1i 2i 雷器的额定泄雷电流，sgn[x]为符号函数，T所述防雷器的额定工作时间，t为所述防雷器的 实际工作时间，α和β为预设指数参数。 [0028] 可选的，所述雷电预测设备组包括大气电场仪、雷击预测模块和第二通信模块； [0029] 所述大气电场仪，用于按照预设周期时长采集大气中的电场数据； [0030] 所述雷击预测模块，用于根据当前的预设周期时长采集的电场数据预测下一预设 周期时长内发生雷电现象的概率，并根据电场强度值计算雷电强度，根据雷电现象的概率 和雷电强度预测所述被保护设备受到雷击的危害程度； [0031] 所述第二通信模块，用于和所述云服务平台进行数据通信。 [0032] 可选的，所述雷击预测模块包括计算子模块、预测子模块和评估子模块；所述电场 数据为在预设周期时长内空气中的电荷变化； [0033] 所述计算子模块，用于根据所述电荷变化计算当前空气中的电场强度，得到当前 周期内的大气电场时序数据； [0034] 所述预测子模块，用于将所述大气电场时序数据输入预先训练的BP神经网络，得 到下一预设周期时长内发生雷电现象的概率，并根据电场强度值计算雷电强度； [0035] 所述评估子模块，用于根据雷电现象的概率和雷电强度预测所述被保护设备受到 雷击的危害程度。 5 5 CN 114778959 A 说明书 3/6页 [0036] 基于本发明实施例提供的一种智能防雷实时在线监测系统，包括防雷器，还包括 雷电监测设备组、雷电预测设备组和云服务平台；其中：雷电监测设备组，用于采集防雷器 的防雷工作信息，并将防雷工作信息发送给云服务平台；云服务平台，用于记录防雷工作信 息，并根据防雷工作信息预测防雷器的状态；雷电预测设备组，用于监测被保护设备附近的 空气中的气象电场信息，并根据气象电场信息预测被保护设备受到雷击的危害程度，作为 预警信息发送给云服务平台；云服务平台，还用于根据预警信息控制防雷器工作，并进行预 警。通过上述系统可以实时对防雷器进行检测，根据防雷工作信息预测防雷器的状态，并且 预测被保护设备受到雷击的危害程度，节约人力物力，提高检测效率和预防效果。 附图说明 [0037] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。 [0038] 图1为本发明实施例提供的一种智能防雷实时在线监测系统的系统框图。 具体实施方式 [0039] 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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它 实施例，都属于本发明保护的范围。 [0040] 本发明实施例提供了一种智能防雷实时在线为本发明实 施例提供的一种智能防雷实时在线监测系统的系统框图，包括防雷器，还包括雷电监测设 备组、雷电预测设备组和云服务平台； [0041] 其中： [0042] 雷电监测设备组，用于采集防雷器的防雷工作信息，并将防雷工作信息发送给云 服务平台； [0043] 云服务平台，用于记录防雷工作信息，并根据防雷工作信息预测防雷器的状态； [0044] 雷电预测设备组，用于监测被保护设备附近的空气中的气象电场信息，并根据气 象电场信息预测被保护设备受到雷击的危害程度，作为预警信息发送给云服务平台； [0045] 云服务平台，还用于根据预警信息控制防雷器工作，并进行预警。 [0046] 基于本发明实施例提供的一种智能防雷实时在线监测系统，可以实时对防雷器进 行检测，根据防雷工作信息预测防雷器的状态，并且预测被保护设备受到雷击的危害程度， 节约人力物力提高检测效率和预防效果。 [0047] 一种实现方式中，被保护设备可以为电力、通信、监控、自动化等系统中的核心设 备。防雷器可以部署于被保护设备上，以使被保护设备免受雷击损害。 [0048] 一种实现方式中，雷电预测设备组可以监测预设范围内的气象电场信息，即可对 该预设范围内的所有被保护设备和防雷器进行预警。 [0049] 在一个实施例中，雷电监测设备组包括雷电监测装置、SPD监测装置、接地监测装 置、环境监测模块和第一通信模块；防雷工作信息包括雷电流波形信息、SPD工作信息、接地 信息和环境信息； [0050] 其中： 6 6 CN 114778959 A 说明书 4/6页 [0051] 雷电监测装置，用于采集防雷器工作时的雷电的模拟微分信号，并对模拟微分信 号进行波形还原，得到雷电流波形信息； [0052] SPD监测装置，用于采集防雷器的SPD泄放雷击次数，以及SPD的工作数据、后备断 路器数据和工作环境数据，作为SPD工作信息； [0053] 接地监测装置，用于采集防雷器的接地引下线的连接信息、回路接地电阻和金属 回路联结信息，作为接地信息； [0054] 环境监测模块，用于采集防雷器的漏电流数据、工频电流、电压、罗氏线圈数据、积 分器数据、温度和零序电流，作为环境信息； [0055] 第一通信模块，用于和云服务平台进行数据通信。 [0056] 在一个实施例中，雷电流波形信息包括雷电流的波形、极性、峰值、电荷量、比能 量、时间和次数或线路上入侵浪涌的极性、峰值、能量、时间和次数。 [0057] 一种实现方式中，根据雷电流波形信息可以预测防雷器的使用寿命。 [0058] 在一个实施例中，云服务平台包括数据统计模块、数据处理模块和报警模块；防雷 工作信息包括所述防雷器的目标设备标识； [0059] 数据统计模块，用于根据目标设备标识统计并记录防雷器的防雷工作信息； [0060] 数据处理模块，用于根据防雷工作信息判断防雷器的状态，并预测防雷器的使用 寿命； [0061] 报警模块，用于当数据处理模块判断防雷器的状态为异常，则进行报警； [0062] 报警模块，还用于当数据处理模块预测防雷器的使用寿命小于预设时间值，则进 行报警。 [0063] 一种实现方式中，云服务平台可以根据数据统计模块记录的防雷器的防雷工作信 息，生成防雷器的工作图表，直观地展现防雷器的工作生命周期，便于数据统计和分析。 [0064] 一种实现方式中，根据SPD工作信息、接地信息和环境信息判断防雷器的状态。 [0065] 在一个实施例中，数据处理模块预测防雷器的使用寿命具体为： [0066] [0067] 其中，C为防雷器的额定泄雷次数，C 为防雷器的SPD泄放雷击次数，C 为防雷器的 1 2 入侵浪涌次数，I 为第i次雷电流峰值，I 为第i次入侵浪涌峰值，I为防雷器的额定泄雷电 1i 2i 流，sgn[x]为符号函数，T防雷器的额定工作时间，t为防雷器的实际工作时间，α和β为预设 指数参数。 [0068] 其中， [0069] [0070] 一种实现方式中，当第i次雷电流峰值过大，且I 与I的比值大于0.7倍，则该次雷 1i 电流对防雷器的损害效果扩大，即可补偿本次雷击的扩大效果，减少防雷器的预测使用寿 命。 [0071] 一种实现方式中，根据防雷器的型号可以获取防雷器的额定泄雷次数、额定泄雷 电流和额定工作时间。 7 7 CN 114778959 A 说明书 5/6页 [0072] 在一个实施例中，雷电预测设备组包括大气电场仪、雷击预测模块和第二通信模 块； [0073] 大气电场仪，用于按照预设周期时长采集大气中的电场数据； [0074] 雷击预测模块，用于根据当前的预设周期时长采集的电场数据预测下一预设周期 时长内发生雷电现象的概率，并根据电场强度值计算雷电强度，根据雷电现象的概率和雷 电强度预测被保护设备受到雷击的危害程度； [0075] 第二通信模块，用于和云服务平台进行数据通信。 [0076] 一种实现方式中，大气电场仪的雷电探测可以利用射频技术、电场探测技术和射 频传感器探测气象条件、雷电信号，计算雷电区域范围。通过垂直于电场并平行于地面的天 线(金属球或金属线)，可以测量大气中的电场。 [0077] 在一个实施例中，雷击预测模块包括采集子模块、计算子模块、预测子模块和评估 子模块；电场数据为在预设周期时长内空气中的电荷变化； [0078] 计算子模块，用于根据电荷变化计算当前空气中的电场强度，得到当前周期内的 大气电场时序数据； [0079] 预测子Kaiyun官网登录模块，用于将大气电场时序数据输入预先训练的BP神经网络，得到下一预 设周期时长内发生雷电现象的概率，并根据电场强度值计算雷电强度； [0080] 评估子模块，用于根据雷电现象的概率和雷电强度预测被保护设备受到雷击的危 害程度。 [0081] 一种实现方式中，雷电形成是电荷的积累过程，通过监测大气中的电场变化可以 预测发生雷电现象的概率。 [0082] 一种实现方式中，电荷变化Q(t)为测试点的电荷随时间变化的函数。通过下式(3) 可以计算测试点与预设参考点之间的电位： [0083] [0084] 其中，H为雷云与地面的距离，ε为介电常数，L 为测试点与预设参考点之间的距 1 离，I(t)电荷随时间变化产生的电流。等效电容C： [0085] C＝C +C                      (4) 0 1 [0086] 其中，C 为大气电场仪电路的等效电容，C 为大气电场仪的天线] 其中，r为大气电场仪的天线的半径，L为大气电场仪的天线] 一种实现方式中，根据电位E可以计算雷云的雷电强度： 8 8 CN 114778959 A 说明书 6/6页 [0090] [0091] 其中，τ为时间常数，τ为时间常数标准值，E 为每一周期内最大的电位E。 0 max [0092] 以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施 例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进 等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。 9 9 CN 114778959 A 说明书附图 1/1页 图1 10 10

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