CN102012449A - 无线型输电线路氧化锌避雷器在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种无线型输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，信号调理模块依次与数据分析与分析模块、无线数传模块相接，电源模块分别与信号调理模块、数据分析与分析模块、无线数传模块相接。同时监测避雷器的泄漏全电流、泄漏电流阻性分量以及累计动作次数数据，采用无线方式完成数据传输，通过分别电压和电流传感器采集避雷器的泄漏电流和线路相电压信号，信号调理模块完成采集信号的整形处理；然后送入数据采集和分析模块，通过数据采集和分析软件，分析计算出避雷器的泄漏全电流、泄流电流阻性分量以及避雷器的累计动作次数；最后由无线传输模块完成监测数据的无线传输。本发明适用于架空输电线路无间隙氧化锌避雷器的远程实时数据采集。

Description

无线型输电线路氧化锌避雷器在线监测系统 

技术领域

本发明属于避雷器监测技术领域，具体涉及一种无线型输电线路氧化锌避雷器在线监测系统。 

背景技术

输电线路避雷器的在线监测为避雷器的远程监测提供了有效的技术手段。目前使用的输电线路避雷器监测装置，以微处理器为控制核心，实现了避雷器泄漏电流以及动作次数的远程测量，但对于泄漏电流监测，现有的监测装置只监测全电流，不能实现泄漏电流阻性分量的测量。 

发明内容

本发明专利的目的是提供一种无线型输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，同时监测避雷器的泄漏全电流、泄漏电流阻性分量以及动作次数等数据，并且采用无线方式完成数据传输，本方法及系统可用于架空输电线路无间隙氧化锌避雷器的远程在线监测。 

本发明的技术方案是这样实现的： 

包括信号调理模块、数据采集与分析模块、无线数传模块以及电源模块，其中信号调理模块依次与数据分析与分析模块、无线数传模块相接，电源模块分别与信号调理模块、数据分析与分析模块、无线数传模块相接。 

所述的信号调理模块由三相泄漏电流调理电路、B相泄漏电流整形电路、B相电压整形电路组成，其中，B相泄漏电流整形电路与B相泄漏电流 调理电路并联。 

所述的三相泄漏电流调理电路结构相同，均包括采样电路、幅值调整电路、滤波电路以及放大电路，其中，采样电路依次与幅值调整电路、滤波电路以及放大电路相连接。 

所述的B相泄漏电流整形电路由滤波电路、整形电路和隔离电路组成，其中，滤波电路依次与整形电路以及隔离电路相连接。 

B相电压整形电路由幅值调整电路、滤波电路、整形电路和隔离电路组成，其中，幅值调整电路依次与滤波电路、整形电路以及隔离电路相连接。 

本发明同现有的避雷器在线监测系统相比较有如下特点： 

1.能同时完成避雷器泄漏全电流、泄漏电流阻性分量以及动作次数的远程监测； 

2.采用太阳能光伏电源系统，可安装在野外架空输电线路上，对野外架空输电线路避雷器进行远程监测。 

附图说明

图1是线路避雷器泄漏电流信号及相电压信号采集原理图； 

图2是本发明的无线型输电线路氧化锌避雷器在线监测系统结构示意图； 

图3是本发明的采样信号调理模块的电路原理图； 

图4是本发明的数据采集与分析模块的软件流程图。 

图中，1、金属氧化物型避雷器MOA，2、一匝穿芯式无源交流泄漏电流传感器，3、相电压传感器4、泄漏电流采样电阻，5、相电压采样电阻，6、信号调理模块，7、数据采集与分析模块，8、无线数传模块，9、电源模块。 

下面结合附图对本发明进行详细说明。 

具体实施方式

避雷器泄漏电流及相电压信号采集原理为：利用一匝穿芯式无源交流泄漏电流传感器2套在金属氧化物型避雷器MOA的接地线上，并通过采样电阻4获取泄漏电流对应的模拟信号，利用电压传感器3装设在B相线路下方，感应出B相电压同频同相信号，并通过采样电阻5获取B相线路电压对应的模拟信号，如图1所示。 

本发明的无线型输电线路氧化锌避雷器在线监测系统的结构如图2所示，包括信号调理模块6、数据采集与分析模块7、无线数传模块8以及电源模块9。其中，信号调理模块接收三相泄漏电流和B相电压模拟信号，经过处理后将三相泄漏电流调理信号、B相泄漏电流及B相电压整形信号送入数据采集与分析模块；经过数据采集与分析模块处理后，将数据转换成数字信号发送至无线数传模块；无线数传模块接收到待发送数据后将数据送入无线信道完成数据发送。 

本发明的信号调理模块的工作原理如图3所示，共由三相泄漏电流调理电路；B相泄漏电流整形电路；B相电压整形电路五部分组成。其中，三相泄漏电流调理电路的输出信号分别为U₁、U₂、U₃，其结构与工作原理相同。下面以A相为例，说明其工作原理如下：经电流传感器获取的A相泄漏电流I_a在采样电阻R₁上产生与A相泄漏电流同频同相位的电压信号，该电压信号经R₂与R₃分压后送入由C₁、C₂以及LM324第一运放组成的滤波电路进行滤波处理，滤去采样信号中的3次及3次以上的谐波信号；滤波处理后的信号送入由R₄、R₅、R₆、R₇、LM324以及TVS₁组成的信号放大电路，由放大电路将信号幅值调理到数据采集与分析模块A/D通道可以接受的幅值 范围内。 

B相泄漏电流整形电路与B相电压整形电路的输出信号分别为U₄、U₅，其工作原理基本相同，以B相泄漏电流整形电路为例，说明其工作原理如下：B相泄漏电流信号经过R₁₅R₁₆的幅值调整后送入由C₃、R₈、C₄组成的滤波电力进行滤波，滤去采样信号中的3次及3次以上的谐波信号；滤波后的信号送入由R₉、R₁₀、R₁₁以及LM358的第一运放组成的整形电路，将交流模拟信号整形称同频同相位的方波脉冲信号；方波脉冲信号送入由R₁₂、TLP181以及R₁₃组成的光电隔离电路，实现电路的电气隔离后将方波信号送入数据采集与分析模块的外部中断接口。 

本发明的数据采集与分析模块的工作原理如图4所示，其中(a)图为系统软件的主程序流程图，其工作原理为：初始化程序部分完成系统参数、中断以及定时计数器设置等工作；当各其他中断子程序完成采集计算后，主程序对采集计算值进行有效性校验，若发现采集计算值有野点、扰动、超大或超小值等无效值情况时，将无效值丢弃，并返回等待下一次采集计算值。若采集计算值通过有效值校验，则可利用三相全电流值以及电流电压相角值来计算阻性电流值；最后将三相全电流、阻性电流以及动作次数累计值通过发送程序完成数据发送。(b)图为全电流采集和动作次数累计中断子程序流程图，定时器0按照预定时间进入中断入口，保护现场参数后通过三路A/D接口采集三相全电流信号，并经过采样算法计算三相全电流值；当发现某相全电流值发生跃变且绝对值超过设定动作阈值时，则认为该相避雷器发生动作，从而该相避雷器动作次数累加器完成累加计算；若全电流值在正常范围内，则在恢复现场参数后退出中断程序。(c)图为b相电流调理信号U₄接入的微处理器外部中断0服务程序流程图，当U₄信号下降沿时进入中断入口，保护 现场参数后读取微处理器计数器1的计数值，若第一次进入程序，则计数值为无效值丢弃，若非第一次进入程序，则该计数值为U₄信号相邻两次下降沿之间的时间所对应的微处理器计数值；根据该计数值和微处理器计数频率，可计算出U₄信号的周期和频率；完成周期和频率计算后启动计数器2；恢复现场参数后返回主程序。(c)图为b相电压调理信号U₅接入的微处理器外部中断1服务程序流程图，当U₅信号下降沿时进入中断入口，保护现场参数后停止计数器2，读取其计数值，该计数值为b相电流调理信号U₄和b相电压调理信号U₅相邻下降沿之间的时间所对应的微处理器计数值，通过该计数值和微处理器技术频率可计算出b相电流调理信号U₄和b相电压调理信号U₅相邻下降沿之间的时间，再结合U₄信号的周期或频率值，可计算出电流调理信号U₄超前b相电压调理信号U₅相位所对应的电角度；相位角计算完成后复位计数器2，以便下一个周期的采集计算；最后恢复现场并返回主程序。 

通过分别电压和电流传感器采集避雷器的泄漏电流和线路相电压信号，并通过信号调理模块完成采集信号的整形处理；然后送入数据采集和分析模块，通过数据采集和分析软件，分析计算出避雷器的泄漏全电流、泄流电流阻性分量以及避雷器的累计动作次数；最后由无线传输模块完成监测数据的无线传输。 

信号调理模块由信号调理电路组成。其中的信号调理电路，包括三相泄漏电流信号的信号变换、幅值调整、滤波以及放大电路(以下分别简称A、B和C相泄漏电流调理电路)；B相泄漏电流信号的滤波、整形及隔离电路(以下简称B相泄漏电流整形电路)；B相电压信号的幅值调整、滤波、整形及隔离电路(以下简称B相电压整形电路)。 

三相泄漏电流调理电路结构相同，以A相为例说明上述电路的结构如下：信号变换电路由第一电阻组成；幅值调整电路由第二与第三电阻组成；滤波电路由第一电容、第二电容、四运放集成电路LM324中的第一运放组成；放大电路由第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、四运放集成电路LM324中的第二运放以及第一瞬态抑制二极管组成。各电路元件的连接关系为：第一电阻的一端直接与大地相接，另一端依次与第二电阻、第三电阻以及四运放集成电路LM324的第一运放同相端相接，第二电阻与第三电阻的旁路依次与第二电容、四运放集成电路LM324的第一运放的输出端相接，第三电阻与四运放集成电路LM324的第一运放的同相端的旁路依次与第一电容、大地相接，四运放集成电路LM324的第一运放的反相端和四运放集成电路LM324的第一运放的输出端相接。第四电阻的一端与四运放集成电路LM324第一运放的输出端相接，另一端与四运放集成电路LM324的第二运放的反相端相接，第四电阻与四运放集成电路LM324的第二运放的反相端的旁路分别与第六电阻、第七电阻、四运放集成电路LM324的第二运放的输出端相接，四运放集成电路LM324的第二运放的输出端与数据采集与分析模块的A/D转换接口相接，四运放集成电路LM324第二运放输出端与数据采集与分析模块A/D转换接口的旁路经第一瞬态击穿二极管(TVS1)与大地相接，四运放集成电路LM324的第二运放的同相端依次与第五电阻和大地相接。 

B相泄漏电流整形电路的结构如下：滤波电路由第三电容、第八电阻以及第四电容组成；整形电路由第九电阻、第十电阻、第十一电阻以及双运算放大器LM358的第一运放组成；隔离电路由第十二电阻、光耦TLP181以及第十三电阻组成。各电路元件的连接关系为：第三电容的一端与大地相 接，另一端依次与第八电阻、第九电阻、双运算放大器LM358的第一运放的反相端相接，第八电阻与第九电阻的旁路依次与第四电容和大地相接，第十电阻的一端与大地相接，另一端与双运算放大器LM358的第一运放的同相端相接，第十电阻与双运算放大器LM358的第一运放同相端的旁路依次与第十一电阻以及双运算放大器LM358的第一运放的输出端相接。第十二电阻的一端与双运算放大器LM358的第一运放的输出端相接，另一端与光耦TLP181输入端的正极引脚相接，光耦TLP181输入端的负极引脚接地，光耦TLP181输出端的集电极与3.3V直流电源正极相接，发射极依次与第十三电阻和大地相接，光耦TLP181发射极与第十三电阻的旁路与数据采集与分析模块的中断输入引脚1相接。 

B相电压整形电路的结构如下：幅值调整电路由第二十八电阻和第二十九电阻组成；滤波电路由第九电容、第三十电阻以及第十电容组成；整形电路由第三十一电阻、第三十二电阻、第三十三电阻以及双运算放大器LM358的第二运放组成；隔离电路由第三十四电阻、光耦TLP181以及第三十五电阻组成。各电路元件的连接关系为：第二十八电阻的一端与B相电压信号相接，另一端依次与第三十电阻、第三十一电阻以及双运算放大器LM358的第二运放的反相端相接，第二十八电阻与第三十电阻的旁路依次第二十九电阻和大地相接，第九电容与第二十九电阻并联相接，第三十电阻与第三十一电阻的旁路依次与第十电容、第三十二电阻以及双运算放大器LM358的第二运放的同相端相接，第十电容与第三十二电阻的旁路与大地相接，第三十二电阻与双运算放大器LM358的第二运放的同相端的旁路依次与第三十三电阻以及双运算放大器LM358的第 二运放的输出端相接。第三十四电阻的一端与双运算放大器LM358的第二运放的输出端相接，另一端与光耦TLP181输入端的正极引脚相接，光耦TLP181输入端的负极引脚接地，光耦TLP181发射极依次与地三十五电阻和大地相接，光耦TLP181发射极与第三十五电阻的旁路与数据采集与分析模块的中断输入引脚2相接。 

数据采集与分析模块由包含三路以上A/D采集以及二路以上外部中断硬件的嵌入式微机采集板组成。 

无线数传模块由带有串行口输入接口的通用无线数传模块组成。 

电源模块由适当容量及电压的通用太阳能光伏电源系统组成。 

Claims (5)

1.一种无线型输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，其特征在于，包括信号调理模块(1)、数据采集与分析模块(2)、无线数传模块(3)以及电源模块(4)，其中信号调理模块(1)依次与数据分析与分析模块(2)、无线数传模块(3)相接，电源模块分别与信号调理模块(1)、数据分析与分析模块(2)、无线数传模块(3)相接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的信号调理模块(1)由三相泄漏电流调理电路、B相泄漏电流整形电路、B相电压整形电路组成，其中，B相泄漏电流整形电路与B相泄漏电流调理电路并联。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的三相泄漏电流调理电路结构相同，均包括采样电路、幅值调整电路、滤波电路以及放大电路，其中，采样电路依次与幅值调整电路、滤波电路以及放大电路相连接。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的B相泄漏电流整形电路由滤波电路、整形电路和隔离电路组成，其中，滤波电路依次与整形电路以及隔离电路相连接。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，B相电压整形电路由幅值调整电路、滤波电路、整形电路和隔离电路组成，其中，幅值调整电路依次与滤波电路、整形电路以及隔离电路相连接。

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