CN102565567A - 输电线路动态增容在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种输电线路动态增容的在线监测装置，其特征在于：它包括安装在输电线路上的监测子站、安装在杆塔上的监测主站、安装在监控中心的监控上位机构成；所述监测子站包括STM32单片机、智能保护CT电源、导线温度传感器、RF射频模块和电流互感器；所述监测主站包括STM32单片机主站控制系统、光伏电源、GPRS模块、RF射频模块、环境温湿度传感器、风速风向传感器、日照辐射传感器。它充分挖掘线路的输送潜力，以导线的实际运行状况为依据适时提高输送容量，确保输电线路安全运行，规避增容带来的风险，对满足社会经济快速增长有着积极的作用。

Description

输电线路动态增容在线监测装置

技术领域

本发明涉及一种高压输电电力监测装置，特别是一种输电线路动态增容的在线监测装置。

背景技术

近年来，我国国民经济快速增长带动用电负荷急剧增加。不少经济发达的省市和地区，尤其是华东地区，由于用电负荷增长超出电力建设发展速度，已经出现架空输电线路输电能力严重不足问题，电力公司的经济效益和企业形象受到损失。为解决日益严峻的供电问题，提高电网的供电能力和经济效益，迫切需要增加输电线路的输送容量。早期的输电线路增容一般通过建设新的输电线路或对原有线路进行改建实现，投资巨大，建设周期长，运行维护成本高。此外，高压输电线路对居民区环境因素和人畜的影响较大，在用地紧张地区不易开辟新的线路走廊。因此需找寻一种能够不改变线路结构和安全运行标准的架空线路载流容量提高方法。

动态增容技术是一种提高现有输电线路容量的有效方法，相比于传统方法，该方法利用动态增容在线监测系统实时监测线路物理特性和环境参数，通过优化计算、预测和实时跟踪，在现行线路结构和线路运行安全标准不变的前提下，充分挖掘线路的输送潜力，以导线的实际运行状况为依据适时提高输送容量，确保输电线路安全运行，规避增容带来的风险，对满足社会经济快速增长有着积极的作用。专利号为“200920086765.6”的中国实用新型专利“输电线路覆冰预警及动态增容系统的在线监测装置”，公开了一种输电线路动态增容在线监测装置，装置采用高压取电模块和锂电池供电。其缺陷在于取电模块没有泄放保护、一旦高压线路过负荷运行，取电模块易被烧毁。且所用锂电池不可过充、过电、不可耐高温、严寒，使用寿命较短。本发明采用低功耗器件设计动态增容装置，无需锂电池储能，利用带有智能保护的CT电源供电，提高装置运行的安全性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设置更为合理、能够对高压运行线路进行在线监测、存储、查询、并最大限度发挥输电线路的负载能力，增加现有输电线路的输送容量的输电线路动态增容在线监测装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明是一种输电线路动态增容在线监测装置，其特点是：它由安装在输电线路上的监测子站、安装在杆塔上的监测主站以及安装在监控中心的监控上位机构成；

所述的监测子站包括STM32单片机、智能保护CT电源、导线温度传感器、RF射频模块和电流互感器；所述智能保护CT电源与STM32单片机的电源管脚相连；所述导线温度传感器、电流互感器与所述STM32单片机的AD管脚相连接；RF射频模块SI4432与所述STM32单片机的SPI管脚连接； 

所述智能保护CT电源包括取电模块、电能调理模块、智能保护模块；

所述取电模块含一次母线、电流互感器磁芯、二次线圈、取样电阻、单刀双掷继电器；一次母线穿过所述电流互感器磁芯；二次线圈绕在电流互感器磁芯上，并与取样电阻并联，再与单刀双掷继电器串联；

所述电能调理模块含整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电容、稳压电路，各电路之间依次串联连接；所述的尖端泄放电路包括稳压管，稳压管与稳压管限流电阻串联后与整流桥的直流输出并联，其中间并联另一个限流电阻，该限流电阻与功率管门极相连，以控制功率管导通或关断的电压；

所述智能保护电路包括STM8单片机、RF射频模块和超级电容；RF射频模块与所述STM8单片机的UART管脚连接；超级电容并联在所述STM8单片机的供电端；

所述的监测主站包括STM32单片机、光伏电源、GPRS模块、RF射频模块SI4432、环境温湿度传感器、风速风向传感器和日照辐射传感器；

GPRS模块与所述的STM32单片机的UART管脚连接；RF射频模块SI4432、环境温湿度传感器与STM32单片机的SPI管脚相连接；风速风向传感器、日照辐射传感器与STM32单片机的AD管脚相连接；所述光伏电源与所述STM32单片机电源管脚相连。

本发明技术方案中，各元器件、模块及控制系统如无特别说明，均可以使用现有技术中公开的可适用于本发明的元器件、模块及控制系统。

本发明所述监测子站的功能为：采集和上传输电线路电流和导线温度数据，为线路动态增容提供依据。所述监测主站的功能为：将环境气象监测数据和监测子站监测数据上传至监控上位机。所述监控上位机可安装有专家分析软件；其功能为：显示、存储监测数据、计算现有线路的增容裕量、提出建议的增容策略，为调度人员实施动态增容提供必要依据。所述监测子站采用智能保护CT电源来供电，所述监测主站采用光伏电源供电，所述监控上位机由市电供电。监测子站与监测主站2之间采用433MHz短程RF技术通信，所述监测主站与监控上位机之间采用GPRS远程无线技术通信。

本发明所述的输电线路动态增容在线监测装置使用智能保护CT电源，当高压侧线路电流过大时，所述尖端泄放电路将多余感应电能转换为热能泄放。当泄放保护电路温升过高时，所述智能保护模块将切断供电回路，直到电源温度降低到允许工作温度。

本发明的有益效果是：本发明装置利用传感器及低功耗微控制器监测输电线路电流、导线温度及环境气象参数，通过RF模块和GPRS上传监测信息，结合各种监测参数来计算导线增容裕量，提供动态增容决策，以导线的实际运行状况为依据适时提高输送容量，充分挖掘线路的输送潜力，确保输电线路安全运行，规避增容带来的风险。与现有技术相比，本发明采用低功耗器件设计动态增容装置，无需锂电池储能，利用带有智能保护的CT电源供电，提高装置运行的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种组成结构示意图；

图2为本实用新的监测子站的结构示意框图；

图3为本发明的智能保护CT电源的结构示意框图；

图4为本发明的监测主站的结构示意框图。

具体实施方式

以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例1，参照图1-4，一种输电线路动态增容在线监测装置，它由安装在输电线路上的监测子站1、安装在杆塔上的监测主站2以及安装在监控中心的监控上位机3构成；其中监测子站1与监测主站2之间通过短程RF技术进行通信；监测主站2与监控上位机3之间通过GPRS技术进行通信。

所述的监测子站1包括STM32单片机11、智能保护CT电源12、导线温度传感器13（可使用热敏电阻MF52）、RF射频模块14和电流互感器15；所述智能保护CT电源12与STM32单片机11的电源管脚相连；所述导线温度传感器13、电流互感器15与所述STM32单片机11的AD管脚相连接；RF射频模块14（SI4432）与所述STM32单片机11的SPI管脚连接。导线温度传感器13和电流互感器15将测得的导线温度及电流存至STM32单片机11中，通过RF射频模块14（Si4432）将数据发送给监测主站2。运行过程中，监测子站1通过智能保护CT电源12供电。

所述智能保护CT电源12包括取电模块121、电能调理模块122、智能保护模块123；

所述取电模块121含一次母线1211、电流互感器磁芯1212、二次线圈1213、取样电阻1214、单刀双掷继电器1215；一次母线1211穿过所述电流互感器磁芯1212；二次线圈1213绕在电流互感器磁芯1212上，并与取样电阻1214并联，再与单刀双掷继电器1215串联；

所述电能调理模块122含整流电路1221、尖端泄放电路1222、纹波滤除电容1223、稳压电路1224，各电路之间依次串联连接；所述的尖端泄放电路1222包括稳压管，稳压管与稳压管限流电阻串联后与整流桥的直流输出并联，其中间并联另一个限流电阻，该限流电阻与功率管门极相连，以控制功率管导通或关断的电压；

所述智能保护电路123包括STM8单片机11、RF射频模块14和超级电容；RF射频模块14与所述STM8单片机11的UART管脚连接；超级电容并联在所述STM8单片机11的供电端；

所述的监测主站包括STM32单片机11、光伏电源22、GPRS模块23、RF射频模块14（SI4432）、环境温湿度传感器25、风速风向传感器26和日照辐射传感器24；

GPRS模块23与所述的STM32单片机11的UART管脚连接；RF射频模块14（SI4432）、环境温湿度传感器25与STM32单片机11的SPI管脚相连接；风速风向传感器26、日照辐射传感器24与STM32单片机11的AD管脚相连接；所述光伏电源22与所述STM32单片机11电源管脚相连。

如图3所示，所述一次母线1211上通有幅值恒定的交流电流，线路周围将产生交变磁场，并在所述电流互感器磁芯1212上产生交变的磁通，这个磁通将在所述二次线圈1213上感应出交变的感应电流。感应电流在所述取样电阻1214上成为电动势输出。在所述单刀双掷继电器1215（JQC-3F）闭合的条件下，所述感应电动势经整流电路1221整流后变为脉动直流电压。脉动直流电压经所述尖端泄放电路1222后，将脉动直流的尖峰能量泄放，再经所述滤波电容1223可将较大的电压纹波滤除。最后，该电压经稳压电路1224后降至5.5V，以供使用。整个电路运行过程中，所述STM32单片机11可监测尖端泄放电路1222的工作温度，并预设温度超标阈值、恢复阈值和超标时长。工作温度超标后，所述STM32单片机11通过所述单刀双掷继电器1215断开供电电路，直到所述尖端泄放电路1222的工作温度进入恢复阈值后，所述单刀双掷继电器1215重新接入供电电路。供电断开后，所述STM32单片机11由内部超级电容供电。当在预设超标时长内，所述尖端泄放电路1222的工作温度不能进入恢复阈值时，所述RF射频模块14启动，下发电源装置故障命令。

如图4所示，所述监测主站2的环境温湿度传感器25（SHT71）、风速风向传感器26（BCQ-FS-BA）、日照辐射传感器24（GZD系统）将测得的导线温度存至STM32单片机11中，通过GPRS模块23（EM310）将这些数据以及通过RF射频模块14（Si4432）所收到的监测子站1中所测数据一并发送给监控中心3。运行过程中，光伏电源22向监测主站2供电。

所述监控上位机3安装有专家分析软件，当收到所述监测主站2上传的监测信息后，所述专家分析软件综合各种监测参数，结合动态增容英国摩尔根公式，计算出线路容量裕度，充分挖掘线路的输送潜力，以导线的实际运行状况为依据适时提高输送容量，确保输电线路安全运行，规避增容带来的风险。

Claims (1)

1.一种输电线路动态增容在线监测装置，其特征在于：它由安装在输电线路上的监测子站、安装在杆塔上的监测主站以及安装在监控中心的监控上位机构成；

所述的监测子站包括STM32单片机、智能保护CT电源、导线温度传感器、RF射频模块和电流互感器；所述智能保护CT电源与STM32单片机的电源管脚相连；所述导线温度传感器、电流互感器与所述STM32单片机的AD管脚相连接；RF射频模块SI4432与所述STM32单片机的SPI管脚连接； 

所述智能保护CT电源包括取电模块、电能调理模块、智能保护模块；

所述取电模块含一次母线、电流互感器磁芯、二次线圈、取样电阻、单刀双掷继电器；一次母线穿过所述电流互感器磁芯；二次线圈绕在电流互感器磁芯上，并与取样电阻并联，再与单刀双掷继电器串联；

所述电能调理模块含整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电容、稳压电路，各电路之间依次串联连接；所述的尖端泄放电路包括稳压管，稳压管与稳压管限流电阻串联后与整流桥的直流输出并联，其中间并联另一个限流电阻，该限流电阻与功率管门极相连，以控制功率管导通或关断的电压；

所述智能保护电路包括STM8单片机、RF射频模块和超级电容；RF射频模块与所述STM8单片机的UART管脚连接；超级电容并联在所述STM8单片机的供电端；

所述的监测主站包括STM32单片机、光伏电源、GPRS模块、RF射频模块SI4432、环境温湿度传感器、风速风向传感器和日照辐射传感器；

GPRS模块与所述的STM32单片机的UART管脚连接；RF射频模块SI4432、环境温湿度传感器与STM32单片机的SPI管脚相连接；风速风向传感器、日照辐射传感器与STM32单片机的AD管脚相连接；所述光伏电源与所述STM32单片机电源管脚相连。

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