CN103176026B - 一种避雷器无线监测能源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种避雷器无线监测能源管理系统，并根据控制策略对原有避雷器监测系统的结构进行了改进。监测控制台定时、逐级向站控层交换机、智能电子设备和避雷器监测终端发送问询与控制命令，通过控制站控层交换机与智能电子设备的供电电源，控制站控层交换机与智能电子设备的开启、运行与关闭；通过控制避雷器监测终端的供电电源，控制避雷器监测终端的开启、数据采集、数据发送与关闭；监测站控层交换机、智能电子设备和避雷器监测终端的工作状态信息。本发明实现了变电站内避雷器监测的无线化，并且通过优化能源控制策略最大化延长监测系统工作年限，延长监测设备更换周期，降低施工难度与工程成本。

Description

一种避雷器无线监测能源管理系统

技术领域

本发明属于一种避雷器无线监测能源管理系统，并根据控制策略对原有避雷器监测系统的结构进行了改进。

背景技术

电力系统中，雷击灾害对变电站设备造成的损坏比较严重。避雷器作为一种重要的过电压保护电器，用以泄露雷电过电压和操作引起的内部过电压的一种电气设备。目前国内电力系统主要采用金属氧化物避雷器。

金属氧化物避雷器受到冲击电压的作用，氧化物阀片也会在冲击电压能量的作用下发生老化，使其非线性特性变差。金属氧化物避雷器发生老化、非线性变差主要表现是在系统正常运行电压下阻性电流高次谐波分量显著增大，而阻性电流的基波分量相对增加较小，对阻性电流各次谐波的测量可以较为准确地判别氧化物避雷器性能下降的原因。

传统的变电站避雷器监测系统采用有源供电方式，并通过变电站内光纤/以太网将采集的雷击次数与阻性电流信息传送到变电站监控室。但是，有线通信的弊端是显而易见的，例如传输线铺设复杂、不易检修和维护，长距离传输线易受电磁干扰的影响等等。而无线通信则具有运行可靠、安装灵活，成本低廉等优点，逐渐取代了有线通信。变电站内一次设备安装位置比较分散，尤其是避雷器安装数量大，分布广，这无形中增大了变电站监测设备安装布线的工程难度与工程成本。在新建基站与旧站改建中采用无线通信方式代替过程层与间隔层，间隔层与站控层间的有线通信方式不仅能够降低工程难度与工程成本，还能够降低维护的难度与费用。

现有的采用无线通信方式的变电站避雷器监测系统没有有效的解决系统的供电问题。如果只是单一的采用无线的方式解决系统的通信问题，监测系统的供电电源仍采用有源供电，就无法从根本上解决由于避雷器分布广，安装监测系统时工程难度大，布线复杂、成本高的问题。有人提出采用太阳能等可再生资源供电的方式，但是没有详细的提出变电站中太阳能与蓄电池联合供电的控制策略，变电站中避雷器监测系统的状态信息监测并不需要实时进行，如果变电站中太阳能采集板与蓄电池供电系统持续充/放电而不加以控制，就会降低了蓄电池的使用寿命，降低整个系统的工作年限，缩短维修与更换周期。如果能合理的控制变电站中避雷器监测系统的工作模式，控制供电电源的充/放电的时间与方式，最大限度延长蓄电池的工作寿命，也最大限度的延长了避雷器监测系统的工作年限，延长维护周期，节约成本。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，基于避雷器分布特性与状态监测需求特性，本发明提出一种的功耗低、灵活性高、维护周期长的避雷器无线监测系统控制策略，并根据控制策略对变电站避雷器监测系统的结构进行了改进。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种避雷器无线监测能源管理系统，监测控制台定时、逐级向站控层交换机、智能电子设备和避雷器监测终端发送问询与控制命令，通过控制站控层交换机与智能电子设备的供电电源，控制站控层交换机与智能电子设备的开启、运行与关闭；通过控制避雷器监测终端的供电电源，控制避雷器监测终端的开启、数据采集、数据发送与关闭；监测站控层交换机、智能电子设备和避雷器监测终端的工作状态信息；

监测控制台在系统每个工作周期通过供电电源的中央控制单元监测各供电电源输出电量与剩余电量，控制供电电源的充电方式与充电时间。

所述工作状态信息包括避雷器监测终端的状态信息与避雷器内阻性电流的数据信息，通过监测避雷器监测终端的状态信息获取监测终端是否正常工作，通过监测避雷器内阻性电流的数据信息设定系统的监测周期，评估避雷器的老化程度。

所述通过监测避雷器内阻性电流的数据信息设定系统的监测周期，评估避雷器的老化程度具体为：监测控制台通过唤醒供电电源中中央控制单元的无线模块，向中央控制单元发送控制命令，所述中央控制单元控制蓄电池对站控层交换机、智能电子设备、避雷器监测终端的供电，控制站控层交换机、智能电子设备、避雷器监测终端上的启动、运行、关闭。

所述无线模块采用蓄电池供电，支持唤醒功能，用于监测控制台与供电电源中央控制单元的互通信。

所述供电电源包括为站控层交换机供电的交换机供电电源，为智能电子设备供电的IED供电电源和为避雷器监测终端供电的避雷器监测终端供电电源。

所述中央控制单元监测供电电源的蓄电池电量存储，控制蓄电池的最优充放电，通过供电电源的太阳能电池板对蓄电池充电，切换浮充与均充的充电模式。

所述控制供电电源的充电方式与充电时间具体为：

监测控制台发送控制命令到供电电源中的中央控制单元；

中央控制单元设置蓄电池的输出电压与电流；

中央控制单元监测蓄电池的输出电压与电流；

中央控制单元计算本次工作周期使用的电量并监测蓄电池的剩余电量；

判断蓄电池的剩余电量是否小于设定阈值；

如果蓄电池的剩余电量小于设定阈值，则蓄电池均匀充电；如果蓄电池的剩余电量不小于设定阈值，则等待下一个工作周期；

中央控制单元判断蓄电池充电完成，控制蓄电池进入浮充状态，等待下一个工作周期。

还包括过电压监测终端，安装于避雷器与导线的连接处，采用感应取能方式工作，采集电路过电压信息并记录过电压次数，以无线通信方式发送至监测控制台。

本发明具有以下优点：

1.本发明实现了变电站内避雷器监测的无线化，并且通过优化能源控制策略延长监测系统工作年限，延长监测设备更换周期，降低施工难度与工程成本。

2.本发明所述的避雷器监测系统及控制策略符合IEC61850规约。

3.本发明具有低功耗、高灵活性、维护周期长的特点。

附图说明

图1为本发明系统结构图；

图2为避雷器监测终端结构图；

图3为阻性电流监测流程图；

图4为供电电源的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本发明中的避雷器无线监测系统包括站端监测控制台、综合存储数据库、站控层交换机、智能电子设备(IED)、多个避雷器监测终端，多个监测终端供电电源、多个过电压监测终端。系统中监测终端供电电源由太阳能电池板、蓄电池、中央控制单元、无线双向透传模块组成。

上述监测控制台与站控层交换机、站控层交换机与IED、IED与多个避雷器监测终端、IED与多个过电压监测终端、IED与监测终端供电电源之间采用无线双向数据通信方式通信，无线通信模块采用蓄电池供电，支持休眠与唤醒功能。监测系统的初始状态为站控层交换机、IED、避雷器监测终端处于关闭状态，供电电源的无线通信模块处于休眠状态，供电电源的中央控制单元处于待机状态。

系统工作过程如下：

1、监测控制台定时、逐级向站控层交换机、IED、避雷器监测终端发送问询与控制命令，监测路由设备与监测设备的工作状态，控制监测终端的数据采集与数据发送，如图3所示。

1)监测控制台定时、逐级向站控层交换机、IED的供电电源中央控制单元发送指令，控制供电电源为站控层交换机、IED供电，站控层交换机、IED上电后进行系统初始化，中央控制单元向监测控制台返回应答命令。

2)监测控制台接到供电电源返回的应答命令后向站控层交换机、IED发送问询命令，站控层交换机、IED向监测控制台返回应答指令。若站控层交换机与IED无应答，系统持续向该设备发送问询命令。若发送5次问询命令后仍无应答，系统启动备用设备并发出主机故障报警。若备用设备仍无应答，系统发出路由设备故障报警。

3)监测控制台向避雷器监测终端供电电源的中央控制单元发送控制命令，控制供电电源对避雷器监测终端的供电。避雷器监测终端上电后，中央控制单元向监测控制台返回应答命令。

4)监测控制台接到避雷器监测终端的供电电源返回的应答命令后向避雷器监测终端发送问询命令，避雷器监测终端向监测控制台返回应答指令。若避雷器监测终端无应答，系统持续向该设备发送问询命令。若发送5次问询命令后仍无应答，系统发出监测设备故障报警。

5)控制台接到监测终端应答命令后，向避雷器监测终端发送数据请求命令。避雷器监测终端读取采集的阻性电流值。若读取阻性电流值I≤Iref(Iref为设定阈值)，系统正常工作。若避雷器中阻性电流值出现异常，读取的电流Iref≤I≤150％Iref，监测控制台自动调整对供电电源无线通信模块的唤醒时间，设定系统工作周期为初始设定周期的二分之一(可根据具体需求调整)。若读取的阻性电流值I＞150％Iref，系统发出避雷器故障报警。

6)数据采集结束后，监测控制台控制供电电源，关闭避雷器监测终端、IED与站控层交换机，无线双向通信模块进入休眠状态，等待下一次唤醒。

2、监测控制台在系统每个工作期间通过供电电源的中央控制单元监测各供电电源输出电量与剩余电量，控制供电电源的充电方式与充电时间(如图4)。

1)监测控制台向中央控制单元发送控制命令，设定供电电源输出电压、电流值，并计算本次输出电量与蓄电池剩余电量。

2)当蓄电池存储电量低于设定的均充最优值时，监测控制台向供电电源中央控制单元发送命令，太阳能电池板向蓄电池均衡充电，最大程度的延长了蓄电池的使用寿命，延长了变电站的维护周期。

3)当蓄电池充满后，停止对蓄电池的均衡充电，蓄电池进入浮充状态。

3、过电压监测终端安装于避雷器与线路的连接处，采用感应取能方式工作，采集电路过电压信息并记录过电压次数。

1)监测控制台定时、逐级向站控层交换机、IED的供电电源中央控制单元发送指令，控制供电电源为站控层交换机、IED供电，站控层交换机、IED上电后进行系统初始化，中央控制单元向监测控制台返回应答命令。

2)监测控制台接到供电电源返回的应答命令后向站控层交换机、IED发送问询命令，站控层交换机、IED向监测控制台返回应答指令。若站控层交换机与IED无应答，系统持续向该设备发送问询命令。若发送5次问询命令后仍无应答，系统启动备用设备。若备用设备仍无应答，系统发出路由设备故障报警。

3)监测控制台向过电压监测终端发送问询命令，过电压监测终端返回应答。监测控制台发出数据请求命令，过电压监测模块返回过电压监测数据信息。

Claims (5)

1.一种避雷器无线监测能源管理系统，其特征在于，监测控制台定时、逐级向站控层交换机、智能电子设备和避雷器监测终端发送问询与控制命令，通过控制站控层交换机与智能电子设备的供电电源，控制站控层交换机与智能电子设备的开启、运行与关闭；通过控制避雷器监测终端的供电电源，控制避雷器监测终端的开启、数据采集、数据发送与关闭；监测站控层交换机、智能电子设备和避雷器监测终端的工作状态信息；

监测控制台在系统每个工作周期通过供电电源的中央控制单元监测各供电电源输出电量与剩余电量，控制供电电源的充电方式与充电时间；

还包括过电压监测终端，安装于避雷器与导线的连接处，采用感应取能方式工作，采集电路过电压信息并记录过电压次数，以无线通信方式发送至监测控制台；

所述工作状态信息包括避雷器监测终端的状态信息与避雷器内阻性电流的数据信息，通过监测避雷器监测终端的状态信息获取监测终端是否正常工作，通过监测避雷器内阻性电流的数据信息设定系统的监测周期，评估避雷器的老化程度；

所述通过监测避雷器内阻性电流的数据信息设定系统的监测周期，评估避雷器的老化程度具体为：监测控制台通过唤醒供电电源中中央控制单元的无线模块，向中央控制单元发送控制命令，所述中央控制单元控制蓄电池对站控层交换机、智能电子设备、避雷器监测终端的供电，控制站控层交换机、智能电子设备、避雷器监测终端上的启动、运行、关闭。

2.根据权利要求1所述的一种避雷器无线监测能源管理系统，其特征在于，所述无线模块采用蓄电池供电，支持唤醒功能，用于监测控制台与供电电源中央控制单元的互通信。

3.根据权利要求1所述的一种避雷器无线监测能源管理系统，其特征在于，所述供电电源包括为站控层交换机供电的交换机供电电源，为智能电子设备供电的IED供电电源和为避雷器监测终端供电的避雷器监测终端供电电源。

4.根据权利要求1所述的一种避雷器无线监测能源管理系统，其特征在于，所述中央控制单元监测供电电源的蓄电池电量存储，控制蓄电池的最优充放电，通过供电电源的太阳能电池板对蓄电池充电，切换浮充与均充的充电模式。

5.根据权利要求1所述的一种避雷器无线监测能源管理系统，其特征在于，所述控制供电电源的充电方式与充电时间具体为：

监测控制台发送控制命令到供电电源中的中央控制单元；

中央控制单元设置蓄电池的输出电压与电流；

中央控制单元监测蓄电池的输出电压与电流；

中央控制单元计算本次工作周期使用的电量并监测蓄电池的剩余电量；

判断蓄电池的剩余电量是否小于设定阈值；

如果蓄电池的剩余电量小于设定阈值，则蓄电池均匀充电；如果蓄电池的剩余电量不小于设定阈值，则等待下一个工作周期；

中央控制单元判断蓄电池充电完成，控制蓄电池进入浮充状态，等待下一个工作周期。