CN103235214A - 输电线路氧化锌避雷器在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压设备电性能检测技术领域，具体涉及输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，包括用于采集输电线路氧化锌避雷器泄漏电流、阻性电流、冲击电流峰值和记录冲击动作次数及时间的现场采集单元、用于管理输电线路氧化锌避雷器状态参数信息的后台服务器，所述现场采集单元与后台服务器之间通过通信网络连接。本发明实现了线路氧化锌避雷器泄漏电流、阻性电流、大冲击电流峰值、次数和时间以及小冲击电流次数和时间的测量，并能够记录冲击动作次数及时间，使得工作人员能够及时掌握整条线路氧化锌避雷器的运行状况，系统配套设施少，成本较低，易于实现，安全性和可靠性较高。

Description

输电线路氧化锌避雷器在线监测系统

技术领域

本发明涉及高压设备电性能检测技术领域，具体涉及输电线路氧化锌避雷器在线监测系统。

背景技术

随着社会发展，电力在人类生产、生活中发挥着不可替代的作用，因此，保证输电线路的安全、稳定与畅通也变得尤其重要。氧化锌避雷器是电力系统的重要设备之一，安装在输电线路的氧化锌避雷器主要作用是保护输电线路免遭雷电多电压和系统浪涌过电压的伤害。当氧化锌避雷器存在内部受潮和阀片老化等缺陷时，一般通过停电试验可以检查出来，由于氧化锌避雷器是非线性元件，在电网电压和环境因素的长期作用下产生劣化，以至于有时在停电试验未发现任何问题，而在电网正常工作电压下运行几个月后突然爆炸，导致大面积停电事故。

为了及时发现氧化锌避雷器的隐患，需要对其运行状况进行在线监测，一是通过监测氧化锌避雷器的泄漏电流并计算出阻性电流，二是监测流过氧化锌避雷器的冲击电流峰值和记录冲击动作次数及时间，然后通过无线数传功能将数据发送到监控室，使工作人员能够随时了解到氧化锌避雷器的运行状态，从而能对引起氧化锌避雷器的泄漏电流变化的原因进行分析，排除隐患，保证输电线路经济稳定地进行，实现输电线路的智能化管理，现有技术中输电线路氧化锌避雷器检修工作难度较大、工作劳动强度大，不利于输电线路的经济和稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，该系统可随时掌握输电线路氧化锌避雷器的工作状况，一旦阻性电流超标或者有大的冲击电流发生，后台系统会及时提示工作人员，使工作人员分析原因后尽快进行维修或更换，提高安全性和测试精确度。

为实现上述目的，本发明设计的输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，包括用于采集输电线路氧化锌避雷器泄漏电流、阻性电流、冲击电流峰值和记录冲击动作次数及时间的现场采集单元、用于管理输电线路氧化锌避雷器状态参数信息的后台服务器，所述现场采集单元包括信号取样模块、信号调理模块、MCU微控制器、存储模块、同步模块、无线通信模块、电源控制模块和记数器模块；所述信号取样模块的输出端与所述信号调理模块的输入端连接，所述信号调理模块的输出端分别与所述MCU微控制器的输入端、记数器模块的输入端连接，所述同步模块与所述MCU微控制器双向连接，所述MCU微控制器与所述无线通信模块双向连接，所述电源控制模块的输出端分别与信号调理模块的供电输入端、MCU微控制器的供电输入端、存储模块的供电输入端、同步模块的供电输入端及无线通信模块的供电输入端相连接；所述现场采集单元与后台服务器之间通过通信网络连接。

进一步地，上述信号取样模块包括泄漏电流信号取样传感器、大冲击电流信号取样传感器以及小冲击电流信号取样传感器，所述泄漏电流信号取样传感器、大冲击电流信号取样传感器以及小冲击电流信号取样传感器均为穿心式罗氏线圈，所述泄漏电流信号取样传感器、大冲击电流信号取样传感器以及小冲击电流信号取样传感器的输出端均与所述信号调理模块的输入端连接。

进一步地，上述信号调理模块包括泄漏电流信号调理电路、大冲击电流信号调理电路以及小冲击电流信号调理电路，所述泄漏电流信号调理电路、大冲击电流信号调理电路以及小冲击电流信号调理电路的输出端均与所述MCU微控制器的输入端连接，所述大冲击电流信号调理电路以及小冲击电流信号调理电路的输出端均与所述记数器模块的输入端连接。

进一步地，上述同步模块包括GPS模块和GPS天线，所述GPS天线输出端与所述GPS模块的输入端连接，所述GPS模块与所述MCU微控制器双向连接。

进一步地，上述无线通信模块包括GPRS模块、SIM卡和GPRS天线，所述GPRS天线的输出端和SIM卡的输出端分别与GPRS模块的输入端连接，所述GPRS模块与所述MCU微控制器双向连接。

进一步地，上述电源控制模块包括太阳能电池板、蓄电池和电源控制电路，所述太阳能电池板的输出端和蓄电池的输出端分别与所述电源控制电路的输入端连接，所述电源控制电路的输出端与MCU微控制器连接的供电输入端连接。

本说明书中所述的MCU(Micro Controller Unit)，即微控制单元，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器、A/D、USART和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

本说明书中所述的GPS 即Global Positioning System，全球定位系统，是用来定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，并且能从卫星上获取标准的时间信号，将这些信息通过各种接口类型来传输给自动化系统中需要时间信息的设备。GPS模块的秒脉冲信号与MCU控制器GPIO口连接，提供同步信号完成采集。

本说明书中所述的GPRS即General Packet Radio Service，是在GSM系统的基础上建立的移动网络系统，它使用分组交换技术，能兼容GSM，并在网络上传输高速数据，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接，以"分组"的形式传送资料到用户手上。GPRS模块的通信接口与MCU微控制器连接，MCU微控制器通过AT指令控制GPRS模块连接后台服务器软件，完成采集数据的无线传输。

本发明采用上述技术方案的具有以下优点和积极效果：

1、本发明采用GPS同步授时技术，同步监测各分机采样，同步信号误差<1us，和传统方法相比，其测量精度大大提高了；

2、采用GPRS无线网络技术进行数据的传输和控制，克服了输电线路避雷器在线监测通信存在的困难；

3、系统采用信号隔离、滤波、设备多层屏蔽、设备接地等多种抗干扰设计，提高了信号传输的精度和稳定性；

4、用穿心式电流传感器和I/V电路准确提取微弱泄漏电流信号，用罗氏线圈和峰值保持电路准确提取大冲击电流信号；

5、实现了线路氧化锌避雷器泄漏电流、阻性电流、大冲击电流峰值、次数和时间以及小冲击电流次数和时间的测量，并能够记录冲击动作次数及时间，使得工作人员能够及时掌握整条线路氧化锌避雷器的运行状况；

6、采用太阳能供电系统，实现了线路氧化锌避雷器在线监测，代替传统的停电检测，降低了工作人员的劳动强度；

7、后台服务器中的上位机软件设置有超限报警功能，一旦有阻性电流超标或者有大冲击电流发生，立刻提示工作人员，减少工作人员的相应时间，能够在极短的时间内到现场进行维修和更换；

8、本发明系统配套设施少，成本较低，易于实现，安全性和可靠性较高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的现场采集单元（1）结构示意图；

图3是本发明的信号取样模块（1.1）结构示意图；

图4是本发明的信号调理模块（1.2）结构示意图；

图5是本发明的同步模块（1.5）结构示意图；

图6是本发明的无线通信模块（1.6）结构示意图；

图7是发明的电源控制模块（1.7）结构示意图；

图8是本发明的工作流程图；

图中：1-现场采集单元；1.1-信号取样模块；1.1.1-泄漏电流信号取样传感器；1.1.2-大冲击电流信号取样传感器；1.1.3-小冲击电流信号取样传感器；1.2-信号调理模块；1.2.1-泄漏电流信号调理电路；1.2.2-大冲击电流信号调理电路；1.2.3-小冲击电流信号调理电路；1.3-MCU微控制器；1.4-存储模块；1.5-同步模块；1.5.1-GPS模块；1.5.2-GPS天线；1.6-无线通信模块；1.6.1-GPRS模块；1.6.2-SIM卡；1.6.3-GPRS天线；1.7-电源控制模块；1.7.1-太阳能电池板；1.7.2-蓄电池；1.7.3-电源控制电路；1.8-记数器模块；2-通信网络；3-后台服务器；4-氧化锌避雷器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示的输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，包括用于采集输电线路氧化锌避雷器泄漏电流、阻性电流、冲击电流峰值和记录冲击动作次数及时间的现场采集单元1、用于管理输电线路氧化锌避雷器状态参数信息的后台服务器3，现场采集单元1与后台服务器3之间通过通信网络2连接；如图2所示，现场采集单元1包括信号取样模块1.1、信号调理模块1.2、MCU微控制器1.3、存储模块1.4、同步模块1.5、无线通信模块1.6、电源控制模块1.7和记数器模块1.8；信号取样模块1.1的输出端与信号调理模块1.2的输入端连接，信号调理模块1.2的输出端分别与MCU微控制器1.3的输入端、记数器模块1.8的输入端连接，同步模块1.5与MCU微控制器1.3双向连接，MCU微控制器1.3与无线通信模块1.6双向连接，电源控制模块1.7的输出端分别与信号调理模块1.2的供电输入端、MCU微控制器1.3的供电输入端、存储模块1.4的供电输入端、同步模块1.5的供电输入端及无线通信模块1.6的供电输入端相连接。

如图3所示，信号取样模块1.1包括泄漏电流信号取样传感器1.1.1、大冲击电流信号取样传感器1.1.2以及小冲击电流信号取样传感器1.1.3，泄漏电流信号取样传感器1.1.1、大冲击电流信号取样传感器1.1.2以及小冲击电流信号取样传感器1.1.3均为穿心式罗氏线圈，泄漏电流信号取样传感器1.1.1、大冲击电流信号取样传感器1.1.2以及小冲击电流信号取样传感器1.1.3的输出端均与信号调理模块1.2的输入端连接。

如图4所示，信号调理模块1.2包括泄漏电流信号调理电路1.2.1、大冲击电流信号调理电路1.2.2以及小冲击电流信号调理电路1.2.3，泄漏电流信号调理电路1.2.1、大冲击电流信号调理电路1.2.2以及小冲击电流信号调理电路1.2.3的输出端均与MCU微控制器1.3的输入端连接，大冲击电流信号调理电路1.2.2以及小冲击电流信号调理电路1.2.3的输出端均与记数器模块1.8的输入端连接。

如图5所示，同步模块1.5包括GPS模块1.5.1和GPS天线1.5.2，GPS天线1.5.2输出端与GPS模块1.5.1的输入端连接，GPS模块1.5.1与MCU微控制器1.3双向连接。

如图6所示，无线通信模块1.6包括GPRS模块1.6.1、SIM卡1.6.2和GPRS天线1.6.3，GPRS天线1.6.3的输出端和SIM卡1.6.2的输出端分别与GPRS模块1.6.1的输入端连接，GPRS模块1.6.1与MCU微控制器1.3双向连接。

如图7所示，电源控制模块1.7包括太阳能电池板1.7.1、蓄电池1.7.2和电源控制电路1.7.3，太阳能电池板1.7.1的输出端和蓄电池1.7.2的输出端分别与电源控制电路1.7.3的输入端连接，电源控制电路1.7.3的输出端与MCU微控制器1.3连接的供电输入端连接。

存储模块1.4包括内存和flash存储器，内存和flash存储器分别与MCU微控制器双向连接。Flash存储器，即新型半导体存储器是闪速存储器(Flash Memory)，它的主要特点是在不加电的情况下能长期保持存储的信息。就其本质而言，Flash Memory属于EEPROM(电擦除可编程只读存储器)类型。

通信网络2为移动通信系统的2.5G GPRS通信网络，通信网络2提供现场采集单元1与后台服务器3之间双向通信的通道。

记数器模块1.8为指针表盘式记数器，记数器模块1.8的信号输入端与大冲击电流信号调理电路1.2.2以及小冲击电流信号调理电路1.2.3的输出端连接。

本发明利用GPRS和GPS技术，对输电线路氧化锌避雷器进行在线泄漏电流和大小冲击电流采集，并将采集结果通过GPRS发送到后台服务器3，站内后台服务器3为工控机电脑，装有Windows 2003 Server操作系统，可以通过无线网络或者以太网线上Internet，后台服务软件通过Interne与现场采集单元1进行连接通信，负责采集数据的接收与存库分析。此外，通信网络2提供现场采集单元1与后台服务器3之间的通信信道，传输现场采集单元1采集的泄漏电流和大小冲击电流数据；后台服务器软件模块让工作人员能够随时了解到氧化锌避雷器的运行状态，从而能对引起氧化锌避雷器的泄漏电流变化的原因进行分析，排除隐患，保证输电线路经济稳定的进行，实现输电线路的智能化管理。

本发明的工作原理为：线路现场采集单元和站内PT电压采集单元均采用GPRS模块通过Internet与站内服务器监控后台软件进行通信。线路现场采集单元和站内PT电压采集单元均处于休眠状态，以降低功耗；当有冲击电流发生时，线路现场采集单元CPU会被中断信号唤醒，退出休眠状态，采集冲击电流值，然后将采集结果通过GPRS发送到站内服务器监控后台软件，数据发送成功后，线路现场采集单元会自动重新进入休眠模式。另外，线路现场采集单元和站内PT电压采集单元都可以被站内服务器监控后台软件通过拨号和发短信的方式唤醒，当线路现场采集单元和站内PT电压采集单元的GPRS模块检测到被拨号或者收到短信，就会自动进入工作模式，同时会产生中断信号唤醒CPU,因此泄漏电流采集方式为：站内服务器监控后台软件先唤醒各单元，然后发送同步采集命令到PT采集单元和各现场采集单元，同时通知PT采集单元和各现场采集单元同步的时刻，各采集单元收到同步采集命令后，解析出同步的时刻。由于GPS模块会有高精度的秒脉冲信息输出，包括秒脉冲信号和相应的时间信息，采集单元采用秒脉冲的上升沿产生中断，CPU在中断处理中会判断此次秒脉冲是否为同步时刻，若是同步采集时刻，各采集单元同步开始采集，否则等待。

如图8所示，本发明冲击电流采集的步骤为：第一步：休眠状态；第二步：冲击电流发生，唤醒；第三步：采集，发送，成功后回到休眠状态；具体的采集方法为：避雷器监测单元和站内PT电压监测单元均处于休眠状态，以降低功耗；当有冲击电流发生时，避雷器监测单元CPU会被中断信号唤醒，退出休眠状态，采集冲击电流值，然后将采集结果通过GPRS发送到站内服务器监控后台软件，数据发送成功后，避雷器监测单元会自动重新进入休眠模式；本发明泄漏电流采集的步骤为：第一步：休眠状态；第二步：上位机唤醒；第三步：等GPS同步；第四步：采集，发送，成功后回到休眠状态；泄漏电流采集方式为：站内服务器监控后台软件先唤醒各单元，然后发送同步采集命令到各避雷器监测单元和站内PT电压监测单元，同时下发同步的时刻，各采集单元收到同步采集命令后，解析出同步的时刻。由于GPS模块会有高精度的秒脉冲信息输出，包括秒脉冲信号和相应的时间信息，采集单元采用秒脉冲的上升沿产生中断，CPU在中断处理中会判断此次秒脉冲是否为同步时刻，若是则同时采集时刻，各采集单元同步开始采集，否则等待。

本发明现场采集单元的传感器线圈外壳用不锈钢封装，信号用屏蔽线引出；采集电路板用铝型材盒封装，外面留出信号、电源、和天线信号接口；传感器信号线、电源线、和天线信号线直接与铝型材盒相应端子连接。蓄电池、铝型材盒和传感器固定在大不锈钢盒子里面，大不锈钢盒子用防水接头引出太阳能电池板电压线和GPRS、GPS天线，同时装有2个绝缘子接线头， 2个绝缘子接线头在内部用铜线连接，并穿入3个电流传感器，安装时可直接2个绝缘子接线头串连到避雷器接地引下线中，太阳能板直接固定在大不锈钢盒子上。大不锈钢盒子上有伸出的安装用扁钢，扁钢上有间隔的螺丝孔，装置安装时无需其它任何安装支架，只需在杆塔上钻孔后，将大不锈钢盒子背靠在杆塔竖担角钢上，并用不锈钢螺丝锁住即可。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，包括用于采集输电线路氧化锌避雷器泄漏电流、阻性电流、冲击电流峰值和记录冲击动作次数及时间的现场采集单元（1）、用于管理输电线路氧化锌避雷器状态参数信息的后台服务器（3），其特征在于：

所述现场采集单元（1）包括信号取样模块（1.1）、信号调理模块（1.2）、MCU微控制器（1.3）、存储模块（1.4）、同步模块（1.5）、无线通信模块（1.6）、电源控制模块（1.7）和记数器模块（1.8）；所述信号取样模块（1.1）的输出端与所述信号调理模块（1.2）的输入端连接，所述信号调理模块（1.2）的输出端分别与所述MCU微控制器（1.3）的输入端、记数器模块（1.8）的输入端连接，所述同步模块（1.5）与所述MCU微控制器（1.3）双向连接，所述MCU微控制器（1.3）与所述无线通信模块（1.6）双向连接，所述电源控制模块（1.7）的输出端分别与信号调理模块（1.2）的供电输入端、MCU微控制器（1.3）的供电输入端、存储模块（1.4）的供电输入端、同步模块（1.5）的供电输入端及无线通信模块（1.6）的供电输入端相连接；所述现场采集单元（1）与后台服务器（3）之间通过通信网络（2）连接。

2.根据权利要求1所述的输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，其特征在于：所述信号取样模块（1.1）包括泄漏电流信号取样传感器（1.1.1）、大冲击电流信号取样传感器（1.1.2）以及小冲击电流信号取样传感器（1.1.3），所述泄漏电流信号取样传感器（1.1.1）、大冲击电流信号取样传感器（1.1.2）以及小冲击电流信号取样传感器（1.1.3）均为穿心式罗氏线圈，所述泄漏电流信号取样传感器（1.1.1）、大冲击电流信号取样传感器（1.1.2）以及小冲击电流信号取样传感器（1.1.3）的输出端均与所述信号调理模块（1.2）的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，其特征在于：所述信号调理模块（1.2）包括泄漏电流信号调理电路（1.2.1）、大冲击电流信号调理电路（1.2.2）以及小冲击电流信号调理电路（1.2.3），所述泄漏电流信号调理电路（1.2.1）、大冲击电流信号调理电路（1.2.2）以及小冲击电流信号调理电路（1.2.3）的输出端均与所述MCU微控制器（1.3）的输入端连接，所述大冲击电流信号调理电路（1.2.2）以及小冲击电流信号调理电路（1.2.3）的输出端均与所述记数器模块（1.8）的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，其特征在于：所述同步模块（1.5）包括GPS模块（1.5.1）和GPS天线（1.5.2），所述GPS天线（1.5.2）输出端与所述GPS模块（1.5.1）的输入端连接，所述GPS模块（1.5.1）与所述MCU微控制器（1.3）双向连接。

5.根据权利要求1所述的输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，其特征在于：所述无线通信模块（1.6）包括GPRS模块（1.6.1）、SIM卡（1.6.2）和GPRS天线（1.6.3），所述GPRS天线（1.6.3）的输出端和SIM卡（1.6.2）的输出端分别与GPRS模块（1.6.1）的输入端连接，所述GPRS模块（1.6.1）与所述MCU微控制器（1.3）双向连接。

6.根据权利要求1所述的输电线路氧化锌避雷器在线监测系统，其特征在于：所述电源控制模块（1.7）包括太阳能电池板（1.7.1）、蓄电池（1.7.2）和电源控制电路（1.7.3），所述太阳能电池板（1.7.1）的输出端和蓄电池（1.7.2）的输出端分别与所述电源控制电路（1.7.3）的输入端连接，所述电源控制电路（1.7.3）的输出端与MCU微控制器（1.3）连接的供电输入端连接。

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