CN103558448B - 一种输电线路多通道雷电流监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种输电线路多通道雷电流监测装置，属于高电压试验设备及测量技术领域。包括：多个金属棒、多个雷电流传感器、信号处理模块和太阳能电池板。多个金属棒置于输电线路杆塔的顶部，多个雷电流传感器套装在金属棒上，多个雷电流传感器分别通过电磁耦合将接收到的雷电流转化为电压信号，完成信号的采集。多个金属棒、多个雷电流传感器分别通过信号线与信号处理模块相连接。太阳能电池板置于输电线路杆塔上，太阳能电池板为信号处理模块提供电源。本监测装置简单易用，操作简便，管理人员在办公室就可及时、准确地了解到雷电流特征参数。而且检测过程具有准确的实时性，监测信号质量有保证，使雷电流信号的监测更加可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种输电线路多通道雷电流监测装置，属于高电压试验设备及测量技术领域。
背景技术
据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达3000～4000人，财产损失更是达到惊人的200亿元，雷电灾害已成为破坏性日趋严重的气象灾害之一。雷电带来的电磁暂态现象属于电磁污染范围，而电磁污染是世界公认的继水质污染、大气污染、噪声污染之后的第四大污染。随着工农业生产和人民生活的现代化，对铁路、航空、金融、电力、电信、电视、网络等服务系统和设施可靠性及服务质量要求也越来越高，人类活动对这些公用事业的依赖性也越来越大，对雷电防护提出了更高的要求，因此对雷电流准确测量显得越来越重要。
从电力系统的角度出发，雷电已经成为了电力系统故障的最主要原因，无论是线路、变电站还是用电设备，如何使它们能够更好地抵御雷电和雷电感应产生的电磁暂态过程的冲击是电力系统雷电防护中最为关心的问题，这需要建立在对雷电的放电过程和雷电流的各项参数有充分认识和了解的基础上。
目前对雷电流特征参数的研究大都依靠模拟和仿真的方法，而对自然界的雷电流特征参数，包括波形、幅值、上升时间、持续时间等都缺少实际数据。如何能够获得真实的雷电流数据，这对于雷电放电过程的认识和雷电流及其空间场的研究都十分有意义。而获得自然界雷电参数最直接的方法就是测量，以现在最常见的人工火箭引雷或者自然雷直击高大物体为例，都是将测量装置的探头置于雷电流入地通道上，而将主机置于通道附近或者室内进行测量和记录的。但由于雷电流幅值往往很高，基本为千安培量级，且上升沿往往只有几百纳秒到几微秒，所以选择什么样的测量探头能够满足大的动态测量范围和宽的频率响应是最为关心的问题，罗氏线圈是目前比较通用的选择，它可以满足上述两点的要求，而且它的性能已经为很多实验所证实。
因为雷电是一种随机程度很高的自然现象，所以要大量的测量雷电流参数，最好的方法就是大量的安装测量装置，但是受到各种实际条件的制约，这样的做法显然是不合适的，所以在测量装置安装地点的选择上首先要考虑以往的雷电活动规律，特别是雷击点的分布规律和雷击次数的统计规律。根据不同的雷电活动强度可以将测量地点划分为多雷击区域和少雷击区域，比如通信基站的信号塔，广播电视发射塔这些独立、高大的建筑物，以及容易遭受雷击的输电线路的局部和某些变电站，这些都属于高雷击区域。所以在这些地点安装相对较复杂，数据记录能力较强的测量装置。而在其它的少雷击区域可以选择记录功能较单一（只记录幅值），结构较为简单，造价较低的测量装置。这样可以充分利用可用的测量资源，最大限度地测量和收集自然界雷电流的参数信息。
发明内容
本发明目的是提出一种输电线路多通道雷电流监测装置，对已有的监测装置进行改进，以实现多通道雷电流测量，并应用于野外环境中运行的高压输电线路雷击情况的实时在线监测。
本发明提出的输电线路多通道雷电流监测装置，包括：多个金属棒、多个雷电流传感器、信号处理模块和太阳能电池板；所述的多个金属棒置于输电线路杆塔的顶部，所述的多个雷电流传感器套装在金属棒上，多个雷电流传感器分别通过电磁耦合将接收到的雷电流转化为电压信号，完成信号的采集；所述的多个金属棒、多个雷电流传感器分别通过信号线与信号处理模块相连接；所述的太阳能电池板置于输电线路杆塔上，太阳能电池板为信号处理模块提供电源；
所述的信号处理模块包括：
全球导航系统，用于通过全球导航系统对雷电流进行同步定位，确定雷电流发生的时间和地址，并将雷电流发生的时间和地址信息发送给中央数据处理器，全球导航系统与中央数据处理器相连；
中央数据处理器，用于分别接收雷电流传感器的电压信号，设定一个电压幅值的阈值以及电压上升时间的阈值，根据设定阈值，对采集的电压信号进行判断，若电压信号的电压幅值高于设定阈值，或电压上升时间小于设定阈值，则判定该电压信号为由雷电流引起，并记录该电压信号，通过网络将该电压信号发送至计算机，同时接收全球导航系统发送的雷电流发生的时间和地址；
计算机，用于接收来自中央处理器的电压信号以及雷电流发生的时间和地址，并对信号进行存储和处理，根据处理结果对雷电流监测装置进行远程控制，保证雷电流监测装置正常运行。
本发明提出的输电线路多通道雷电流监测装置，其优点是：
（1）本发明的雷电流监测装置简单易用，专家系统界面友好易懂，操作简便，管理人员在办公室就可及时、准确地了解到雷电流特征参数。
（2）本发明的雷电流监测装置，具有准确的实时性，该装置通过连接GPRS网络，实现了监测装置与远程计算机的无线通信，因此覆盖范围广，监测信号质量有保证，可以确保远程通讯的实时性。
（3）本发明的雷电流监测装置，具有良好的可扩展性，通过无线网络，使多通道雷电流监测装置不受电网规模的影响，可以根据需要，在不同的监测地点安装，方便地增加监测点，使雷电流信号的监测更加可靠。
（4）本发明的雷电流监测装置，利用太阳能电池供电，便于监测装置的运行和维护。
（5）本发明的监测装置，利用GPRS网络，实现输电线路雷电特征参数的远程监控，管理人员只需在办公室，就可及时、准确地了解到雷电流的特征参数。
附图说明
图1是本发明提出的输电线路多通道雷电流监测装置的结构示意图。
图1中，1是金属棒，2是雷电流传感器，3是信号处理模块，4是太阳能电池板。
图2是图1所示的雷电流监测装置中的中央数据处理器的结构框图。
具体实施方式
本发明提出的输电线路多通道雷电流监测装置，其结构如图1所示，包括：多个金属棒1、多个雷电流传感器2、信号处理模块3和太阳能电池板4。多个金属棒1置于输电线路杆塔的顶部，多个雷电流传感器2套装在金属棒1上，多个雷电流传感器2分别通过电磁耦合将接收到的雷电流转化为电压信号，完成信号的采集。多个金属棒1、多个雷电流传感器2分别通过信号线与信号处理模块3相连接，太阳能电池板4置于输电线路杆塔上，太阳能电池板4为信号处理模块3提供电源。
上述监测装置中的信号处理模块，其结构框图如图2所示，包括：
全球导航系统，用于通过全球导航系统对雷电流进行同步定位，确定雷电流发生的时间和地址，并将雷电流发生的时间和地址信息发送给中央数据处理器，全球导航系统与中央数据处理器相连；
中央数据处理器，用于分别接收雷电流传感器的电压信号，设定一个电压幅值的阈值以及电压上升时间的阈值，根据设定阈值，对采集的电压信号进行判断，若电压信号的电压幅值高于设定阈值，或电压上升时间小于设定阈值，则判定该电压信号为由雷电流引起，并记录该电压信号，通过网络将该电压信号发送至计算机，同时接收全球导航系统发送的雷电流发生的时间和地址；
计算机，用于接收来自中央处理器的电压信号以及雷电流发生的时间和地址，并对信号进行存储和处理，根据处理结果对雷电流监测装置进行远程控制，保证雷电流监测装置正常运行。
本发明的雷电流监测装置中，所用的雷电流传感器、信号处理模块、太阳能电池板和蓄电池，都可以由北京恒源利通公司生产，其中，信号处理模块的型号为EPL-1，太阳能电池板的型号为TPT-100W，蓄电池的型号为NP24-12。与本监测装置相配的计算机选用WindowsXP以上系统，并需安装由北京恒源利通公司开发的雷电流采集装置监控管理软件。
本发明的雷电流监测装置，包括柔性罗氏线圈和积分器，通过电磁耦合把大的雷电流转化为低电压信号。罗氏线圈传感器具有以下的优点：绝缘结构简单，无易燃易爆等危险，能够保证该雷电流监测系统安全可靠地运行；采集线圈无铁心，消除了铁磁饱和等问题，同时频率范围宽，能够保证该系统采集数据的精度和频率宽度符合雷电流采集的要求；低压侧无过电压危险，可以使该系统与高压线路隔离，避免了设备过压损坏和人员触电危险；体积小、造价低，使得该系统更易于大量生产和广泛安装。
本发明监测装置的工作原理是，罗氏线圈对电流进行采集和转换。罗氏线圈是均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈，输出信号是电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。该线圈具有电流可实时测量、响应速度快、不会饱和、几乎没有相位误差的特点，可应用于对雷电流的实时测量。
当雷击杆塔时，雷电流沿地线向两边传播，当雷电流通过套装在地线上的罗氏线圈时，线圈产生相应的信号，经过积分电路，产生与输入电流成正比、波形一致的电压信号。通过电路的连接，该电压信号被送至中央处理器进行高速采集和处理，经过缓存器缓存，通过处理器判断数据是否由雷电流产生，最后将缓存中处理好的雷电流数据，结合GPS测得的时间、位置参数，经由GPRS网络发送到Internet上的后台主站计算机，完成整个装置的工作流程。
本发明的监测装置，所有外露信号传递导线均采用双层屏蔽线，其中外层屏蔽在靠近铁塔绝缘子的铁头接地，而内层屏蔽在监测装置位置接地。除雷电流传感器外，整个监测装置都置于完全屏蔽的屏蔽盒中，而对于雷电流传感器的输入接口，也采用了防渗、防干扰等措施，以确保信号接口的可靠性。由于本监测装置的工作环境除了有强电场干扰外，还存在强磁场干扰，所以本监测装置特别采用双层屏蔽线引入采集到的信号，屏蔽盒内层隔离的方法，防止强磁场干扰。
Claims (1)
1.一种输电线路多通道雷电流监测装置，其特征在于，该监测装置包括：多个金属棒、多个雷电流传感器、信号处理模块和太阳能电池板；所述的多个金属棒置于输电线路杆塔的顶部，所述的多个雷电流传感器套装在金属棒上，多个雷电流传感器分别通过电磁耦合将接收到的雷电流转化为电压信号，完成信号的采集；所述的多个雷电流传感器分别通过信号线与信号处理模块相连接；所述的太阳能电池板置于输电线路杆塔上，太阳能电池板为信号处理模块提供电源；
所述的信号处理模块包括：
全球导航系统，用于通过全球导航系统对雷电流进行同步定位，确定雷电流发生的时间和地址，并将雷电流发生的时间和地址信息发送给中央数据处理器，全球导航系统与中央数据处理器相连；
中央数据处理器，用于分别接收雷电流传感器的电压信号，设定一个电压幅值的阈值以及电压上升时间的阈值，根据设定阈值，对采集的电压信号进行判断，若电压信号的电压幅值高于设定阈值，或电压上升时间小于设定阈值，则判定该电压信号为由雷电流引起，并记录该电压信号，通过网络将该电压信号发送至计算机，同时接收全球导航系统发送的雷电流发生的时间和地址；
计算机，用于接收来自中央数据处理器的电压信号以及雷电流发生的时间和地址，并对信号进行存储和处理，根据处理结果对雷电流监测装置进行远程控制，保证雷电流监测装置正常运行。
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