CN104267321A - 一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置 - Google Patents

一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置 Download PDF

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刘明军
周求宽
王鹏
黄成军
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SHANGHAI HUACHENG ELECTRICAL TECHNOLOGY Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
Original Assignee
SHANGHAI HUACHENG ELECTRICAL TECHNOLOGY Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
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Abstract

一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置，由超高频传感器（12）、超声波传感器（13）、高频电流传感器（14）、微水传感器（11）、检测前置单元（2）、监控单元（4）和Zigbee无线组网通讯单元（3）组成。检测前置单元对监测GIS内部的超高频信号、外壳的超声信号、电缆终端接头的高频电流信号及GIS内部的微水信号等参数进行实时监测，反应GIS内设备的运行状态和绝缘劣化程度。检测前置单元通过ZigBee实现无线组网，把采集数据结果传输到监控单元。监控单元接收来自各个检测前置单元的数据结果，分析处理GIS的状态监测参数值，并获得报警信息。本发明装置结构紧凑，检测前置单元为固定安装方式，不影响GIS原有设计结构，可在现场对GIS的状态监测参数进行有效监测。

Description

一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置
 
技术领域    
    本发明涉及一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置，属电力设备状态在线检测技术领域。
背景技术    
随着我国电力工业建设的突飞猛进，现代电力系统正向着大电网、大机组、超高压、大容量的方向发展，为保障电力系统的稳定性、可靠性，对电力设备的安全程度也提出了更高的要求。
近年来，GIS（气体绝缘组合电器设备）在城市电网中得到了广泛的应用，随着GIS变电站数量的增多，GIS设备发生故障的几率也在增加。实践证明，局放是反映GIS绝缘性能的重要参数之一，它是GIS绝缘劣化的征兆和表现形式，又是绝缘进一步劣化的原因。所以，检测GIS局放能发现其内部早期的绝缘缺陷，以便采取措施，避免其发展。
实践证明，GIS内部故障以绝缘性故障为主。GIS内的状态监测是反映GIS绝缘性能的因素之一，它是GIS绝缘劣化的征兆和表现形，又是绝缘进一步劣化的原因。所以，检测GIS的相关状态监测参数能发现其内部早期的绝缘缺陷 ,以便采取措施，避免其发展。
发明内容    
    本发明的目的是，为了解决有效检测GIS状态监测的需求，提供了一种基于无线组网的GIS状态监测参数监测装置。
    本发明的技术方案是，本发明对GIS的几个重要环境参数进行实时监测，包括GIS的超高频局放状态量、超声波局放状态量、高频电流状态量及微水状态量。本发明采用一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置对上述环境参数进行监测。
一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置包括检测前置单元、无线组网通讯单元、监控单元和传感器。
传感器包括微水传感器、超声波传感器、高频电流传感器和超高频传感器。
检测前置单元，用于对传感器采集的信号进行前置处理。
Zigbee无线组网，用于数据通信把采集数据结果传输到监控单元。
监控单元，用于接收来自各个检测前置单元的数据结果，分析处理GIS的状态监测参数值，并获得报警信息。
传感器，包括微水传感器、超声波传感器、高频电流传感器和超高频传感器；用于采集GIS的相关状态数据。
所述检测前置单元采用嵌入式设计结构，内部采用ARM处理器对各个信号进行采集和预处理,型号为STM32F105，采集模块使用最高采样频率50kHz， AD分辨率14bit；装置内部采用高性能ARM嵌入式主控芯片，嵌入式程序主要由数据采集程序、数据处理程序及数据通讯等组成；嵌入式主控芯片控制整个数据采集过程，并在装置本机实时保存数据结果。
所述ZigBee无线组网使用CC2530作为传输控制芯片单元；ZigBee采用2.4GHz公开频段。
所述超高频传感器放置于GIS的盘式绝缘子上，监测GIS超高频信号；高频电流传感器放置于接地线上，监测电缆终端接头的高频电流信号；超声波传感器安置在GIS外壳表面，监测GIS外壳的超声信号；微水传感器安装在GIS的补气接口上，监测GIS内部的微水信号。所述超高频传感器、超声波传感器及高频电流传感器与检测前置单元之间通过高频电缆线连接；微水传感器与检测前置单元之间通过多芯电缆线连接。检测前置单元通过Zigbee无线组网将采集数据传输到监控单元。
所述超高频传感器的频带范围为300MHz～3GHz；所述超声波传感器的频带范围为20kHz～300kHz，所述高频电流传感器的频带范围为500kHz～50MHz；所述微水传感器测试范围10ppm～1000ppm。
本发明的有益效果是，本发明装置结构紧凑，检测前置单元为固定安装方式，且安装结构不影响GIS原有设计结构，可以在现场对GIS的状态监测参数进行有效监测。
附图说明   
图1为基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置的布局示意图；
图2为无线组网通讯信号组网图；
图3为检测前置单元主要组成部分及信号传递连接关系图；
图4为检测前置单元数据处理程序框图；
图中，1是GIS；2是检测前置单元；3是Zigbee无线组网通讯单元；4是监控单元；11是微水传感器；12是超高频传感器；13是超声波传感器；14是高频电流传感器。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图1所示。
本实施例一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置包括检测前置单元2、Zigbee无线组网通讯单元3、监控单元4和传感器。传感器包括微水传感器11、超高频传感器12、超声波传感器13和高频电流传感器14。
本实施例中检测前置单元采用嵌入式设计结构，内部采用ARM处理器对各个信号进行采集和预处理,型号为STM32F105，采集模块使用最高采样频率50kHz， AD分辨率14bit。装置内部采用高性能ARM嵌入式主控芯片，嵌入式程序主要由数据采集程序、数据处理程序及数据通讯等组成。嵌入式主控芯片控制整个数据采集过程，并在装置本机实时保存数据结果。
检测前置单元通过ZigBee无线组网通讯单元作信号传输。多个检测前置单元通过ZigBee实现无线组网的建立和数据通信，并把采集数据结果传输到监控单元。监控单元接收来自各个检测前置单元的数据结果，分析处理GIS的状态监测参数值，并获得报警信息。ZigBee使用TI公司的CC2530作为传输控制芯片单元。图3所示为检测前置单元主要组成部分及信号传递连接关系。
检测前置单元数据处理程序框图如图4所示。
ZigBee无线组网使用CC2530作为传输控制芯片单元；ZigBee采用2.4GHz公开频段，与信号敏感和采集的频率错开，不会对采集信号产生干扰。ZigBee的通讯协议具有自组网的灵活结构，有利于现场多个传感器直接的布局和通讯管理。使用ZigBee无线组网的方式进行数据通信，能减小现场布线难度。ZigBee无线组网通讯信号组网如图2所示。
本实施例装置监测GIS超高频信号、外壳的超声信号、电缆终端接头的高频电流信号及GIS内部的微水信号参数，针对各种检测量分别采用不同类型的传感器。本实施例采用的微水传感器监测GIS内部的微水信号，安装在GIS的补气接口上，测试范围10ppm～1000ppm。超高频传感器监测GIS超高频信号，其频带范围为300MHz～3GHz，采用外置安装方式，放置于GIS的绝缘盆子上，并使用绑扎带缠绕。超声波传感器监测GIS外壳的超声信号，其频带范围为20kHz～300kHz，采用表贴安装方式。高频电流传感器监测电缆终端接头的高频电流信号，其频带范围为500kHz～50MHz，采用卡钳式结构，将传感器卡接在GIS电缆终端的接地线上。
超高频传感器、超声波传感器及高频电流传感器与检测前置单元之间通过高频电缆线连接；微水传感器与检测前置单元之间通过多芯电缆线连接。

Claims (6)

1.一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置，其特征在于，
包括：
检测前置单元，用于对传感器采集的信号进行前置处理；
Zigbee无线组网，用于数据通信把采集数据结果传输到监控单元；
监控单元，用于接收来自各个检测前置单元的数据结果，分析处理GIS的状态监测参数值，并获得报警信息；
传感器，包括微水传感器、超声波传感器、高频电流传感器和超高频传感器；用于采集GIS的相关状态数据。
2.根据权利要求1所述一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置，其特征在于，所述检测前置单元采用嵌入式设计结构，内部采用ARM处理器对各个信号进行采集和预处理,型号为STM32F105，采集模块使用最高采样频率50kHz， AD分辨率14bit；装置内部采用高性能ARM嵌入式主控芯片，嵌入式程序主要由数据采集程序、数据处理程序及数据通讯等组成；嵌入式主控芯片控制整个数据采集过程，并在装置本机实时保存数据结果。
3.根据权利要求1所述一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置，其特征在于，所述ZigBee无线组网使用CC2530作为传输控制芯片单元；ZigBee采用2.4GHz公开频段。
4.根据权利要求1所述一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置，其特征在于，所述超高频传感器放置于GIS的盘式绝缘子上，监测GIS超高频信号；高频电流传感器放置于接地线上，监测电缆终端接头的高频电流信号；超声波传感器安置在GIS外壳表面，监测GIS外壳的超声信号；微水传感器安装在GIS的补气接口上，监测GIS内部的微水信号。
5.根据权利要求1所述一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置，其特征在于，所述超高频传感器的频带范围为300MHz～3GHz；所述超声波传感器的频带范围为20kHz～300kHz，所述高频电流传感器的频带范围为500kHz～50MHz；所述微水传感器测试范围10ppm～1000ppm。
6.根据权利要求1所述一种基于Zigbee无线组网的GIS状态监测装置，其特征在于，所述超高频传感器、超声波传感器及高频电流传感器与检测前置单元之间通过高频电缆线连接；微水传感器与检测前置单元之间通过多芯电缆线连接。
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