CN105093080A - 分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置 - Google Patents

分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置 Download PDF

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陈�光
马勇
周志成
付慧
王小军
龚引颖
周治国
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Beijing Creative Chip Expert Technology Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Beijing Creative Chip Expert Technology Co Ltd
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State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,包括云服务器、站内无线服务器、避雷器泄漏电流采集单元、参考电压采集单元、网络终端和现场终端;云服务器为购买或租用的云端服务器,运行着避雷器监测管理服务器软件;站内无线服务器包括无线局域网络接入模块、射频时钟授时主站、无线移动网络通信模块、主控模块和电池;避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元均包括电压互感器、电压信号调理电路、AD、CPU、GPS/BD时钟授时模块、射频时钟同步模块、无线网卡、天线、显示屏和电池;适用于对运行中的金属氧化物避雷器状态进行在线监测,所有避雷器的工作状态都将通过网络上传到云服务器,通过现场终端任意联网查看设备状态。

Description

分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,尤其涉及一种电力系统过电压防护用金属氧化物避雷器在线监测装置,基于互联网和无线通信技术的分布式电力数据采集、处理、分析、存储方式的实现,属于智能输变电技术领域。
背景技术
[0002] 金属氧化物避雷器MOA是世界公认的当代最先进防雷电器。由于氧化锌避雷器长期承受系统电压、过电压、污秽和内部受潮等因素影响,使其绝缘性能下降,非线性特性失效,造成MOA老化,甚至爆炸,不但造成巨大的经济损失,而且严重威胁到电网的安全运行。因此,对避雷器的绝缘性能进行试验,可以及早发现和排除故障,防止事故的发生。
[0003] 氧化锌避雷器主要采用定期检修的方式,通过带电检测运行电压下的交流泄漏电流和离线检测来综合判断其运行特性,定期检修有两方面的不足:一是设备存在潜在的不安全因素时,因未到检修时间而不能及时排除隐患;二是设备状态良好,但已到检修时间,就必须检修,检修存在很大的盲目性,造成人力、物力的浪费,检修效果也不好。
发明内容
[0004]目的:为了克服现有技术中存在的不足,针对变氧化锌避雷器定期检修方式带来的问题,本发明提供一种分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,基于互联网和全无线数字同步网络,实现对氧化锌避雷器的设备状态评价、风险评估,从而制定检修决策,使设备运行安全可靠,检修成本合理。
[0005] 技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,其特征在于:包括云服务器、站内无线服务器、避雷器泄漏电流采集单元、参考电压采集单元、现场终端和网络终端;云服务器为购买或租用的云端服务器,运行着避雷器在线监测服务器软件系统;站内无线服务器包括无线局域网络接入模块、射频时钟授时主站、无线移动网络通信模块、主控模块和电池;避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元均包括电压互感器、电压信号调理电路、AD、CPU、GPS/BD时钟授时模块、射频时钟同步模块、无线网卡、天线、显示屏和电池;现场终端和网络终端为安装有氧化锌避雷器带电检测软件或浏览器的电脑、手机、平板电脑或嵌入式设备;
站内无线服务器提供无线局域网络接入点;避雷器泄漏电流采集单元、参考电压采集单元和站内无线服务器通过无线局域网进行无线通信,采集的数据通过无线网络传输给站内无线服务器,站内服务器将数据处理、本地保存然后上传到云服务器,用户可通过现场终端访问云服务器;避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元通过GPS或北斗卫星授时,或者通过射频无线授时主站授时;射频无线授时主站的时间信息来源于GPS或北斗卫星,或者采用内部的高精度授时时钟。
[0006] 站内无线服务器、避雷器泄漏电流采集单元、参考电压采集单元、现场终端四个部分之间,采用公用免费频段的高速无线网络组网通信。
[0007] 所述云服务器,是购买或租用的网络服务器,运行着避雷器在线监测服务器软件系统;在线监测服务器软件系统,具备海量数据接收、存储、分析功能,能够提供互联网查询功能,提供报警信息推送功能。
[0008] 所述站内无线服务器,包括无线局域网络接入模块、射频时钟授时主站、无线移动网络通信模块、主控模块、电池;所述无线局域网络接入模块提供可视距Ikm以上的无线局域网络覆盖;射频时钟授时主站通过GPS/BD北斗卫星获得精确时钟,内置高精度守时模块,即使与同步卫星失联,也能保证时钟同步网络继续运行;射频无线时钟授时模块将时间信息转换为射频波段的数字信号发出,提供500m以上的室内外射频无线时钟授时网络覆盖;主控模块为嵌入式处理系统,可接收在线监测数据,将数据以特定格式保存和处理,然后通过无线移动网络通信模块将数据上传到云服务器;电池可以在主电源断电时为站内无线服务器提供不间断电源,主电源断电时系统将报警。
[0009] 所述避雷器泄漏电流采集单元,每三个单元归为一组,每一组具备独立的组ID,每个单元具备独立的单元ID号和网络IP,每组避雷器泄漏电流采集单元可对A、B、C 3相避雷器进行数据采集,每个避雷器泄漏电流采集单元单独对一个避雷器进行泄漏电流数据采集,数据通过无线网络上传,各避雷器泄漏电流采集单元之间无需线缆连接,从而实现所有采集单元之间的完全无线化通信。
[0010] 所述避雷器泄漏电流采集单元具备电子标签识别功能,在安装时可通过识别避雷器电子标签信息自动读取避雷器设备信息,并在上传采集的泄漏电流信息时自动上传对应的避雷器信息,实现避雷器泄漏电流采集单元与所测避雷器之间的灵活绑定和记录;避雷器电子标签为无源电子标签。
[0011] 所述避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元内部采用GPS/BD模块和射频时钟同步模块双模授时的方式,在室外条件下采用精度较高的GPS/BD同步,在室内无GPS/BD信号的情况下,可切换为射频时钟同步模式,由所述站内无线服务器中的射频时钟授时主站在室外获取GPS/BD信号,再转换成射频信号发送给射频时钟同步模块,实现各采集单元间的时钟同步;
所述避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元由同步的时钟信号驱动各采集单元内部AD进行模数转换,从而实现数据的同步采集;采集的数据被组成数据帧并打上精确的同步时间戳,上传到站内无线服务器,站内无线服务器根据数据帧中的时间戳来对齐波形数据并计算分析得出检测结果。
[0012] 所述现场终端为运行有氧化锌避雷器带电检测软件系统的电脑或嵌入式设备,例如:具备显示屏、触摸屏或键盘鼠标、WiFi无线设备、存储介质的平板电脑、笔记本电脑、手机或嵌入式设备,现场终端上运行氧化锌避雷器带电检测软件,通过无线局域网访问站内无线服务器,查询设备状态。
[0013] 所述网络终端是智能手机、电脑、平板电脑或其它智能设备,所述网络终端可通过浏览器或网络终端软件访问云服务器查询设备状态、设置报警方式。
[0014] 所述站内无线服务器上传的数据帧格式中包括站点信息、线路编号、避雷器编号、时间戳、监测数据信息。
[0015] 所述避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元主要通过内置电池供电,同时通过外置的太阳能电池给采集单元供电和给内置电池充电;和/或;所述避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元除了同步采集和直接上传数据功能外,还具备本地计算有效值、相位、谐波等电力参数的功能,计算结果打包到数据帧中上传到站内无线服务器,站内无线服务器根据时间戳对齐数据帧后,直接取出计算结果进行分析得到检测结果。
[0016] 上述的分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置的监测方法为:
1)参考电压采集单元采集电压数据,打上精确的时间戳并上传到站内无线服务器;
2)避雷器泄漏电流采集单元采集泄漏电流数据,打上精确的时间戳并上传到站内无线服务器;
3)站内无线服务器将数据在时间上对齐,并对数据进行计算处理,将处理结果存储在本地,然后将站点信息、避雷器信息、数据处理结果一系列数据帧格式上传到云服务器;
4)云服务器对数据进行进一步处理,当检测到异常状态时,立即触发报警,通过电话、短信、微信、电子邮件向注册用户发送报警信息;并向连接到服务器的网络终端推送报警消息;
5)云服务器对所有变电站的避雷器监测数据进行存储,并提供数据查询和大数据分析功能,可对各种品牌、厂家、型号、工作条件的避雷器工作状态进行全局评估和预测。
[0017] 有益效果:本发明提供的分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,设备之间通过开放免费频段的高速无线网络进行通信,站内无线服务器将数据汇总、本地保存,然后通过移动通信网络上传到云服务器;避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元可以通过GPS/BD或射频时钟同步模块进行精确时钟同步;所有组成部分都可采用内置电池供电。本发明适用于对运行中的金属氧化物避雷器状态进行在线监测,所有避雷器的工作状态都将通过移动通信网络上传到云服务器,电力系统管理者或相关工作人员通过手机、笔记本或电脑,可以在任何时间任何地点联网查看设备状态,当设备出现或可能出现问题时,云端服务器可以通过短信、电话、微信等方式主动推送报警信息。
附图说明
[0018] 图1为本发明的全局网络示意图;
图2为本发明各部分的示意图。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0020] 如图1所示,为一种分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,包括云服务器、站内无线服务器、避雷器泄漏电流采集单元、参考电压采集单元、现场终端和网络终端;云服务器为购买或租用的云端服务器,运行着避雷器监测管理服务器软件;站内无线服务器包括无线局域网络接入模块、射频时钟授时主站、无线移动网络通信模块、主控模块和电池;避雷器泄漏电流采集单元包括电流互感器、电流信号调理电路、AD、CPU、GPS/BD时钟授时模块、射频时钟同步模块、无线网卡、天线、显示屏和电池;参考电压采集单元包括电压互感器、电压信号调理电路、AD、CPU、GPS/BD时钟授时模块、射频时钟同步模块、无线网卡、天线、显示屏和电池;现场终端和网络终端为安装有终端软件或浏览器的电脑、手机、平板电脑或其它嵌入式设备。
[0021] 避雷器泄漏电流采集单元、参考电压采集单元、现场终端、站内无线服务器通过无线局域网进行无线通信,避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元通过GPS或北斗卫星进行授时,也可以由射频无线授时主站授时,射频无线授时主站的时间信息可以来源于GPS或北斗卫星,也可以采用内部的高精度授时时钟。
[0022] 如图2所示,站内无线服务器内部包含无线网络接入模块、射频时钟授时主站、无线移动网络通信模块,无线网络接入模块提供一个大功率的无线局域网覆盖,覆盖范围为可视距条件下至少I公里,覆盖范围内的无线设备都可以接入进来,射频时钟授时主站主要通过获取GPS或北斗的时间信息,然后将这个信息转换成射频时钟信号发出,对500米以上范围进行射频信号覆盖,范围内室内外的射频时钟同步模块都可以接受此信号;无线移动网络通信模块提供移动互联网接入的功能。
[0023] 避雷器泄漏电流采集单元通过电流互感器和调理电路将泄漏电流信号转换成可供AD采集的电压信号,处理器程序受GPS/BD模块或射频同步模块的秒脉冲信号触发,产生采集时钟和相应的时序,驱动AD采集数据,同时处理器程序解析同步模块传来的串行格式的时间信息,将数据打上时间戳并打包为特定格式数据帧,再通过无线局域网络上传到站内无线服务器;站内无线服务器将数据保存在本地数据库,然后将数据打包成包含站点信息、线路信息、避雷器编号等信息的数据帧上传到云服务器;云服务器将数据存入数据库,同时对异常数据进行分析,发现避雷器有问题时主动报警。
[0024] 如图2中所示,避雷器泄漏电流采集单元具备电子标签识别功能,在带电检测时可通过识别避雷器电子标签信息自动读取避雷器设备信息,并在上传采集的泄漏电流信息时自动上传对应的避雷器信息,实现带电检测数据的自动绑定和记录。
[0025] 参考电压采集单元在系统中仅需一个,为所有的阻性泄漏电流计算提供参考,除前端互感器与调理电路不同外,其它部分原理和工作流程与所述避雷器泄漏电流采集单元一样。
[0026] 现场终端为运行有氧化锌避雷器带电检测软件系统的电脑或嵌入式设备,可以是笔记本电脑、平板电脑、手机或其它嵌入式设备;所述现场终端不需要连接到互联网即可查看监测数据。
[0027] 本发明分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置的安装配置流程为:
将站内无线服务器放置在合适的位置,接入市电,开启电源;
将参考电压采集单元采集线接入二次电压端子,如果在室内,接入市电,在室外时接上太阳能电池板,开启电源;
将避雷器泄漏电流采集单元安装到被测避雷器相应位置,安装前先使用采集单元扫描被测避雷器电子标签读取避雷器设备信息,无电子标签时手动输入避雷器设备信息,接上太阳能电池板,开启电源;
打开现场终端,打开氧化锌避雷器在线监测终端软件,自动扫描站内所有采集单元,配置已部署的避雷器泄漏电流采集单元,将避雷器泄漏电流采集单元组ID和单个ID与实际的避雷器对应关联起来;检查各采集单元工作状态
打开现场终端上的浏览器,连接到站内无线服务器,配置站内无线服务器,连接到云服务器上,将本站点注册到云服务器。
[0028] 打开手机或能连上互联网的电脑,输入云服务器网址,输入账户密码登录系统,查看所配置的站点,查看本站所有监测采集单元的工作状态是否正确,查看避雷器工作状态是否正常。配置报警方式,报警对象的联系方式,包括电话号码、微信号、邮件地址等。
[0029] 通过现场终端软件上的报警测试功能,选择本站某个避雷器作为模拟故障点,向外发送模拟故障数据;
云服务器检测到故障数据,触发报警,通过电话、短信、微信、电子邮件向报警对象发送信息;
报警对象收到报警信息,证明系统工作正常;
系统设置完毕,开始正常工作。
[0030] 本发明分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置的监测方法为:
参考电压采集单元采集电压数据,打上精确的时间戳并上传到站内无线服务器;
避雷器泄漏电流采集单元采集泄漏电流数据,打上精确的时间戳并上传到站内无线服务器;
站内无线服务器将数据在时间上对齐,并对数据进行计算处理,将处理结果存储在本地,然后将站点信息、避雷器信息、数据处理结果等,上传到云服务器;
云服务器对数据进行进一步处理,当检测到异常状态时,立即触发报警,通过电话、短信、微信、电子邮件向注册用户发送报警信息;并向连接到服务器的网络终端推送报警消息;
云服务器对所有变电站的避雷器监测数据进行存储,并提供数据查询和大数据分析功能,可对各种品牌、厂家、型号、工作条件的避雷器工作状态进行全局评估和预测。
[0031] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,其特征在于:包括云服务器、站内无线服务器、避雷器泄漏电流采集单元、参考电压采集单元、现场终端和网络终端;云服务器为购买或租用的云端服务器,运行着避雷器在线监测服务器软件系统;站内无线服务器包括无线局域网络接入模块、射频时钟授时主站、无线移动网络通信模块、主控模块和电池;避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元均包括电压互感器、电压信号调理电路、AD、CPU、GPS/BD时钟授时模块、射频时钟同步模块、无线网卡、天线、显示屏和电池;现场终端和网络终端为安装有氧化锌避雷器带电检测软件或浏览器的电脑、手机、平板电脑或嵌入式设备; 站内无线服务器提供无线局域网络接入点;避雷器泄漏电流采集单元、参考电压采集单元和站内无线服务器通过无线局域网进行无线通信,采集的数据通过无线网络传输给站内无线服务器,站内服务器将数据处理、本地保存然后上传到云服务器,用户可通过现场终端访问云服务器;避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元通过GPS或北斗卫星授时,或者通过射频无线授时主站授时;射频无线授时主站的时间信息来源于GPS或北斗卫星,或者采用内部的高精度授时时钟。
2.根据权利要求1所述的分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,其特征在于:所述云服务器,是购买或租用的网络服务器,运行着避雷器在线监测服务器软件系统;避雷器在线监测服务器软件系统,具备海量数据接收、存储、分析功能,能够提供互联网查询功能,提供报警信息推送功能。
3.根据权利要求1所述的分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,其特征在于:所述站内无线服务器中;无线局域网络接入模块提供可视距Ikm以上的无线局域网络覆盖;射频时钟授时主站通过GPS/BD北斗卫星获得精确时钟,内置高精度守时模块;射频无线时钟授时模块将时间信息转换为射频波段的数字信号发出,提供500m以上的室内外射频无线时钟授时网络覆盖;主控模块为嵌入式处理系统,可接收在线监测数据,将数据以特定格式保存和处理,然后通过无线移动网络通信模块将数据上传到云服务器;电池可以在主电源断电时为站内无线服务器提供不间断电源。
4.根据权利要求1所述的分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,其特征在于:所述避雷器泄漏电流采集单元,每三个单元归为一组,每一组具备独立的组ID,每个单元具备独立的单元ID号和网络IP,每组避雷器泄漏电流采集单元可对A、B、C 3相避雷器进行数据采集,每个避雷器泄漏电流采集单元单独对一个避雷器进行泄漏电流数据采集,数据通过无线网络上传; 所述避雷器泄漏电流采集单元具备电子标签识别功能,在安装时可通过识别避雷器电子标签信息自动读取避雷器设备信息,并在上传采集的泄漏电流信息时自动上传对应的避雷器信息,实现避雷器泄漏电流采集单元与所测避雷器之间的灵活绑定和记录。
5.根据权利要求1所述的分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,其特征在于:所述避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元内部采用GPS/BD模块和射频时钟同步模块双模授时的方式,在室外条件下采用精度较高的GPS/BD同步,在室内无GPS/BD信号的情况下,可切换为射频时钟同步模式,由所述站内无线服务器中的射频时钟授时主站在室外获取GPS/BD信号,再转换成射频信号发送给射频时钟同步模块,实现各采集单元间的时钟同步; 所述避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元由同步的时钟信号驱动各采集单元内部AD进行模数转换,从而实现数据的同步采集;采集的数据被组成数据帧并打上精确的同步时间戳,上传到站内无线服务器,站内无线服务器根据数据帧中的时间戳来对齐波形数据并计算分析得出检测结果。
6.根据权利要求1所述的分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,其特征在于:所述现场终端为运行有氧化锌避雷器带电检测软件系统的电脑或嵌入式设备,现场终端上运行氧化锌避雷器带电检测软件,通过无线局域网访问站内无线服务器,查询设备状态。
7.根据权利要求1所述的分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,其特征在于:所述网络终端可通过浏览器或网络终端软件访问云服务器查询设备状态、设置报警方式。
8.据权利要求1所述的分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,其特征在于:所述站内无线服务器上传的数据帧格式中包括站点信息、线路编号、避雷器编号、时间戳、监测数据信息。
9.据权利要求1所述的分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置,其特征在于:所述避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元通过内置电池供电,同时通过外置的太阳能电池给采集单元供电和给内置电池充电;和/或;所述避雷器泄漏电流采集单元和参考电压采集单元具有同步采集和直接上传数据功能和本地计算电力参数的功能,计算结果打包到数据帧中上传到站内无线服务器,站内无线服务器根据时间戳对齐数据帧后,直接取出计算结果进行分析得到检测结果。
10.如权利要求1至9任一项所述的分布式无线同步氧化锌避雷器在线监测装置的监测方法为: 1)参考电压采集单元采集电压数据,打上精确的时间戳并上传到站内无线服务器; 2)避雷器泄漏电流采集单元采集泄漏电流数据,打上精确的时间戳并上传到站内无线服务器; 3)站内无线服务器将数据在时间上对齐,并对数据进行计算处理,将处理结果存储在本地,然后将站点信息、避雷器信息、数据处理结果一系列数据帧格式上传到云服务器; 4)云服务器对数据进行进一步处理,当检测到异常状态时,立即触发报警,通过电话、短信、微信、电子邮件向注册用户发送报警信息;并向连接到服务器的网络终端推送报警消息; 5)云服务器对所有变电站的避雷器监测数据进行存储,并提供数据查询和大数据分析功能,可对各种品牌、厂家、型号、工作条件的避雷器工作状态进行全局评估和预测。
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