CN106249030A - 基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于输变电在线监测技术领域，特别涉及一种基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统。本发明包括信号采集监测模块、信号传输模块以及监控终端模块，所述信号采集监测模块用于采集输电线路的电流信号，并将所述电流信号转换成光信号，所述信号采集监测模块的信号输出端连接信号传输模块的信号输入端；所述信号传输模块用于传输所述光信号，所述信号传输模块的信号输出端连接所述监控终端模块的信号输入端；所述监控终端模块用于将来自所述信号传输模块的光信号转换为电信号，并对所述电信号进行监控。本发明能够提高信号传输效率和精度，从而大大提高了本发明测量信号的精度，而且本发明抗干扰能力强、结构简单、成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于输变电在线监测技术领域，特别涉及一种基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统。
背景技术
高压输电线路作为电力系统的重要组成部分，对电网安全、可靠运行起着关键性的作用，目前输电线路的在线监测系统一般通过在电网上放置传感器，通过传感器采集线路运行信息，并将这些信息传输到监测终端，监测终端通过对这些信息进行分析、处理，得出线路运行数据，再经数据传输端将数据发送到监控中心。
现有技术中用于采集电流的传感器大多是利用电磁感应原理制成的电磁感应式电流互感器，这种传感器具有绝缘复杂、测量信号精度低等缺点，因此不能满足电力系统的实际需要。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，本发明能够提高测量信号的精度，而且抗干扰能力强、结构简单、成本低廉。
要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
一种基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，包括信号采集监测模块、信号传输模块以及监控终端模块，其中，
信号采集监测模块，用于采集输电线路的电流信号，并将所述电流信号转换成光信号，所述信号采集监测模块的信号输出端连接信号传输模块的信号输入端；
信号传输模块，用于传输所述光信号，所述信号传输模块的信号输出端连接所述监控终端模块的信号输入端；
监控终端模块，用于将来自所述信号传输模块的光信号转换为电信号，并对所述电信号进行监控。
优选的，所述信号采集监测模块包括电流信号采集电路、全波整流电路、低通滤波电路、采样保持电路、微处理器电路、串口转光纤电路以及供电电路，所述电流信号采集电路的信号输入端连接输电线路的电流信号，电流信号采集电路的信号输出端连接全波整流电路的信号输入端，所述全波整流电路的信号输出端连接低通滤波电路的信号输入端，所述低通滤波电路的信号输出端连接采样保持电路的信号输入端，所述采样保持电路的信号输出端连接微处理器电路的信号输入端，所述微处理器电路的信号输出端连接串口转光纤电路的信号输入端，所述串口转光纤电路的信号输出端连接信号传输模块的信号输入端；所述全波整流电路、低通滤波电路、采样保持电路、微处理器电路、串口转光纤电路的电源输入端均连接所述供电电路的电源输出端。
优选的，所述信号传输模块为光纤通信网络。
优选的，所述监控终端模块包括光纤转串口单元和计算机终端单元，所述光纤转串口单元的信号输入端连接信号传输模块的信号输出端，光纤转串口单元的信号输出端连接计算机终端单元的信号输入端。
进一步的，所述电流信号采集电路包括第一电感、第一电阻、第一二极管，所述第一电感的一端连接第一电阻的一端以及全波整流电路的一个信号输入端，所述第一电阻的另一端连接第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极连接第一电感的另一端以及全波整流电路的另一个信号输入端。
进一步的，所述全波整流电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的负极信号输入端连接第五电阻的一端、第三二极管的阴极、第六电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接第一电感的一端，第一运算放大器的正极信号输入端连接第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端、第一运算放大器的正极电源端、第一电感的另一端均连接第四电阻的一端并接地，所述第三二极管的阳极连接第一运算放大器的信号输出端以及第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极分别连接第二电阻的一端、第六电阻的另一端，所述第一运算放大器的负极电源端连接电源；所述第四电阻的另一端连接第二运算放大器的正极信号输入端，所述第二电阻的另一端分别连接第七电阻的一端、第二运算放大器的负极信号输入端，所述第七电阻的另一端分别连接第二运算放大器的信号输出端以及低通滤波电路的信号输入端，所述第二运算放大器的正极电源端接地、负极电源端连接电源。
进一步的，所述低通滤波电路包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的负极信号输入端分别连接第十电阻的一端、第十一电阻的一端，所述第十电阻的另一端接地，所述第三运算放大器的正极信号输入端分别连接第九电阻的一端、第二电容的一端，所述第二电容的另一端接地，所述第九电阻的另一端分别连接第八电阻的一端、第一电容的一端，所述第八电阻的另一端连接所述第二运算放大器的信号输出端，所述第一电容的另一端以及第十一电阻的另一端均连接第三运算放大器的信号输出端，第三运算放大器的正极电源端和负极电源端均连接电源。
更进一步的，所述采样保持电路包括第四运算放大器，所述第四运算放大器的正极信号输入端连接第十二电阻的一端，所述第十二电阻的另一端分别连接第三电容的一端、第四二极管的阴极，所述第四二极管的阳极连接第三运算放大器的信号输出端，所述第三电容的另一端接地，所述第四运算放大器的负极信号输入端分别连接第四运算放大器的信号输出端以及微处理器电路的信号输入端。
更进一步的，所述微处理器电路包括第一芯片，所述第一芯片的引脚1分别连接第十三电阻的一端、第四电容的一端，所述第十三电阻的另一端连接电源，第四电容的另一端接地，所述第一芯片的引脚2连接第四运算放大器的信号输出端，第一芯片的引脚8接地，第一芯片的引脚9分别连接第五电容的一端以及晶振的一端，第一芯片的引脚10分别连接第六电容的一端以及晶振的另一端，所述第五电容的另一端、第六电容的另一端均接地。
更进一步的，所述第一芯片型号为美国微芯科技公司生产的PIC16F883芯片。
本发明的有益效果为：
(1)、本发明包括信号采集监测模块、信号传输模块以及监控终端模块，所述信号采集监测模块通过悬挂在输电线路上的感应线圈来采集电流信号，而且与传统的电流互感器采集信号不同的是，本发明的信号采集监测模块由电流信号采集电路、全波整流电路、低通滤波电路、采样保持电路、微处理器电路、串口转光纤电路以及供电电路组成，全波整流电路特定的电路结构能够提高信号传输效率和精度，从而大大提高了本发明测量信号的精度，而且本发明抗干扰能力强、结构简单、成本低廉；
(2)、所述信号采集监测模块与监控终端模块之间采用了光纤通信网络进行通信，极大地提高了本发明的通信效率，保证了信号在传输过程中的准确度。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的信号采集监测模块的结构框图；
图3为本发明的监控终端模块的结构框图；
图4为本发明的电流信号采集电路的原理图；
图5为本发明的全波整流电路的原理图；
图6为本发明的低通滤波电路的原理图；
图7为本发明的采样保持电路的原理图；
图8为本发明的微处理器电路的原理图。
上述图中的标记均为：10、信号采集监测模块；11、电流信号采集电路；12、全波整流电路；13、低通滤波电路；14、采样保持电路；15、微处理器电路；16、串口转光纤电路；17、供电电路；20、信号传输模块；30、监控终端模块；31、光纤转串口单元；32、计算机终端单元；L1、第一电感；
A1～A4：第一运算放大器～第四运算放大器
R1～R13：第一电阻～第十三电阻
C1～C6：第一电容～第六电容
D1～D4：第一二极管～第四二极管
具体实施方式
下面对照附图，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如图1所示，一种基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，包括信号采集监测模块10、信号传输模块20以及监控终端模块30，所述信号采集监测模块10用于采集输电线路的电流信号，并将所述电流信号转换成光信号，所述信号采集监测模块10的信号输出端连接信号传输模块20的信号输入端；所述信号传输模块20用于传输所述光信号，所述信号传输模块20的信号输出端连接所述监控终端模块30的信号输入端；所述监控终端模块30用于将来自所述信号传输模块20的光信号转换为电信号，并对所述电信号进行监控。
如图2所示，所述信号采集监测模块10包括电流信号采集电路11、全波整流电路12、低通滤波电路13、采样保持电路14、微处理器电路15、串口转光纤电路16以及供电电路17，所述电流信号采集电路11的信号输入端连接输电线路的电流信号，电流信号采集电路11的信号输出端连接全波整流电路12的信号输入端，所述全波整流电路12的信号输出端连接低通滤波电路13的信号输入端，所述低通滤波电路13的信号输出端连接采样保持电路14的信号输入端，所述采样保持电路14的信号输出端连接微处理器电路15的信号输入端，所述微处理器电路15的信号输出端连接串口转光纤电路16的信号输入端，所述串口转光纤电路16的信号输出端连接信号传输模块20的信号输入端；所述全波整流电路12、低通滤波电路13、采样保持电路14、微处理器电路15、串口转光纤电路16的电源输入端均连接所述供电电路17的电源输出端。
所述信号传输模块20为光纤通信网络。
如图3所示，所述监控终端模块30包括光纤转串口单元31和计算机终端单元32，所述光纤转串口单元31的信号输入端连接信号传输模块20的信号输出端，光纤转串口单元31的信号输出端连接计算机终端单元32的信号输入端；所述光纤转串口单元31用于将来自所述信号传输模块20的光信号转换为电信号，所述计算机终端单元32用于对电信号进行监控。
如图4所示，所述电流信号采集电路11包括第一电感L1、第一电阻R1、第一二极管D1，所述第一电感L1的一端连接第一电阻R1的一端以及全波整流电路12的一个信号输入端，所述第一电阻R1的另一端连接第一二极管D1的阴极，所述第一二极管D1的阳极连接第一电感L1的另一端以及全波整流电路12的另一个信号输入端。
优选的，所述第一电阻R1为压敏电阻，第一二极管D1为肖特基二所述极管，有效地限制了线圈即为第一电感L1两端的电压，当第一电感L1由导通状态切断时，其电磁能释放所产生的高压被第一二极管D1吸收，开关的电弧被消除，从而避免了电能的浪费。
如图5所示，所述全波整流电路12包括第一运算放大器A1和第二运算放大器A2，所述第一运算放大器A1的负极信号输入端连接第五电阻R5的一端、第三二极管D3的阴极、第六电阻R6的一端，所述第五电阻R5的另一端连接第一电感L1的一端，第一运算放大器A1的正极信号输入端连接第三电阻R3的一端，所述第三电阻R3的另一端、第一运算放大器A1的正极电源端、第一电感L1的另一端均连接第四电阻R4的一端并接地，所述第三二极管D3的阳极连接第一运算放大器A1的信号输出端以及第二二极管D2的阴极，所述第二二极管D2的阳极分别连接第二电阻R2的一端、第六电阻R6的另一端，所述第一运算放大器A1的负极电源端连接电源；所述第四电阻R4的另一端连接第二运算放大器A2的正极信号输入端，所述第二电阻R2的另一端分别连接第七电阻R7的一端、第二运算放大器A2的负极信号输入端，所述第七电阻R7的另一端分别连接第二运算放大器A2的信号输出端以及低通滤波电路13的信号输入端，所述第二运算放大器A2的正极电源端接地、负极电源端连接电源。
采用全波整流电路12可有效提高信号传输效率、灵敏度和精度。
当输入的电压即为U1为正时，第三二极管D3处于截止工作状态，第二二极管D2处于导通工作状态，此时第五电阻R5、第六电阻R6、第一运算放大器A1共同构成一个反向放大电路；第二电阻R2、第六电阻R6、第七电阻R7、第二运算放大器A2共同构成一个反向加法电路，所以Uo1的输出电压为：
当输入的电压即为U1为负时，第三二极管D3处于导通工作状态，第二二极管D2处于截止工作状态，此时第一运算放大器A1的作用为将第六电阻R6的左端电压钳位在0V，而第二运算放大器A2的反馈作用使得第二电阻R2的右端电位为0V，因此，第六电阻R6和第二电阻R2这两个支路两端电位相等，支路电流为0A，实际上是不起作用的，此时整个电路为第七电阻R7、第四电阻R4、第二运算放大器A2组成的反向放大电路，所以Uo2为：
优选的，所述第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6的电阻值为：R5＝R2＝R6＝2R3＝2R4
如图6所示，所述低通滤波电路13包括第三运算放大器A3，所述第三运算放大器A3的负极信号输入端分别连接第十电阻R10的一端、第十一电阻R11的一端，所述第十电阻R10的另一端接地，所述第三运算放大器A3的正极信号输入端分别连接第九电阻R9的一端、第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端接地，所述第九电阻R9的另一端分别连接第八电阻R8的一端、第一电容C1的一端，所述第八电阻R8的另一端连接所述第二运算放大器A2的信号输出端，所述第一电容C1的另一端以及第十一电阻R11的另一端均连接第三运算放大器A3的信号输出端，第三运算放大器A3的正极电源端和负极电源端均连接电源。
如图7所示，所述采样保持电路14包括第四运算放大器A4，所述第四运算放大器A4的正极信号输入端连接第十二电阻R12的一端，所述第十二电阻R12的另一端分别连接第三电容C3的一端、第四二极管D4的阴极，所述第四二极管D4的阳极连接第三运算放大器A3的信号输出端，所述第三电容C3的另一端接地，所述第四运算放大器A4的负极信号输入端分别连接第四运算放大器A4的信号输出端以及微处理器电路15的信号输入端。
所述第四二极管D4为硅功率整流二极管。
如图8所示，所述微处理器电路15包括第一芯片，所述第一芯片的引脚1分别连接第十三电阻R13的一端、第四电容C4的一端，所述第十三电阻R13的另一端连接电源，第四电容C4的另一端接地，所述第一芯片的引脚2连接第四运算放大器A4的信号输出端，第一芯片的引脚8接地，第一芯片的引脚9分别连接第五电容C5的一端以及晶振的一端，第一芯片的引脚10分别连接第六电容C6的一端以及晶振的另一端，所述第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端均接地。
所述第一芯片型号为美国微芯科技公司生产的PIC16F883芯片。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，其特征在于：包括信号采集监测模块(10)、信号传输模块(20)以及监控终端模块(30)，其中，
信号采集监测模块(10)，用于采集输电线路的电流信号，并将所述电流信号转换成光信号，所述信号采集监测模块(10)的信号输出端连接信号传输模块(20)的信号输入端；
信号传输模块(20)，用于传输所述光信号，所述信号传输模块(20)的信号输出端连接所述监控终端模块(30)的信号输入端；
监控终端模块(30)，用于将来自所述信号传输模块(20)的光信号转换为电信号，并对所述电信号进行监控。
2.如权利要求1所述的基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，其特征在于：所述信号采集监测模块(10)包括电流信号采集电路(11)、全波整流电路(12)、低通滤波电路(13)、采样保持电路(14)、微处理器电路(15)、串口转光纤电路(16)以及供电电路(17)，所述电流信号采集电路(11)的信号输入端连接输电线路的电流信号，电流信号采集电路(11)的信号输出端连接全波整流电路(12)的信号输入端，所述全波整流电路(12)的信号输出端连接低通滤波电路(13)的信号输入端，所述低通滤波电路(13)的信号输出端连接采样保持电路(14)的信号输入端，所述采样保持电路(14)的信号输出端连接微处理器电路(15)的信号输入端，所述微处理器电路(15)的信号输出端连接串口转光纤电路(16)的信号输入端，所述串口转光纤电路(16)的信号输出端连接信号传输模块(20)的信号输入端；所述全波整流电路(12)、低通滤波电路(13)、采样保持电路(14)、微处理器电路(15)、串口转光纤电路(16)的电源输入端均连接所述供电电路(17)的电源输出端。
3.如权利要求2所述的基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，其特征在于：所述信号传输模块(20)为光纤通信网络。
4.如权利要求3所述的基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，其特征在于：所述监控终端模块(30)包括光纤转串口单元(31)和计算机终端单元(32)，所述光纤转串口单元(31)的信号输入端连接信号传输模块(20)的信号输出端，光纤转串口单元(31)的信号输出端连接计算机终端单元(32)的信号输入端。
5.如权利要求4所述的基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，其特征在于：所述电流信号采集电路(11)包括第一电感(L1)、第一电阻(R1)、第一二极管(D1)，所述第一电感(L1)的一端连接第一电阻(R1)的一端以及全波整流电路(12)的一个信号输入端，所述第一电阻(R1)的另一端连接第一二极管(D1)的阴极，所述第一二极管(D1)的阳极连接第一电感(L1)的另一端以及全波整流电路(12)的另一个信号输入端。
6.如权利要求5所述的基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，其特征在于：所述全波整流电路(12)包括第一运算放大器(A1)和第二运算放大器(A2)，所述第一运算放大器(A1)的负极信号输入端连接第五电阻(R5)的一端、第三二极管(D3)的阴极、第六电阻(R6)的一端，所述第五电阻(R5)的另一端连接第一电感(L1)的一端，第一运算放大器(A1)的正极信号输入端连接第三电阻(R3)的一端，所述第三电阻(R3)的另一端、第一运算放大器(A1)的正极电源端、第一电感(L1)的另一端均连接第四电阻(R4)的一端并接地，所述第三二极管(D3)的阳极连接第一运算放大器(A1)的信号输出端以及第二二极管(D2)的阴极，所述第二二极管(D2)的阳极分别连接第二电阻(R2)的一端、第六电阻(R6)的另一端，所述第一运算放大器(A1)的负极电源端连接电源；所述第四电阻(R4)的另一端连接第二运算放大器(A2)的正极信号输入端，所述第二电阻(R2)的另一端分别连接第七电阻(R7)的一端、第二运算放大器(A2)的负极信号输入端，所述第七电阻(R7)的另一端分别连接第二运算放大器(A2)的信号输出端以及低通滤波电路(13)的信号输入端，所述第二运算放大器(A2)的正极电源端接地、负极电源端连接电源。
7.如权利要求6所述的基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，其特征在于：所述低通滤波电路(13)包括第三运算放大器(A3)，所述第三运算放大器(A3)的负极信号输入端分别连接第十电阻(R10)的一端、第十一电阻(R11)的一端，所述第十电阻(R10)的另一端接地，所述第三运算放大器(A3)的正极信号输入端分别连接第九电阻(R9)的一端、第二电容(C2)的一端，所述第二电容(C2)的另一端接地，所述第九电阻(R9)的另一端分别连接第八电阻(R8)的一端、第一电容(C1)的一端，所述第八电阻(R8)的另一端连接所述第二运算放大器(A2)的信号输出端，所述第一电容(C1)的另一端以及第十一电阻(R11)的另一端均连接第三运算放大器(A3)的信号输出端，第三运算放大器(A3)的正极电源端和负极电源端均连接电源。
8.如权利要求7所述的基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，其特征在于：所述采样保持电路(14)包括第四运算放大器(A4)，所述第四运算放大器(A4)的正极信号输入端连接第十二电阻(R12)的一端，所述第十二电阻(R12)的另一端分别连接第三电容(C3)的一端、第四二极管(D4)的阴极，所述第四二极管(D4)的阳极连接第三运算放大器(A3)的信号输出端，所述第三电容(C3)的另一端接地，所述第四运算放大器(A4)的负极信号输入端分别连接第四运算放大器(A4)的信号输出端以及微处理器电路(15)的信号输入端。
9.如权利要求8所述的基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，其特征在于：所述微处理器电路(15)包括第一芯片，所述第一芯片的引脚1分别连接第十三电阻(R13)的一端、第四电容(C4)的一端，所述第十三电阻(R13)的另一端连接电源，第四电容(C4)的另一端接地，所述第一芯片的引脚2连接第四运算放大器(A4)的信号输出端，第一芯片的引脚8接地，第一芯片的引脚9分别连接第五电容(C5)的一端以及晶振的一端，第一芯片的引脚10分别连接第六电容(C6)的一端以及晶振的另一端，所述第五电容(C5)的另一端、第六电容(C6)的另一端均接地。
10.如权利要求9所述的基于光纤通信的架空高压输电线路电流在线监测系统，其特征在于：所述第一芯片型号为美国微芯科技公司生产的PIC16F883芯片。
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