CN106707098B - 架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置，包括信息分析平台、无线集线器和若干个监测终端，每个监测终端具有唯一ID；本发明还公开了利用上述装置实现的架空线路放电泄流在线监测精准定位方法，利用前述装置中的若干个监测终端组成无线自组网络，把监测数据发送给无线集线器后再发送到信息分析平台，信息分析平台对数据进行计算分析、结合其内部存储的数据模型判定是否发生故障及故障类型、再结合数据中的ID信息进行定位。本发明能实时监测架空线路的接地电阻以及泄流事件，精确定位发生故障的铁塔位置，能分析出没有导致跳闸的异常事件，方便对故障线路和有隐患的线路及时维修。本发明用于架空线路泄流的在线监测及精准定位。

Description

架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置及方法

技术领域

本发明属于电力行业架空输电线路技术领域,用于在线监测架空线路的泄流和接地电阻并精准定位，具体地说是一种架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置及方法。

背景技术

随着国民经济的发展与电力需求的不断增长，电力生产中存在的安全运行问题也越来越突出。对于输电线路来讲，雷击跳闸一直是影响高压输电线路供电可靠性的重要因素。由于大气雷电活动的随机性和复杂性，目前世界上对输电线路雷害除避雷外没有有效的防雷措施，而在输电线路遭受雷击后及时发现与精确定位成为一项技术难题。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明旨在提供一种架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置，以能够对杆塔接地进行监控，综合分析每条线路的具体情况，通过实时数据比较，得出故障精准情况并精确定位，同时也能发现存在隐患的线路，从而可以方便人们及时维修和改善；

本发明的另外一个目的，是提供一种利用上述架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置来实现的架空线路放电泄流在线监测精准定位方法。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置，它包括信息分析平台 、无线集线器和若干个监测终端；

所述信息分析平台的信号输入端口与无线集线器的信号输出端口连接；

所述无线集线器的信号输入端口与距其在通讯范围内的监测终端的对外信号发送端口无线连接；

所有监测终端各自具有唯一ID，它们分别安装在不同基铁塔的接地线上，且埋在距地表10cm处的地下土壤中；

任一监测终端的对外信号发送端口分别与通讯范围内的监测终端的对外信号收集端口无线连接,从而组成了无线自组网络，信息分析平台的控制信号输出端口通过无线集线器和无线自组网路分别与不同的监测终端的远端控制信号输入端口无线连接。

作为限定：

所述信息分析平台包括数据存储模块、显示模块、数据处理模块；

所述数据存储模块用于存储监测终端监测到历史数据、与所有的监测终端的ID间一一对应的实景地理信息以及人为设置的他的数据；

所述数据存储模块的历史数据发送端口与数据处理模块的历史数据接收端口连接、数据存储模块的数据存储输入端口与数据处理模块的数据存储输出端口连接；

所述数据处理模块用于计算分析监测终端监测到的数据、分析判断是否发生故障、对故障铁塔进行定位；

所述数据处理模块的显示信号输出端口与显示模块的显示信号输入端口连接。

作为本发明的第二种限定：

所述监测终端包括高压发生器、通讯模块、微控制器、互感器、整流缓冲电路、隔离保护电路和测量模块；

所述互感器通过整流缓冲电路、隔离保护电路和微控制器的互感电流输入端口连接，铁塔的接地线穿过互感器的磁环，

所述互感器用于监测铁塔的接地线的电流，并通过整流缓冲电路把从铁塔接地线上感应来的电流转化，作为监测终端的待机电源；

所述监测终端的对外信号发送端口、对外信号收集端口、远端控制信号输入端口都在通讯模块上；

所述通讯模块的对内通讯端口与微控制器的通讯端口连接；

所述高压发生器包括瞬时高压发生电路、冲击电流发生电路和放电电极，微控制器的高压发生控制信号输出端口与高压发生器的控制信号输入端口连接，放电电极与土壤接触；

所述高压发生器利用瞬时高压发生电路产生大电压，并通过放电电极向土壤释放瞬时高压发生电路产生的大电压以击穿土壤；

所述高压发生器利用冲击电流发生电路产生大电流，并通过放电电极向土壤释放冲击电流发生电路产生的大电流；

所述测量模块包括电压检测电路、电流检测电路、辅助接地电极、两个接地体触点；

所述辅助接地电极是中性点，作为高压发生器信号的基准点；

所述电压检测电路用于监测土壤击穿电压，电流检测电路用于检测土壤漏电流；

所述两个接地体触点用于测量土壤的均匀电阻；

所述测量模块的测量信号输出端与微控制器的测量信号输入端连接，微控制器的测量控制信号输出端口与测量模块的测量控制信号输入端口连接。

作为本发明的进一步的限定：

所述监测终端还包括充电保护电路和后备电池；

所述充电保护电路的电流输入端口与整流缓冲电路的电流输出端口连接，充电保护电路的电流输出端口与后备电池的电流输入端口连接，整流缓冲电路把互感器从铁塔的接地线上感应来的电流转化后一部分用于给后备电池充电；

所述后备电池的电压输出端口分别与通讯模块、微控制器及测量模块的电源输入端口连接。

本发明还提供了一种架空线路放电泄流在线监测、精准定位方法，它是利用前述的架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置来实现。该方法包括以下步骤：

（1）预先在所述信息分析平台中存储不同故障类型的波形模型以及与所有监测终端的ID间一一对应的实景地理信息；

（2）监测终端将监测到的数据和自身ID信息一起打包通过无线自组网络发送给无线集线器，再由无线集线器发送给信息分析平台；

（3）信息分析平台对无线集线器发送来的数据进行计算分析、判定，对故障铁塔定位，对非故障类型的数据进行分析比对找出雷击事故薄弱点和存在隐患的线路。

本发明由于采用了上述的结构和方法，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

（1）本发明能够结合检测土壤电阻率、互感器产生二次电流的毫秒级触发时间来修订定位偏差而提高了雷击线路的定位精度；

（2）本发明使用无线自组网技术传递信息，可以降低成本；

（3）本发明还能通过监测接地线的电阻适时有效地改善接地措施，降低雷击跳闸事故的发生；

（4）本发明能检测到没有导致跳闸的雷击事件，方便加强管理；

（5）本发明能够对互感器感应出来的电流进行转化后，一方面作为整个监测终端的待机电源，另一方面对后备电池进行充电，后备电池可在线路停电状态下给监测终端供电长达24小时。

本发明适用于架空线路泄流的在线监测及精准定位。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例1的原理框图；

图2为本发明实施例1中的信息分析平台的原理框图；

图3为本发明实施例1中的监测终端的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例 1 一种架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置

本实施例如图1所示，它包括信息分析平台 、无线集线器、若干个监测终端。

信息分析平台的信号输入端口与无线集线器的信号输出端口连接；

无线集线器的信号输入端口与距其在通讯范围内的监测终端的对外信号发送端口无线连接；

所有的监测终端各自具有唯一ID，它们分别安装在不同基铁塔的接地线上，且埋在距地表10cm处的地下土壤中；

任一监测终端的对外信号发送端口分别与通讯范围内的监测终端的对外信号收集端口无线连接,从而组成了无线自组网络，信息分析平台的控制信号输出端口通过无线集线器和无线自组网路分别与不同的监测终端的远端控制信号输入端口无线连接。

如图2所示，所述信息分析平台包括数据存储模块、显示模块和数据处理模块；

数据存储模块用于存储监测终端监测到的历史数据、与所有的监测终端的ID间一一对应的实景地理信息，以及人为设置的其它数据；

数据存储模块的历史数据发送端口与数据处理模块的历史数据接收端口连接、数据存储模块的数据存储输入端口与数据处理模块的数据存储输出端口连接；

数据处理模块用于计算分析监测终端监测到的数据、分析判断是否发生故障、对故障铁塔进行定位；

数据处理模块的显示信号输出端口与显示模块的显示信号输入端口连接。

如图3所示，监测终端包括高压发生器、通讯模块、微控制器、互感器、整流缓冲电路、隔离保护电路和测量模块；

互感器通过整流缓冲电路、隔离保护电路和微控制器的互感电流输入端口连接；铁塔的接地线穿过互感器的磁环；

互感器用于监测铁塔的接地线的电流，并通过整流缓冲电路把从铁塔接地线上感应来的电流转化，作为监测终端的待机电源；

监测终端的对外信号发送端口、对外信号收集端口、远端控制信号输入端口都在通讯模块上；

通讯模块的对内通讯端口与微控制器的通讯端口连接；

高压发生器包括瞬时高压发生电路、冲击电流发生电路和放电电极，微控制器的高压发生控制信号输出端口与高压发生器的控制信号输入端口连接，放电电极与土壤接触；

高压发生器利用瞬时高压发生电路产生大电压，并通过放电电极向土壤释放瞬时高压发生电路产生的大电压以击穿土壤；

高压发生器利用冲击电流发生电路产生大电流，并通过放电电极向土壤释放冲击电流发生电路产生的大电流，在土壤中产生土壤漏电流；

测量模块包括电压检测电路、电流检测电路、辅助接地电极和两个接地体触点；

辅助接地电极是中性点，作为高压发生器信号的基准点；

电压检测电路用于检测土壤击穿电压，电流检测电路用于检测土壤漏电流；

两个接地体触点用于测量土壤的均匀电阻；

测量模块的测量信号输出端与微控制器的测量信号输入端连接，微控制器的测量控制信号输出端口与测量模块的测量控制信号输入端口连接。

如图3所示，监测终端还包括充电保护电路和后备电池；

充电保护电路的电流输入端口和整流缓冲电路的电流输出端口连接，充电保护电路的电流输出端口与后备电池的电流输入端口连接，整流缓冲电路把互感器从铁塔的接地线上感应来的电流转化后一部分用于给后备电池充电；

后备电池的电压输出端口分别与通讯模块、微控制器及测量模块的电源输入端口连接。

在本实施例中，微控制器采用STM32芯片为核心的电路实现；电压检测电路采用LM358运算放大器为核心的电路实现；电流检测电路采用运算放大器、电阻为核心的电路，同时配合互感器而实现；通讯模块采用了一颗AVR单片机和无线收发电路组成，其中无线收发电路是以芯片NE602为核心的电路来实现的。

实施例 2 一种架空线路放电泄流在线监测、精准定位方法

本实施例利用实施例1所提供的架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置来实现。本实施例包括以下步骤：

（1）预先在所述信息分析平台中存储不同故障类型的波形模型以及与所有监测终端的ID间一一对应的实景地理信息，

其中不同故障类型的波形模型包括树闪分析模型、鸟闪与冰闪分析模型、外破分析模型、多重雷击模型、多回雷击模型，并且每种波形模型中均包含接地线录波原始波、接地线录波移相A、接地线录波移相B、土壤电场变化表层、土壤电场变化底层、土壤电阻率六种波形信息；

（2）监测终端将监测到的数据和自身ID信息一起打包通过无线自组网络发送给无线集线器，再由无线集线器发送给信息分析平台，

互感器每天24小时不间断工作，整流缓冲电路将互感器从铁塔的接地线上感应来的电流转化为2.24V交流电，经整流升压得到3.3V工作电压，作为整个监测终端的待机电源，同时该工作电压将以35mA/H的充电速率给后备电池充电；

微控制器每天24小时不间断工作，监测互感器二次电流是否异常；

在正常情况下，信息分析平台根据设置的时间间隔发出控制信号，监测终端收到控制信号之后，利用两个接地体触点测量土壤的平均电阻并发送给微控制器，微控制器将收到的测量数据和监测终端的ID信息打包，然后通过无线自组网络和无线集线器发送给信息分析平台；

如果微控制器监测到互感器感应到比平时大的电流，微控制器根据正常情况下监测到的土壤平均电阻值发出PWM方波脉冲启动高压发生器，高压发生器通过瞬时高压发生电路产生大电压，并通过放电电极向土壤释放瞬时高压发生电路产生的大电压以击穿土壤；高压发生器利用冲击电流发生电路产生大电流，并通过放电电极向土壤释放冲击电流发生电路产生的大电流，在土壤中产生土壤漏电流；在高压发生器启动的同时，微控制器也会向测量模块发出测量控制信号来启动测量模块，电压检测电路检测土壤击穿电压并发送给微控制器，电流检测电路检测土壤漏电流并发送给微控制器；微控制器根据收到的土壤击穿电压和土壤漏电流计算出土壤电阻率；

微控制器将土壤击穿电压、土壤电阻率和互感器二次侧电流数据做A\D转化后，连同监测终端的ID信息、互感器产生二次电流的毫秒级触发时间数值信息一起打包编码处理，通过无线自组网络发送给无线集线器，再由无线集线器发送给信息分析平台；

（3）信息分析平台对无线集线器发送来的数据进行计算分析、判定，对故障铁塔定位，对非故障类型的数据进行分析比对找出雷击事故薄弱点和存在隐患的线路；

信息分析平台将收到的数据包解压后进行计算分析，并与存储模块中存储的相应的铁塔的历史数据进行对比，如果是正常的数据，则将该数据存储于数据存储模块作为该铁塔的日常状态信息监控依据；如果是异常数据，则将土壤击穿电压数据进行解析得出土壤电场变化表层、土壤电场变化底层波形，将互感器二次侧电流数据与50赫兹、50赫兹1/4、50赫兹1/2时序进行匹配采用混频核相手段解析出接地线录波移相A、接地线录波移相B并将原始波形作为接地线录波原始波，将土壤电阻率数据形成土壤电阻率波形；

接着，信息分析平台将含有接地线录波原始波、接地线录波移相A、接地线录波移相B、土壤电场变化表层、土壤电场变化底层、土壤电阻率六种信息的波形与数据存储模块中的不同故障类型的波形模型对比，得出疑似故障类型，再结合数据存储模块中的实景地理信息、数据包中的监测终端ID信息、互感器产生二次电流的毫秒级触发时间数值信息和土壤电阻率对故障铁塔进行定位；此外，信息分析平台还会对非故障类型的异常数据进行分析，结合历史数据对非故障类型的异常数据进行分析比对找出雷击事故薄弱点和存在隐患的线路。

当发生导致架空线路停电的重大事故时，监测终端可利用后备电池提供的电源完成连续24小时的无线数据传输。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置，其特征在于：它包括信息分析平台、无线集线器和若干个监测终端；

所述信息分析平台的信号输入端口与无线集线器的信号输出端口连接；

所述无线集线器的信号输入端口与距其在通讯范围内的监测终端的对外信号发送端口无线连接；

所有监测终端各自具有唯一ID，它们分别安装在不同基铁塔的接地线上，且埋在距地表10cm处的地下土壤中；任一监测终端的对外信号发送端口，分别与通讯范围内的监测终端的对外信号收集端口无线连接,组成无线自组网络；

所述监测终端包括互感器、高压发生器和测量模块；所述高压发生器设有放电电极，所述放电电极与土壤接触；

所述信息分析平台的控制信号输出端口通过无线集线器和无线自组网路分别与不同的监测终端的远端控制信号输入端口无线连接；

所述信息分析平台中预先存储不同故障类型的波形模型以及与所有监测终端的ID间一一对应的实景地理信息；

所述监测终端用于：

监测到互感器感应到的电流大小超过预设值时，启动高压发生器和测量模块，以使所述高压发生器通过放电电极向土壤放电，并根据测量模块检测到的土壤击穿电压和土壤漏电电流计算出土壤电阻率；

将监测数据和自身ID信息一起打包通过无线自组网络发送给无线集线器，再由无线集线器发送给信息分析平台；所述监测数据包括土壤击穿电压、土壤电阻率、互感器二次侧电流数据；

所述信息分析平台，用于对判定为异常数据的监测数据进行解析得到数据波形；将数据波形与预先存储的波形模型进行对比，预测故障类型；通过监测终端ID、实景地理信息、土壤电阻率对故障铁塔定位；对非故障类型的异常数据进行分析比对找出雷击事故薄弱点和存在隐患的线路。

2.根据权利要求1所述的架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置，其特征在于：所述信息分析平台包括数据存储模块、显示模块和数据处理模块；

所述数据存储模块的历史数据发送端口与数据处理模块的历史数据接收端口连接，数据存储模块的数据存储输入端口与数据处理模块的数据存储输出端口连接；

所述数据处理模块的显示信号输出端口与显示模块的显示信号输入端口连接。

3.根据权利要求1或2所述的架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置，其特征在于：

所述监测终端还包括、通讯模块、微控制器、互感器、整流缓冲电路、隔离保护电路；

所述互感器通过整流缓冲电路、隔离保护电路后，和微控制器的互感电流输入端口连接，铁塔的接地线穿过互感器的磁环；

所述监测终端的对外信号发送端口、对外信号收集端口和远端控制信号输入端口，都在通讯模块上；

所述通讯模块的对内通讯端口与微控制器的通讯端口连接；

所述测量模块包括电压检测电路、电流检测电路、辅助接地电极和两个接地体触点；

所述测量模块的测量信号输出端与微控制器的测量信号输入端连接，微控制器的测量控制信号输出端口与测量模块的测量控制信号输入端口连接；

所述高压发生器包括瞬时高压发生电路、冲击电流发生电路，微控制器的高压发生控制信号输出端口与高压发生器的控制信号输入端口连接。

4.根据权利要求3所述的架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置，其特征在于：监测终端还包括充电保护电路和后备电池；

所述充电保护电路的电流输入端口和整流缓冲电路的电流输出端口连接，充电保护电路的电流输出端口与后备电池的电流输入端口连接；

所述后备电池的电压输出端口分别与通讯模块、微控制器及测量模块的电源输入端口连接。

5.利用权利要求1-4任意一项所述的架空线路放电泄流在线监测、精准定位装置实现的一种架空线路放电泄流在线监测、精准定位方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)预先在所述信息分析平台中存储不同故障类型的波形模型以及与所有监测终端的ID间一一对应的实景地理信息；

(2)监测终端监测到互感器感应到的电流大小超过预设值时，启动高压发生器和测量模块，以使所述高压发生器通过放电电极向土壤放电，并根据测量模块检测到的土壤击穿电压和土壤漏电电流计算出土壤电阻率；(3)监测终端将监测到的数据和自身ID信息一起打包通过无线自组网络发送给无线集线器，再由无线集线器发送给信息分析平台；所述监测终端监测到的数据包括土壤击穿电压、土壤电阻率、互感器二次侧电流数据；

(4)信息分析平台对判定为异常数据的监测数据进行解析得到数据波形；将数据波形与预先存储的波形模型进行对比，预测故障类型；通过监测终端ID、实景地理信息、土壤电阻率对故障铁塔定位；对非故障类型的异常数据进行分析比对找出雷击事故薄弱点和存在隐患的线路。