CN107091968A - 智能绝缘子及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及输电线路监测技术领域，是一种智能绝缘子及其使用方法，包括输电线路、绝缘子、电线杆支架和数据采集服务平台，绝缘子包括绝缘芯棒、包覆在绝缘芯棒外侧的伞套和底座，在底座内部固定安装有智能监测单元，智能监测单元包括分压取电模块、可充放电源模块、控制模块和通信模块，分压取电模块与输电线路电连接，分压取电模块与可充放电源模块电连接，分压取电模块和可充放电源模块均与控制模块电连接，控制模块与数据采集服务平台通信连接。本发明通过远程通信方式将中高压架空线路状态传递给数据采集服务平台并由其进行大数据分析；本发明不仅对线路实现绝缘功能，而且能够实时监视配电网设备状态，准确故障定位，精确指挥配电抢修到位。

Description

智能绝缘子及其使用方法

技术领域

本发明涉及输电线路监测技术领域，是一种智能绝缘子及其使用方法。

背景技术

在高压输变电系统中，实现高压与大地之间绝缘多数是通过陶瓷绝缘子实现的，如果绝缘瓷瓶污秽，其绝缘性将会遭到破坏，产生较大的泄漏电流，轻则增大电路的电流损耗，重则将供电电路烧毁。发生电网的污闪事故，随着国民经济的发展，环境日趋恶化，电压升高，网络扩大，交直流联网不断增多，电网污闪事故频繁发生，涉及范围广，停电时间长，严重威胁了输变电设备的安全运行。

发明内容

本发明提供了一种智能绝缘子及其使用方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的配电网故障检测准确率不高及对故障“盲调”造成恢复供电耗时长、可靠性低的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：智能绝缘子包括输电线路、绝缘子、电线杆支架和数据采集服务平台，所述绝缘子包括绝缘芯棒、包覆在绝缘芯棒外侧的伞套和底座，所述底座的上部固定安装在伞套上，底座的底部固定安装在电线杆支架上，在底座内部固定安装有智能监测单元，所述智能监测单元包括分压取电模块、可充放电源模块、控制模块和通信模块，所述分压取电模块与输电线路电连接，所述分压取电模块与可充放电源模块电连接，所述分压取电模块和可充放电源模块均与控制模块电连接，所述控制模块与通信模块通信连接，所述数据采集服务平台与通信模块通信连接。

下面是对上述发明技术方案一的进一步优化或/和改进：

上述分压取电模块上电连接有高压引线，所述高压引线与输电线路电连接在一起；或/和，所述分压取电模块包括电容分压器、变压整流单元和电源变换单元，所述电容分压器包括一个取能电容和至少一个与取能电容串联的分压电容,相邻的分压电容依序串联在一起，所述分压电容的输出端接地，所述变压整流单元与取能电容电连接，变压整流单元与电源变换单元电连接。

上述智能监测单元还包括硬件加密模块，所述硬件加密模块与控制模块电连接。

上述还包括套装在绝缘芯棒上部外侧呈圆柱状的均压球，所述均压球的上部设有凹槽，在绝缘芯棒上设有能与凹槽顶部卡扣在一起的压板。

上述所述底座的底部设有螺纹孔，所述底座通过螺栓固定安装在电线杆支架上。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种上述智能绝缘子的使用方法，包括以下步骤：

第一步，将多个智能绝缘子间隔固定安装的电线杆支架上并与各智能绝缘子所对应位置的输电线路电连接，之后进入第二步；

第二步，分压取电模块通过高压引线从其所在位置的输电线路上获取电能，若分压取电模块所在位置的输电线路通电，之后进入第三步；若分压取电模块所在位置的输电线路断电，则进入第四步；

第三步，分压取电模块同时向可充放电源模块和控制模块供电，可充放电源模块存储电能，之后进入第四步；

第四步，可充放电源模块向控制模块提供电能，控制模块获取输电线路的供电状态信息数据并通过通信模块将输电线路的供电信息数据传送至数据采集服务平台，之后进入第五步；

第五步，数据采集服务平台将智能绝缘子所采集的供电信息数据进行数据解析和安全认证，对通过安全校验后的有效供电信息数据进行数据储存并进行数据清洗和分析服务，之后进入第六步；

第六步，将经过数据清洗和分析服务的有效供电信息数据进行过滤和重新分组，之后进入第七步；

第七步，数据采集服务平台依据配电网的线路结构、运行方式所建立的数据模型进行拓扑分析，对故障进行判断并查找相对应的故障点，工作人员修复故障并恢复供电，结束。

下面是对上述发明技术方案二的进一步优化或/和改进：

上述在第四步中，所述控制模块获取输电线路的供电状态信息数据并通过通信模块将输电线路的供电信息数据传送至数据采集服务平台时，还设有数据传输加密过程，所述数据传输加密过程包括以下步骤：

第一步，在控制模块与数据采集服务平台之间建立通信连接，之后进入第二步；

第二步，使用硬件加密模块将待传输的供电信息数据进行加密处理，即对硬件加密模块中的加密算法建立密钥协商，若成功，则进入第三步，若失败，则退出；

第三步，实现加密通信传输供电信息数据至数据采集服务平台，并判断供电信息数据加密传输是否出错，之后进入第四步；

第四步，若数据采集服务平台得到电信息数据出错，则退出；若数据采集服务平台得到的供电信息数据没有出错，则进入第五步；

第五步，判断是否继续传输供电信息数据，若继续传输供电信息数据，则进入第三步；若供电信息数据传输完毕，则退出。

本发明通过远程GPRS或NB-IOT物联网通信技术将中高压架空线路状态传递给数据采集服务平台，由数据采集服务平台进行大数据分析；本发明不仅对线路实现绝缘功能，而且能够实时监视配电网设备状态，及时发现异常停电，快速分析判别，准确故障定位，精确指挥配电抢修到位，尽快恢复非故障区域的供电，隔离故障区域，将故障损失降到最低，有效地提高供电可靠性。本发明的智能绝缘子可以低功耗在线运行，耗电量低。

附图说明

附图1为本发明实施例一的结构示意图。

附图2为本发明实施例二的方法流程图。

附图3为本发明实施例二的通信加密方法流程图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1、2所示，智能绝缘子包括输电线路、绝缘子、电线杆支架和数据采集服务平台，所述绝缘子包括绝缘芯棒、包覆在绝缘芯棒外侧的伞套和底座，所述底座的上部固定安装在伞套的底部，底座的底部固定安装在电线杆支架上，在底座内部固定安装有智能监测单元，所述智能监测单元包括分压取电模块、可充放电源模块、控制模块和通信模块，所述分压取电模块与输电线路电连接，所述分压取电模块与可充放电源模块电连接，所述分压取电模块和可充放电源模块均与控制模块电连接，所述控制模块与通信模块通信连接，所述数据采集服务平台与通信模块通信连接。

这里的绝缘芯棒可以采用环氧树脂玻璃纤维引拔棒，作为复合绝缘子的骨架，起着支撑伞套、内绝缘、连接两端金具以及承受机械负荷等多重作用，具有很高的抗张强度，一般可达600Mpa以上，是普通钢材的两倍，陶瓷材料的5至8倍，并具有良好的介电性能和耐化学侵蚀性，还有良好的抗弯曲疲劳，抗蠕变和抗冲击性。这里的伞套为硅橡胶伞套，主要起着保护绝缘芯棒芯棒、遮挡雨雪、增大爬电距离和产品外绝缘的作用，是以高分子聚合物硅橡胶为基体，辅以阻燃剂，抗老化剂，偶联剂等填料经高温高压硫化而成，具有良好的憎水性和迁移性，以及良好的耐腐蚀，耐老化，电绝缘等性能。同时该硅橡胶伞套具有很高的污闪电压和耐碎性能，电压分布均匀，与陶瓷伞套相比其在同等条件下闪络电压是陶瓷伞套的2倍以上。这里的绝缘芯棒还可以采用ERC高温耐酸棒，芯绝缘棒与硅橡胶伞套的接触界面涂有特种偶联剂。伞套可采用高温高压下一次性整体成型的伞套，有效延长了产品的使用寿命。

当输电线路出现停电故障时，取电设备无法继续提供系统所需的工作电源，但这个时候需要控制模块将停电故障信息用无线通信方式传送至数据采集服务平台，从而要求智能监测单元在掉电故障发生时能够具备维持工作一段时间，这里的可充放电源模块可以采用超级电容储备电源向控制模块供电，超级电容最突出的优点就是寿命长，可连续使用几十年。

控制模块为现有公知技术，本发明可以采用意法半导体STM32F103系列低功耗芯片，是整个智能绝缘子控制中心，实现中高压架空线路供电状态数据采集，并通过远程GPRS通信方式或NB-IoT物联网通信方式将中高压架空线路供电状态传到远端数据采集服务平台，同时可接收数据采集服务平台的控制命令，修改配置参数，或对软件程序进行远程升级。智能监测单元是智能绝缘子的核心部分，通过远程GPRS通信方式或NB-IOT物联网通信技术将架空线路状态传递给数据采集服务平台。

可根据实际需要，对上述智能绝缘子作进一步优化或/和改进：

如附图1、2、3所示，所述分压取电模块上电连接有高压引线，所述高压引线与输电线路电连接在一起；或/和，所述分压取电模块包括电容分压器、变压整流单元和电源变换单元，所述电容分压器包括一个取能电容和至少一个与取能电容串联的分压电容,相邻的分压电容依序串联在一起，所述分压电容的输出端接地，所述变压整流单元与取能电容电连接，变压整流单元与电源变换单元电连接。

如附图1、2、3所示，智能监测单元还包括硬件加密模块，所述硬件加密模块与控制模块电连接。

在本发明中因并存多种通信方式，采用明文报文传输的通信方式极易导致系统受到各种网络攻击的风险；加之各智能绝缘子的安装位置分布广，地点分散，形成了设备数量多、运行环境恶劣等特点，在部分地区存在搭接、伪造等接入电力信息网的安全风险。为了保证电网信息传输安全，采用加密措施进行数据安全防护，本发明采用专用芯片和安全协议规范来实现安全防护。这里的硬件加密模块为现有公知技术，本发明的硬件加密模块可以采用NRSEC3000加密芯片，该芯片实现了国家商用密码产品所需的SM2和SM1算法专用加密模块、DES/3DES加密模块和RSA公钥算法引擎，具备防止暴力破解、密码猜测、数据恢复等功能。而软件加密则是通过产品内置的加密软件实现对存储文件、交互信息等信息的加密功能。NRSEC3000采用32位嵌入式RISC架构的CPU，特点是低功耗、高性能、高代码密度，具有独立的存储器保护单元（MPU）和存储器加密单元（MEU），与CPU通过SPI高速总线进行数据交互。

如附图1、2所示，还包括套装在绝缘芯棒上部外侧呈圆柱状的均压球，所述均压球的上部设有凹槽，在绝缘芯棒上设有能与凹槽顶部卡扣在一起的压板。本发明的均压球以及底座均为金属件，均压球和底座均采用柱体结构，方便安装。这里在均压球上部设置凹槽，方便将多余的高压引线通过压板压接在凹槽内部。

如附图1、2所示，所述底座的底部设有螺纹孔，所述底座通过螺栓固定安装在电线杆支架上。本发明的连接金具均采用特种钢材制造，密封性好，有效解决了界面电气击穿的问题，保证了底座的可靠性与稳定性。

实施例2：如图1、2所示，一种上述智能绝缘子的使用方法，包括以下步骤：

第一步，将多个智能绝缘子间隔固定安装的电线杆支架上并与各智能绝缘子所对应位置的输电线路电连接，之后进入第二步；

第二步，分压取电模块通过高压引线从其所在位置的输电线路上获取电能，若分压取电模块所在位置的输电线路通电，之后进入第三步；若分压取电模块所在位置的输电线路断电，则进入第四步；

第三步，分压取电模块同时向可充放电源模块和控制模块供电，可充放电源模块存储电能，之后进入第四步；

第四步，可充放电源模块向控制模块提供电能，控制模块获取输电线路的供电状态信息数据并通过通信模块将输电线路的供电信息数据传送至数据采集服务平台，之后进入第五步；

第五步，数据采集服务平台将智能绝缘子所采集的供电信息数据进行数据解析和安全认证，对通过安全校验后的有效供电信息数据进行数据储存并进行数据清洗和分析服务，之后进入第六步；

第六步，将经过数据清洗和分析服务的有效供电信息数据进行过滤和重新分组，之后进入第七步；

第七步，数据采集服务平台依据配电网的线路结构、运行方式所建立的数据模型进行拓扑分析，对故障进行判断并查找相对应的故障点，工作人员修复故障并恢复供电，结束。

在智能绝缘子的智能监测单元监测到绝缘子安装位置停电时，由智能绝缘子的通信模块通过移动通信技术（GPRS/NB-IOT通信方式）将采集的输电线路状态信息数据传送至系统的数据采集服务平台，数据采集服务平台负责与控制模块进行通信，数据采集服务平台会将智能绝缘子所采集的数据进行数据解析和安全认证，对通过安全校验后的有效数据进行数据储存并将有效数据交由数据清洗和分析服务，再由系统应用层进行数据的过滤和重新分组，再依据配电网线路结构、运行方式所建立的数据模型进行拓扑分析，这里采用了Dijkstra算法与电力数据模型相结合的最优路径算法，从而准确、快速的进行故障点的查找和故障判断。本发明实现了快速、准确定位故障点，高效可靠且低成本；有效解决了现有的查找故障的落后做法，提高电网供电可靠性，提高配网整体的供电能力，减少运行维护费用和各种损耗，以帮助调度员准确确定故障位置，隔离故障区域，尽快恢复非故障区域的供电，将故障损失降到最低，有效地提高供电可靠性和经济效益。

如附图1、2、3所示，在第四步中，所述控制模块获取输电线路的供电状态信息数据并通过通信模块将输电线路的供电信息数据传送至数据采集服务平台时，还设有数据传输加密过程，所述数据传输加密过程包括以下步骤：

第一步，在控制模块与数据采集服务平台之间建立通信连接，之后进入第二步；

第二步，使用硬件加密模块将待传输的供电信息数据进行加密处理，即对硬件加密模块中的加密算法建立密钥协商，若成功，则进入第三步，若失败，则退出；

第三步，实现加密通信传输供电信息数据至数据采集服务平台，并判断供电信息数据加密传输是否出错，之后进入第四步；

第四步，若数据采集服务平台得到电信息数据出错，则退出；若数据采集服务平台得到的供电信息数据没有出错，则进入第五步；

第五步，判断是否继续传输供电信息数据，若继续传输供电信息数据，则进入第三步；若供电信息数据传输完毕，则退出。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (10)

1.一种智能绝缘子，其特征在于包括输电线路、绝缘子、电线杆支架和数据采集服务平台，所述绝缘子包括绝缘芯棒、包覆在绝缘芯棒外侧的伞套和底座，所述底座的上部固定安装在伞套上，底座的底部固定安装在电线杆支架上，在底座内部固定安装有智能监测单元，所述智能监测单元包括分压取电模块、可充放电源模块、控制模块和通信模块，所述分压取电模块与输电线路电连接，所述分压取电模块与可充放电源模块电连接，所述分压取电模块和可充放电源模块均与控制模块电连接，所述控制模块与通信模块通信连接，所述数据采集服务平台与通信模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的智能绝缘子，其特征在于所述分压取电模块上电连接有高压引线，所述高压引线与输电线路电连接在一起；或/和，所述分压取电模块包括电容分压器、变压整流单元和电源变换单元，所述电容分压器包括一个取能电容和至少一个与取能电容串联的分压电容,相邻的分压电容依序串联在一起，所述分压电容的输出端接地，所述变压整流单元与取能电容电连接，变压整流单元与电源变换单元电连接。

3.根据权利要求1或2所述的智能绝缘子，其特征在于智能监测单元还包括硬件加密模块，所述硬件加密模块与控制模块电连接。

4.根据权利要求1或2所述的智能绝缘子，其特征在于还包括套装在绝缘芯棒上部外侧呈圆柱状的均压球，所述均压球的上部设有凹槽，在绝缘芯棒上设有能与凹槽顶部卡扣在一起的压板。

5.根据权利要求3所述的智能绝缘子，其特征在于还包括套装在绝缘芯棒上部外侧呈圆柱状的均压球，所述均压球的上部设有凹槽，在绝缘芯棒上设有能与凹槽顶部卡扣在一起的压板。

6.根据权利要求1或2或5所述的智能绝缘子，其特征在于所述底座的底部设有螺纹孔，所述底座通过螺栓固定安装在电线杆支架上。

7.根据权利要求3所述的智能绝缘子，其特征在于所述底座的底部设有螺纹孔，所述底座通过螺栓固定安装在电线杆支架上。

8.根据权利要求4所述的智能绝缘子，其特征在于所述底座的底部设有螺纹孔，所述底座通过螺栓固定安装在电线杆支架上。

9.一种权利要求2至8中任一项所述的智能绝缘子的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，将多个智能绝缘子间隔固定安装在电线杆支架上并与各智能绝缘子所对应位置的输电线路电连接，之后进入第二步；

第二步，分压取电模块通过高压引线从其所在位置的输电线路上获取电能，若分压取电模块所在位置的输电线路通电，之后进入第三步；若分压取电模块所在位置的输电线路断电，则进入第四步；

第三步，分压取电模块同时向可充放电源模块和控制模块供电，可充放电源模块存储电能，之后进入第四步；

第四步，可充放电源模块向控制模块提供电能，控制模块获取输电线路的供电状态信息数据并通过通信模块将输电线路的供电信息数据传送至数据采集服务平台，之后进入第五步；

第五步，数据采集服务平台将智能绝缘子所采集的供电信息数据进行数据解析和安全认证，对通过安全校验后的有效供电信息数据进行数据储存并进行数据清洗和分析服务，之后进入第六步；

第六步，将经过数据清洗和分析服务的有效供电信息数据进行过滤和重新分组，之后进入第七步；

第七步，数据采集服务平台依据配电网的线路结构、运行方式所建立的数据模型进行拓扑分析，对故障进行判断并查找相对应的故障点，工作人员修复故障并恢复供电，结束。

10.根据权利要求9所述的智能绝缘子的使用方法，其特征在于在第四步中，所述控制模块获取输电线路的供电状态信息数据并通过通信模块将输电线路的供电信息数据传送至数据采集服务平台时，还设有数据传输加密过程，所述数据传输加密过程包括以下步骤：

第一步，在控制模块与数据采集服务平台之间建立通信连接，之后进入第二步；

第二步，使用硬件加密模块将待传输的供电信息数据进行加密处理，即对硬件加密模块中的加密算法建立密钥协商，若成功，则进入第三步，若失败，则退出；

第三步，实现加密通信传输供电信息数据至数据采集服务平台，并判断供电信息数据加密传输是否出错，之后进入第四步；

第四步，若数据采集服务平台得到电信息数据出错，则退出；若数据采集服务平台得到的供电信息数据没有出错，则进入第五步；

第五步，判断是否继续传输供电信息数据，若继续传输供电信息数据，则进入第三步；若供电信息数据传输完毕，则退出。