CN107817380A - 基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置 - Google Patents

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罗攀
李长庆
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王伟
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Abstract

本发明公开了基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，主要包括：实时采样模块，与实时采样模块输出端连接的信号放大模块，信号放大模块的输出端和信号滤波模块的输入端连接，信号滤波模块的输出端与A/D转换模块的输入端连接，A/D转换模块的输出端通过无线Zigbee模块与控制核心模块的输入端进行通信，与控制核心模块的输入端连接的还有电源模块，控制核心模块的输出端连接液晶显示模块，同时通过GPRS无线传输模块与远程监控中心进行通信。本发明可以解决远程在线监测氧化性避雷器的安全情况，既可以减轻工作强度，又可以降低工作人员带电作业人身安全；同时可以提前预防氧化锌避雷器的安全系数，有效提升电网安全。

Description

基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置
技术领域
本发明涉及避雷器在线监测技术领域，具体地，涉及基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置。
背景技术
低电压等级输电线路因为等级较低，并多架设在山区、沟壑地带，易因落雷而引发变电站以及电厂电气设备的雷击灾害。近几年，在国内电网多个地区普遍开始在输电线路上安装氧化锌避雷器。氧化锌避雷器是电力系统中保证安全运行的重要设备，其本身运行状况的好坏将直接影响到电力系统的安全。
金属氧化物避雷器由于其无间隙、无续流和流通容量大等优点在变电站中广泛应用。而避雷器在运行电压作用下会有泄漏电流流过，产生的热量会使电阻片的温度升高，在这种情况下长期工作会使避雷器的电阻片老化；而由于环境条件的影响，避雷器的电阻片会受潮及劣化，一旦系统中出现过电压，避雷器可能热崩溃，甚至爆炸，避雷器随之失去保护作用，因此需要对避雷器的运行状况进行不间断地在线监测，以确保避雷器的安全运行。
早期，对于避雷器的检修一般通过停电预防性试验、带电测试等方式，但是都有一些问题，如停电试验加在避雷器阀片两侧的电压与避雷器正常工作时所承受的电压、环境是不同，这是测得的数据不能准确反映避雷器的工作状况；又如停电试验、带电测试的周期较长，避雷器的性能变化是一个逐渐的过程，达到一定程度后其劣化速度将更加显著加快，同时带电测试工作量大，对于工作人员存在很大风险。维修的经济性和设备基础保养考虑不够，也容易造成维修过剩或者不足。因此，对氧化锌避雷器的在线监测技术急需得到发展。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，以实现远程在线监测氧化性避雷器的安全情况，减轻工作强度，降低工作人员带电作业人身安全，同时可以提前预防氧化锌避雷器的安全系数，有效提升电网安全的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，主要包括：实时采样模块，与实时采样模块输出端连接的信号放大模块，信号放大模块的输出端和信号滤波模块的输入端连接，信号滤波模块的输出端与A/D转换模块的输入端连接，A/D转换模块的输出端通过无线Zigbee模块与控制核心模块的输入端进行通信，与控制核心模块的输入端连接的还有电源模块，控制核心模块的输出端连接液晶显示模块，同时通过GPRS无线传输模块与远程监控中心进行通信。
进一步地，所述实时采样模块包括雷击计数器模块、泄漏电流采集模块和PT电压采集模块。
进一步地，所述泄漏电流集采模块采用零磁通电流传感器ZMPT101B型穿芯式微电流有源传感器。
进一步地，所述零磁通电流传感器可以准确测量100微安到4.5毫安的泄漏电流，以实现信号的线性放大；
所述零磁通电流传感器外部还增加有金属屏蔽罩，主要避免引起低频磁场干扰。
进一步地，所述PT电压采集模块采用电流型电压互感器TV。
进一步地，所述信号放大模块选用高性能的运算放大器OP07，放大器内部含运放U9A和运放U9B组成两级放大电路，能够有效对信号进行放大。
进一步地，所述信号滤波模块采用有源巴特沃斯低通滤波电路，滤波电路能够对采集现场存在的高频过滤。
进一步地，所述A/D转换模块主要实现模数信号转换，A/D转换模块采用ADC0808芯片，所述芯片可以实现多路信号的同步采集，转换精度高，速度快。
进一步地，所述电源模块采用太阳能电池加蓄电池供电的方式；太阳能电池板和蓄电池都接入太阳能电池控制器，当太阳能电池板的电压满足供电电压要求时，太阳能电池控制器将对负载供电，同时对蓄电池充电；当太阳能电池板的电压不满足供电电压要求时，太阳能电池控制器将切换至蓄电池供电。
进一步地，所述Zigbee无线通讯模块实现近距离无线传输；具有免布线，传输速度快，受外界干扰小的优点。
本发明的有益技术效果：
本发明的基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，通过采集模块对避雷器泄漏电流，PT电压以及雷击次数的信号集，采集的信号经过信号放大电路进行放大输出，再经信号滤波模块进行滤波通过A/D转换模块进行转换，转换后的信号通过Zigbee无线传输给控制核心模块，经过控制核心模块的分析处理，将最终的结果通过液晶显示模块显示，同时通过GPRS无线传输模块将检测结果传达给远程监控中心，工作人员在监控中心根据检测结果及时采取措施，保障氧化锌避雷器的正常运作，从而保证电网安全。本装置可以解决远程在线监测氧化性避雷器的安全情况，既可以减轻工作强度，又可以降低工作人员带电作业人身安全。同时可以提前预防氧化锌避雷器的安全系数，有效提升电网安全。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
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为本发明所述基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置的结构示意图；
图2为本发明所述基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置的电流取样电路图；
图3为本发明所述基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置的电压取样电路图；
图4为本发明所述基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置的信号放大电路图；
图5为本发明所述基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置的A/D转换电路图。
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。
具体地，
如图1所示，基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，主要包括：实时采样模块，与实时采样模块输出端连接的信号放大模块，信号放大模块的输出端和信号滤波模块的输入端连接，信号滤波模块的输出端与A/D转换模块的输入端连接，A/D转换模块的输出端通过无线Zigbee模块与控制核心模块的输入端进行通信，与控制核心模块的输入端连接的还有电源模块，控制核心模块的输出端连接液晶显示模块，同时通过GPRS无线传输模块与远程监控中心进行通信。
实时采样模块包括雷击计数器模块、泄漏电流采集模块和PT电压采集模块。
泄漏电流集采模块采用零磁通电流传感器ZMPT101B型穿芯式微电流有源传感器。零磁通电流传感器可以准确测量100微安到4.5毫安的泄漏电流，以实现信号的线性放大；所述零磁通电流传感器外部还增加有金属屏蔽罩，主要避免引起低频磁场干扰。
图2为泄漏电流采集模块的泄漏电流采样电路，采用了ZMPT101B型号的精密电流互感器，额定电流2mA，变比为1:1，角差小于20分，精密等级达到0.2级。氧化锌避雷器泄漏电流流过原边，副边通过100Ω取样电阻转换成电压信号，从而完成电流信号的获取。
PT电压采集模块采用电流型电压互感器TV。
图3为PT电压采集模块的电压取样电路。从PT二次侧接线得来的是低电压交流电压信号，并不适合后续的比较和采集，本发明采用电流型电压互感器TV，经过处理可以得到额定的输出电压。
图4为信号放大模块的信号放大电路，采用高性能的运算放大器OP07，内部含有运放U9A和运放I9B组成两级放大电路，U9A起放大作用，为反向放大器，输入与输出电压极性相反。反向输入端为虚地，电位近似为0V，如果运放输入偏置电流为0，输入电流Iin经反馈电阻R3而产生电压降就是输出电压，即输出电压U1为：U1＝-Iin×R3。
信号滤波模块采用有源巴特沃斯低通滤波电路，滤波电路能够对采集现场存在的高频过滤。
图5为本A/D转换电路。本发明采用的ADC0808是一种较为常用的8路模拟量输入，8位数字量输出的逐次比较式ADC芯片，可以实现多路信号的同步采集，转换精度高，速度快。该电路主要功能是读取电流，电压接信号的值。当接收到信号值时，就会及时采集数据并通过ADC0808N将传感器采集并发出的模拟信号转换成8位的数字信号。然后将数字信号传输给Zigbee无线通讯通信模块。
电源模块采用太阳能电池加蓄电池供电的方式；太阳能电池板和蓄电池都接入太阳能电池控制器，当太阳能电池板的电压满足供电电压要求时，太阳能电池控制器将对负载供电，同时对蓄电池充电；当太阳能电池板的电压不满足供电电压要求时，太阳能电池控制器将切换至蓄电池供电。
Zigbee无线通讯模块实现近距离无线传输；具有免布线，传输速度快，受外界干扰小的优点。
至少可以达到以下有益效果：
本发明的基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，通过采集模块对避雷器泄漏电流，PT电压以及雷击次数的信号集，采集的信号经过信号放大电路进行放大输出，再经信号滤波模块进行滤波通过A/D转换模块进行转换，转换后的信号通过Zigbee无线传输给控制核心模块，经过控制核心模块的分析处理，将最终的结果通过液晶显示模块显示，同时通过GPRS无线传输模块将检测结果传达给远程监控中心，工作人员在监控中心根据检测结果及时采取措施，保障氧化锌避雷器的正常运作，从而保证电网安全。本装置可以解决远程在线监测氧化性避雷器的安全情况，既可以减轻工作强度，又可以降低工作人员带电作业人身安全。同时可以提前预防氧化锌避雷器的安全系数，有效提升电网安全。
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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于，主要包括：实时采样模块，与实时采样模块输出端连接的信号放大模块，信号放大模块的输出端和信号滤波模块的输入端连接，信号滤波模块的输出端与A/D转换模块的输入端连接，A/D转换模块的输出端通过无线Zigbee模块与控制核心模块的输入端进行通信，与控制核心模块的输入端连接的还有电源模块，控制核心模块的输出端连接液晶显示模块，同时通过GPRS无线传输模块与远程监控中心进行通信。
2.根据权利要求1所述的基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于，所述实时采样模块包括雷击计数器模块、泄漏电流采集模块和PT电压采集模块。
3.根据权利要求2所述的基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于，所述泄漏电流集采模块采用零磁通电流传感器ZMPT101B型穿芯式微电流有源传感器。
4.根据权利要求3所述的基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于，所述零磁通电流传感器可以准确测量100微安到4.5毫安的泄漏电流，以实现信号的线性放大；
所述零磁通电流传感器外部还增加有金属屏蔽罩，主要避免引起低频磁场干扰。
5.根据权利要求2所述的基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于，所述PT电压采集模块采用电流型电压互感器TV。
6.根据权利要求1所述的基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于，所述信号放大模块选用高性能的运算放大器OP07，放大器内部含运放U9A和运放U9B组成两级放大电路，能够有效对信号进行放大。
7.根据权利要求1所述的基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于，所述信号滤波模块采用有源巴特沃斯低通滤波电路，滤波电路能够对采集现场存在的高频过滤。
8.根据权利要求1所述的基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于，所述A/D转换模块主要实现模数信号转换，A/D转换模块采用ADC0808芯片，所述芯片可以实现多路信号的同步采集，转换精度高，速度快。
9.根据权利要求1所述的基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于，所述电源模块采用太阳能电池加蓄电池供电的方式；太阳能电池板和蓄电池都接入太阳能电池控制器，当太阳能电池板的电压满足供电电压要求时，太阳能电池控制器将对负载供电，同时对蓄电池充电；当太阳能电池板的电压不满足供电电压要求时，太阳能电池控制器将切换至蓄电池供电。
10.根据权利要求1所述的基于无线通讯的输电线路氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于，所述Zigbee无线通讯模块实现近距离无线传输；具有免布线，传输速度快，受外界干扰小的优点。
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