CN108398617A - 一种超高压带电体故障的检测与传输装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高压带电体故障的检测与传输装置，其中，电源模块利用太阳能分别给主控模块、检测模块和无线通讯模块供电；检测模块用于检测超高压带电体温度参数，将测得的温度参数发送至主控模块，主控模块根据温度参数结合导线温度变化率来判断超高压带电体的故障类型和故障位置，主控模块将检测的结果通过无线通讯模块传送到计算机终端进行报警并断开超高压带电体；电源模块包括光伏组件、防止过充电路、防止反向充电路、稳压电路，光伏组件将光能转化成电能后依次通过防止过充电路、防止反向充电路和稳压电路后输出。本发明还提供了一种超高压带电体故障检测方法。本发明不仅节能，而且检测的更加全面和准确。

Description

一种超高压带电体故障的检测与传输装置及检测方法
技术领域
本发明属于电力设备检测领域，涉及一种超高压带电体故障的检测与传输装置及方法。
背景技术
随着电力系统的容量、机组、高电压等级的不断增大，就要求有越来越高的供电可靠性。高压电线是电力系统中及其重要的一种电力传输电气设备，是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置。高压电线之间出现过载或故障，会造成温度升高、局部过热情况，影响远距离输电以及降低输送容量。若发生严重故障将导致的短路、停电等事故，会影响电网络系统的供电可靠性和安全稳定运行，会造成极大的负面影响以及巨大的经济损失。因此，及时检测高压电线性能是否良好、安全可靠运行是非常有必要的。
由于监测的是高压电线，所以能够保证超高压带电体温度的检测与传输装置的供电也是一大难题，解决装置供电使其能够正常运行关重要。最后，将故障预测理论应用到监测系统中，有效地预测温度变化，在温度达到上限值前事先预警，有助于避免电力事故，利于工作人员掌握温度变化趋势以及故障类型，消除安全隐患，也为高压带电设备的状态检修评价工作提供相关依据。目前也有一些高压电线的监测装置，但是这些监测装置均需要外接电源，使用起来并不方便，而且容易出现故障，影响监测结果。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种使用光伏电池作为电源，能够实时监测超高压带电体温度变化，而且能够及时准确获知超高压带电体的温度并及时判断故障类型，实现远程无线传输到计算机终端及时根据故障类型做出相应的保护措施的超高压带电体故障的检测与传输装置。
发明内容：为解决上述技术问题，本发明提出一种超高压带电体故障的检测与传输装置，包括主控模块、电源模块、检测模块、无线通讯模块以及计算机终端；所述电源模块利用太阳能分别给主控模块、检测模块和无线通讯模块供电；所述检测模块用于检测超高压带电体温度参数，将测得的温度参数发送至所述主控模块，所述主控模块根据温度参数结合导线温度变化率来判断超高压带电体的故障类型和故障位置，所述主控模块将检测的结果通过所述无线通讯模块传送到计算机终端进行报警并断开超高压带电体；所述电源模块包括光伏组件、防止过充电路、防止反向充电路、稳压电路，所述光伏组件将光能转化成电能后依次通过防止过充电路、防止反向充电路和稳压电路后输出。
为了能够更好的将光能转化成有效的电能并产生稳定的电压，所述防止过充电路包括第一电阻、第二电阻、IGBT、双向稳压二极管和锂电池，所述IGBT的发射极分别与第一电阻的一端、双向稳压二极管的一端、锂电池的正极和防止反向充电电路连接，IGBT的集电极分别与光伏组件和防止反向充电电路连接，IGBT的栅极分别与双向稳压二极管的另一端、第一电阻的另一端和第二电阻的一端链接，第二电阻的另一端分别与光伏组件和锂电池的负极连接；所述防止反向充电路包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的正极分别与锂电池的正极、第一电阻的一端和IGBT的发射极连接，第一二极管的负极分别与第二二极管的负极和稳压电路连接；所述第二二极管的正极分别与光伏组件和IGBT的集电极连接。
为了能够有效的避免一系列复杂的电压转换过程去实现该装置的供电，节约了一定的电能，节约成本，同时使用电更加便捷。所述稳压电路包括三端稳压器、第一电容、第二电容和第三电容，三端稳压器的第一端口分别与第一电容的一端、第二电容的一端和防止反向充电路连接，三端稳压器的第二端口分别与第三电容的一端和输出端的正极连接，三端稳压器的第三端口分别与第一电容的另一端、第二电容的另一端、第三电容的另一端和输出端的负极连接。
所述主控模块为STC51单片机。STC系列单片机是深圳宏晶公司生产的单片机产品。STC51单片机是一种把处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口等功能集成到一块芯片上的小而完善的计算机系统。拥有60K ROM、1K RAM、5个定时器有、10位A/D、硬件PWM、一个全双工串行I/O口等比较强悍的功能。兼容单片机具有了高速、高效工作的特性，控制性能好、可靠性高，可对I/O端口直接操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响。保密性能强悍,很难被破解，而且单片机时钟有防外部电磁辐射功能。在体积小、价格低、易于产品化的同时，当工作在同样的工作频率时，其速度是普通51单片机的8～12倍。更加适用于高压带电体的检测。
所述检测模块包括温度传感器，所述温度传感器将检测到的温度数据转化成电压值发送到主控模块中。
所述无线通讯模块采用型号为NRF24L01的无线射频芯片，所述无线通讯模块通过串行外设接口与所述主控模块连接，无线通讯模块在2.4GHz～2.5GHz全球开放SIM频段内工作，调制方式采用GFSK。这样不仅有较高的传输速率，同时通信还采用专用的数据通道，并搭载有调频技术和数据加密，可以使信号之间的干扰降低，并且能够实现较远距离的传输，保证数据的稳定性传输，从而使整个电网络可靠运行。
本发明还提供了一种基于上述超高压带电体故障的检测与传输装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤1：在每个主控模块中设置超高压带电导线不同故障时的温度变化率曲线；
步骤2：将多个超高压带电体温度的检测与传输装置均匀设置在每根超高压带电导线上；每个超高压带电体温度的检测与传输装置均有对应的编号
步骤3：每个超高压带电体温度的检测与传输装置中的检测检测模块将检测结果传输给对应的主控模块；每个主控模块根据接收到的数据计算出温度变化率，再结合预设的超高压带电导线不同故障时的温度变化率曲线判断故障类型；
步骤4：每个主控模块将步骤3的判断结果，通过对应的无线通讯模块发送到计算机终端。
为了能够准确的找到故障的类型，所述步骤1中设置的超高压带电导线不同故障时的温度变化率曲线包括额定负载时高压带电体的温升曲线；过载运行时的温度曲线；两相短路温度曲线和三相短路温升曲线。
进一步，每根超高压带电导线上均匀设置有三个断路器，在每两个断路器之间均匀设置3个超高压带电体温度的检测与传输装置。由于每根超高压导线设置有三个断路器，因此保护线路分为三段式，为了保证数据的准确每段超高压导线上配有三组超高压带电体温度的检测与传输装置，每个装置有不同的编号。当每段中有两组以上数据超过正常范围时，远程切断相应的断路器。这样不仅能够准确的找到出故障的位置，及时切断线路，而且检测到的数据更加准确。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：1、可以实时监测超高压带电体温度，能够通过温度变化迅速判断故障类型的同时，做出相应的报警信号严重时并动作切除导线，及时保护超高压带电体，避免了损失以及危害的扩大，相较于超高压带电体的保护更加灵敏与准确，更大的提升了超高压带电体的保护程度；2、对多段超高压带电体温度信号进行检测，每段设置三个检测装置，结合无线通讯模块将信息传送到计算机终端进行报警以及切断故障源。全方位，更加准确迅速的保护了超高压带电体，提升了超高压带电体总体的使用寿命，并大大地减少了事故的发生率；3、通过对温度的检测，实时计算温度变化率，当温度以及温度变化率超过正常范围时，及时预测出故障类型，作出准确的预防措施，及时预防了故障的发生，某种程度上降低了故障的发生率；4、采用光伏电池作为检测系统的电源，有光照时，将太阳能转化成电能，完成基本运行的同时，将多余的电能储存在锂电池中，供其他时间段使用，不仅节能，还解决了检测系统最基本的供电问题。
附图说明
图1是本发明的工作原理结构框图；
图2主控模块电路原理图；
图3电源模块结构示意图；
图4无线通讯模块电路图；
图5温度变化率预测故障类型图；
图6单电源Ⅲ段式温度保护示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步解释。
如图1所示，本发明提供的超高压带电体故障的检测与传输装置包括主控模块、电源模块、检测模块、无线通讯模块以及计算机终端；其中，电源模块利用太阳能分别给主控模块、检测模块和无线通讯模块供电；检测模块用于检测超高压带电体温度参数，将测得的温度参数发送至主控模块，主控模块根据温度参数结合导线温度变化率来判断超高压带电体的故障类型和故障位置，主控模块将检测的结果通过所述无线通讯模块传送到计算机终端进行报警并断开超高压带电体。
如图2所示，主控模块为STC51单片机，有一个全双工的串行口P3.0、P3.1，分别对应RXD(数据接收)、TXD(数据发送)功能，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送，由P2.0实现RELAY功能。检测模块测得温度数据传送到STC51单片机的P1.0，经过单片内部快速A/D转换计算出相应的温度，与此同时，并能够定时计算出温度变化率，通过连接无线通讯模块将所有的数据传送到计算机终端。
如图3所示，电源模块为高性能太阳能电池组的光伏电池，包括防止过充电路、防止反向充电路和稳压电路；其中，防止过充电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、双向稳压二极管VD3和IGBT(T1)，IGBT(T1)的发射极分别与第一电阻R1的一端、双向稳压二极管VD3的一端、锂电池的正极和防止反向充电电路连接，IGBT的集电极分别与光伏组件和防止反向充电电路连接，IGBT的栅极分别与双向稳压二极管VD3的另一端、第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的一端链接，第二电阻R2的另一端分别与光伏组件和锂电池的负极连接。双向稳压二极管VD3为驱动输入电路，用于驱动IGBT正常工作，同时保护IGBT的栅极。防止反向充电路包括第一二极管VD1和第二二极管VD2，第一二极管VD1的正极分别与锂电池的正极、第一电阻R1的一端和IGBT的发射极连接，第一二极管VD1的负极分别与第二二极管VD2的负极和稳压电路连接；所述第二二极管VD2的正极分别与光伏组件和IGBT的集电极连接。稳压电路包括第一电容C1，第二电容C2、第三电容C3和三端稳压器7812，三端稳压器7812的第一端口分别与第一电容C1的一端、第二电容C2的一端和防止反向充电路连接，三端稳压器7812的第二端口分别与第三电容C3的一端和输出端的正极连接，三端稳压器7812的第三端口分别与第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端和输出端的负极连接，其中，利用第二电容C2和第三电容C3用来实现频率补偿，抑制稳压器产生的高频干扰。电源模块通过防止过充电路防止电流过充问题，再利用VD1、VD2为防止反向充电，然后经过二端稳压器7812输出12V恒压。晴天时，太阳能电池板直接常经三端稳压器输出12V电压；常负载时，锂电池处于浮充状态，储备充足的电能；在晚上或者阴雨天使用锂电池供电。解决超高压带电体温度与检测装置的供电问题，避免了一系列复杂的电压转换过程去实现该装置的供电，并且节约了一定的电能，节约成本，而且用电更加便捷。
检测模块利用温度传感器进行检测，将检测到的电压值传入STC51单片机模数转化管脚，利用STC51单片机内部A/D转换功能将检测的电压值转化为温度值，并实时存储数据。
如图4所示，无线通讯模块，采用体积小、功耗低的无线射频芯片，型号为NRF24L01。NRF24L01芯片通过SPI(串行外设接口)与STC51单片机进行通讯，具体连接管脚如图2和图4所示。STC51通过SPI总线与NRF24L01进行通信。P0.2管脚对应SPI_SCK，P0.3管脚对应SPI_MISO，P0.4管脚对应SPI_MOSI，P0.5接NRF24L01中断输出脚。当NRF24L01芯片接收或发送一个数据报完成后，可配置微处理器进行中断。NRF24L01芯片可以在2.4GHz～2.5GHz全球开放SIM频段内工作，调制方式采用GFSK，有较高的传输速率。通讯频道较多，有125个，能够实现多点通信。同时，通信还采用专用的数据通道，并搭载有调频技术和数据加密，可以使信号之间的干扰降低，并且能够实现较远距离的传输，保证数据的稳定性传输，从而使整个电网络可靠运行。
本发明提供的一种超高压带电体故障的检测与传输的检测方法，包括以下步骤：
步骤1：在每个主控模块中设置超高压带电导线不同故障时的温度变化率曲线；如图5所示，导线的温度变化率情况分为四种：额定负载、过载、两相短路、三相短路。T0为环境温度，TN为额定负载时温度；曲线1为额定负载时高压带电体的温升曲线；曲线2为过载运行时的温度曲线；曲线3为两相短路温度曲线；曲线4为三相短路温升曲线。
步骤2：将多个超高压带电体温度的检测与传输装置均匀设置在每根超高压带电导线上。如图6所示，在本实施例中，每根超高压导线上均匀设置三个断路器，在每两个断路器之间分别安装三组超高压带电体温度的检测与传输装置，用于检测超高压带电体的温度。通过每个装置检测情况，推测出整段线路的具体超负荷或者故障点。
步骤3：每个超高压带电体温度的检测与传输装置中的检测检测模块将检测结果传输给对应的主控模块；每个主控模块根据接收到的数据计算出温度变化率，再结合预设的超高压带电导线不同故障时的温度变化率曲线判断故障类型；
步骤4：每个主控模块将步骤3的判断结果，通过对应的无线通讯模块发送到计算机终端。由于每个超高压带电体温度的检测与传输装置有相应的编号，根据每个超高压带电体温度的检测与传输装置的检测结果，逐一排除是否有故障。若有故障，最终通过计算机终端判断出故障发生在具体线路三段中的哪一段，通过计算机终端远程自动切断相应段的断路器，从而能够及时准确切断故障源。
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 (9)

1.一种超高压带电体故障的检测与传输装置，其特征在于：包括主控模块、电源模块、检测模块、无线通讯模块以及计算机终端；所述电源模块利用太阳能分别给主控模块、检测模块和无线通讯模块供电；所述检测模块用于检测超高压带电体温度参数，将测得的温度参数发送至所述主控模块，所述主控模块根据温度参数结合导线温度变化率来判断超高压带电体的故障类型和故障位置，所述主控模块将检测的结果通过所述无线通讯模块传送到计算机终端进行报警并断开超高压带电体；所述电源模块包括光伏组件、防止过充电路、防止反向充电路、稳压电路，所述光伏组件将光能转化成电能后依次通过防止过充电路、防止反向充电路和稳压电路后输出。
2.根据权利要求1所述的超高压带电体故障的检测与传输装置，其特征在于：所述防止过充电路包括第一电阻、第二电阻、IGBT、双向稳压二极管和锂电池，所述IGBT的发射极分别与第一电阻的一端、双向稳压二极管的一端、锂电池的正极和防止反向充电电路连接，IGBT的集电极分别与光伏组件和防止反向充电电路连接，IGBT的栅极分别与双向稳压二极管的另一端、第一电阻的另一端和第二电阻的一端链接，第二电阻的另一端分别与光伏组件和锂电池的负极连接；所述防止反向充电路包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的正极分别与锂电池的正极、第一电阻的一端和IGBT的发射极连接，第一二极管的负极分别与第二二极管的负极和稳压电路连接；所述第二二极管的正极分别与光伏组件和IGBT的集电极连接。
3.根据权利要求1所述的超高压带电体故障的检测与传输装置，其特征在于：所述稳压电路包括三端稳压器、第一电容、第二电容和第三电容，三端稳压器的第一端口分别与第一电容的一端、第二电容的一端和防止反向充电路连接，三端稳压器的第二端口分别与第三电容的一端和输出端的正极连接，三端稳压器的第三端口分别与第一电容的另一端、第二电容的另一端、第三电容的另一端和输出端的负极连接。
4.根据权利要求1所述的超高压带电体故障的检测与传输装置，其特征在于：所述主控模块为STC51单片机。
5.根据权利要求1所述的超高压带电体故障的检测与传输装置，其特征在于：所述检测模块包括温度传感器，所述温度传感器将检测到的温度数据转化成电压值发送到主控模块中。
6.根据权利要求1所述的超高压带电体故障的检测与传输装置，其特征在于：所述无线通讯模块采用型号为NRF24L01的无线射频芯片，所述无线通讯模块通过串行外设接口与所述主控模块连接，无线通讯模块在2.4GHz～2.5GHz全球开放SIM频段内工作，调制方式采用GFSK。
7.一种基于权利要求1所述的超高压带电体故障的检测与传输装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在每个主控模块中设置超高压带电导线不同故障时的温度变化率曲线；
步骤2：将多个超高压带电体温度的检测与传输装置均匀设置在每根超高压带电导线上，每个超高压带电体温度的检测与传输装置均有对应的编号；
步骤3：每个超高压带电体温度的检测与传输装置中的检测检测模块将检测结果传输给对应的主控模块；每个主控模块根据接收到的数据计算出温度变化率，再结合预设的超高压带电导线不同故障时的温度变化率曲线判断故障类型；
步骤4：每个主控模块将步骤3的判断结果，通过对应的无线通讯模块发送到计算机终端。
8.根据权利要求7所述的超高压带电体故障检测方法，其特征在于：所述步骤1中设置的超高压带电导线不同故障时的温度变化率曲线包括额定负载时高压带电体的温升曲线；过载运行时的温度曲线；两相短路温度曲线和三相短路温升曲线。
9.根据权利要求7所述的超高压带电体故障检测方法，其特征在于：每根超高压带电导线上均匀设置有三个断路器，在每两个断路器之间均匀设置3个超高压带电体温度的检测与传输装置。
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