CN109115362A - 一种避雷器温度分布在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种避雷器温度分布在线监测装置，包括光纤光栅温度传感器和主控模块；光纤光栅温度传感器连接在避雷器上，采用光纤光栅对避雷器进行分布式温度测量，并将测量数据通过光纤传送至主控模块；主控模块根据测量数据判断避雷器的运行状况。本发明的在线监测装置设计合理，利用光纤光栅为传感器，应用电力电子技术及数字信号处理技术，实现对避雷器分布式温度在线实时监测的功能，及时发现避雷器异常，具有检测温度精度高，抗干扰能力强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及避雷器技术领域，具体涉及一种避雷器温度分布在线监测装置。
背景技术
氧化锌避雷器是发电站、变电站及输电线路用来保护电力系统中各种电气设备免受过电压损坏的电气产品，是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一。氧化锌避雷器的主要作用是吸收雷电过电压、操作过电压等的冲击能量，防止过电压损坏电力设备及用电设备。由于氧化锌避雷器长期承受持续运行电压、冲击电压以及各种外部因素的影响会加速电阻片的老化，绝缘性遭到破坏继而发生阻性电流增加，功耗增大，避雷器严重发热，导致避雷器热崩溃而发生击穿爆炸等事故。为保证避雷器正常运行，及早发现避雷器异常，需要对避雷器阀片温度进行在线监测
目前，一般通过红外测温的方式定期人工对避雷器进行红外测温。该技术方案，测量周期长、检测精度低并且受环境温度或日光照射影响干扰较大，很难及时发现避雷器异常。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、减少人工红外测温工作量，提供一种设计合理、检测精度高、抗干扰能力强的避雷器温度分布在线监测装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种避雷器温度分布在线监测装置，包括光纤光栅温度传感器和主控模块；光纤光栅温度传感器连接在避雷器上，采用光纤光栅对避雷器进行分布式温度测量，并将测量数据通过光纤传送至主控模块；主控模块根据测量数据判断避雷器的运行状况。
作为本发明的一种改进，所述的光纤光栅温度传感器包括宽带光源发射器、光分路器、光纤布拉格光栅和光纤光栅解码器，光纤布拉格光栅分布在避雷器温度场区域，宽带光源发射器发出照射光通过光分路器照射在光纤布拉格光栅上，光分路器的输出端与光纤光栅解码器的输入端连接，光纤光栅解码器的输出端通过光纤与主控模块连接。
作为本发明的一种改进，所述的主控模块包括ARM主控处理器及与其相连接的DSP协处理器、光电转换电路、掉电检测电路、SDRAM存储器、FLASH存储器、人机交互模块、无线通讯模块；光电转换电路通过光纤与光纤光栅温度传感器连接；无线通讯模块与远程的监控中心连接；SDRAM存储器还与一电池连接，该电池与掉电检测电路连接。
进一步地，所述的ARM主控处理器还连接一声光报警器，实现声光报警功能。
进一步地，所述的ARM主控处理器还连接一USB接口，用于外扩大容量存储器。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、采用光纤实现高压部分(光纤光栅温度传感器)和低压部分(主控模块)的完全电气隔离和信号的传输，提高了在线监测装置信号传输的抗干扰能力
2、采用光纤光栅温度传感器对避雷器的实时温度进行分布式采集，采用主控模块分析同组避雷器各相温度横向差异及纵向温度判断避雷器的工作状态是否正常，能够精确、便捷地监测避雷器绝缘状态，将避雷器的隐患故障降到了最低，从而提高了供电可靠性，切实保障了电力设备地安全运行，弥补了人工红外测温工作量周期长、测量精度低的不足。
3、具有无线通讯功能，能够实时与监控中心进行通信实现远程监控功能，能够对氧化物避雷器准确地进行状态评估、故障诊断。
附图说明
图1是本发明在线监测装置的结构框图；
图2是本发明光纤光栅温度传感器的原理框图；
图3是本发明主控模块的原理框图；
图4是本发明在线监测装置的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种避雷器温度分布在线监测装置，包括光纤光栅温度传感器和主控模块，光纤光栅温度传感器连接在避雷器上，采用光纤光栅对避雷器进行分布式温度测量，并将测量数据通过光纤传送至主控模块；主控模块根据测量数据判断避雷器的运行状况。
由于有缺陷的避雷器在运行时的热特征是整个瓷套出现不均匀的发热或瓷套内部有缺陷部位的温度比正常高，光纤光栅温度传感器对避雷器进行测温是针对避雷器本体内阀片运行情况进行检测，能够及时、准确判定避雷器内部故障，弥补了人工红外测温周期长、测量精度低的不足，将避雷器的安全隐患降到了最低，在判定避雷器各阶段内部故障上起到了重要作用。光纤光栅温度传感器将避雷器的温度数据通过光纤传送至低压端的主控模块，利用光纤数字传输系统实现高压部分和低压部分的完全电气隔离和实现信号传输，提高在线监测装置信号传输的抗干扰能力，由于光纤光栅温度传感器测温具有温度探测灵敏度高、响应时间短、抗电磁干扰能力强等优势，可完全满足避雷器温度在线检测的要求。
主控模块为本在线监测装置的核心控制部分，其完成的主要功能有：将光纤光栅温度传感器通过光纤传送过来的光信号经过光电转换电路转换成电信号，解析该电信号，判断避雷器的温度是否正常；根据避雷器状态进行声光报警；记录避雷器运行温度的数值；具有人机界面处理功能，并通过无线通讯模块将避雷器各类数据和避雷器的状态远传到监控中心，还可以接受监控中心的指令实现远程查询功能。
如图2所示，光纤光栅温度传感器包括宽带光源发射器、光分路器、光纤布拉格光栅以及光纤光栅解码器(光纤波长移动解码器)。光纤布拉格光栅分布在避雷器温度场区域，利用光纤芯层材料的光敏特性，通过紫外激光曝光的方法，使一段本来沿光纤轴线均匀分布的光纤纤芯折射率发生周期性永久改变，其纤芯内具有空间相位周期性分布的光栅，光栅反射的波长与温度有优异的线性关系，其反射波长和温度线性拟合的决定系数可达99.99％，通过精确测量光栅反射光的布拉格波长的变化量，就可以获得光栅处所测的温度物理量。光纤布拉格光栅对光源强度波动及外界干扰不敏感，且不带电，抗射频和电磁干扰，防燃、防爆、抗腐蚀、耐高压和电磁场、耐电离辐射，能在高电压环境中安全运行。
首先，宽带光源发射器发出的宽带光通过光分路器射入光纤布拉格光栅时，内部的光栅会对此入射光进行选择性反射，反射一个中心波长与芯层折射率调制相位相匹配的窄带光，此中心波长称之为布拉格波长λ，当避雷器温度发生变化的情况下，光栅栅距发生变化，布拉格波长λ随之发生变化，其反射的窄带光经过光分路器进入光纤光栅解码器解码，精确地计算出反射光的布拉格波长λ的变化量，即可以获得光栅处避雷器各点的温度，随后将避雷器温度数据通过光纤传送至主控模块。光纤布拉格光栅采用波长信号的数字式测量方法，不随光强度、光纤连接和耦合损耗、光源功率因素的影响，能够方便地使用波分复用技术在一根光纤中串接多个布拉格光栅，从而实现了对三相避雷器温度进行分布式测量的功能，三相避雷器共用一个光纤布拉格光栅，消除了单只避雷器测温的误差，不仅降低了成本与空间更提高了避雷器分布式测温的准确度。
如图3所示，主控模块包括ARM主控处理器及与其相连接的DSP协处理器、光电转换电路、掉电检测电路、SDRAM存储器、FLASH存储器、人机交互模块、无线通讯模块、声光报警器和USB接口。ARM主控处理器与DSP协处理器配合实现温度数据分析处理功能；光电转换电路与光纤光栅温度传感器的光纤光栅解码器通过光纤连接，ARM主控处理器与光电转换电路相连接用于接收三相避雷器的温度数据；ARM主控处理器通过图形驱动及键盘接口与人机交互模块相连接实现人机交互功能；ARM主控处理器通过TCP/IP与无线通讯模块相连接并与监控中心完成远程数据交互功能；SDRAM存储器用于存储温度数据，可通过电池供电，该电池与掉电检测电路相连接实现电源切换功能；FLASH存储器用于程序存储及故障信息存储；声光报警器实现声光报警功能；USB接口用于外扩大容量存储器。
光纤光栅温度传感器经过光纤传送来的温度数据通过光电转换电路转换为ARM主控处理器可以识别的电信号，随即ARM主控处理器将该信号按照协议进行解码分析。ARM主控处理器分析避雷器温度数据判断避雷器运行状态，DSP协处理器计算出避雷器温度谱，然后ARM主控处理器将温度数据和温度谱数据存储到SDRAM存储器中，SDRAM存储器配有掉电检测电路，当系统失电瞬间将SDRAM存储器的供电电源切换到电池，保证了数据的非易失性。当避雷器发生故障即温度超限时，ARM主控处理器在发出声光报警的同时还将避雷器故障信息远传至监控中心，并将故障信息存储到FLASH存储器。ARM主控处理器内嵌图形显示驱动程序，可将避雷器温度曲线显示在高分辨率液晶屏上，配合投射式电容触摸屏为用户提供了友好的人际交互界面；ARM主控处理器还内嵌了TCP/IP协议栈，通过网络方便组网与监控中心通信轻松实现远程查询的功能；此外，主控制单元还配有USB接口兼容USB2.0协议可外接大容量存储设备存储避雷器的各项数据信息。
图4为本发明在线监测装置的原理框图，给出了该装置的总体结构和控制流程。三相避雷器共用一个光纤布拉格光栅，可以同时在线监测三相避雷器的运行温度，通过光纤传输至主控模块的光电转换电路转换为电信号，输入至ARM主控处理器，根据各相的温度判断避雷器的运行状态是否正常。
本发明的关键是能够准确及时测量避雷器温度，其通过性能良好的传感器和检测电路快速、准确地获得避雷器分布温度数据，进而通过处理器的运算来判断避雷器状态和存储、上传数据，达到在线监测避雷器的目的。本发明采用光纤光栅温度传感器进行分布式测温，使得对避雷器的状态监测做到了无漏洞，将避雷器的安全隐患降到了最低。主控模块采用功能强大的ARM主控处理器加DSP协处理器的工作运行模式不仅可以快速准确地分析温度数据更实现了计算避雷器温度谱，结合大容量存储器实现了数据的本地存储记录，处理器内嵌TCP/IP协议栈方便组网，可以轻松实现远程访问功能。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种避雷器温度分布在线监测装置，其特征在于：包括光纤光栅温度传感器和主控模块；光纤光栅温度传感器连接在避雷器上，采用光纤光栅对避雷器进行分布式温度测量，并将测量数据通过光纤传送至主控模块；主控模块根据测量数据判断避雷器的运行状况。
2.根据权利要求1所述的一种避雷器温度分布在线监测装置，其特征在于：所述的光纤光栅温度传感器包括宽带光源发射器、光分路器、光纤布拉格光栅和光纤光栅解码器，光纤布拉格光栅分布在避雷器温度场区域，宽带光源发射器发出照射光通过光分路器照射在光纤布拉格光栅上，光分路器的输出端与光纤光栅解码器的输入端连接，光纤光栅解码器的输出端通过光纤与主控模块连接。
3.根据权利要求1所述的一种避雷器温度分布在线监测装置，其特征在于：所述的主控模块包括ARM主控处理器及与其相连接的DSP协处理器、光电转换电路、掉电检测电路、SDRAM存储器、FLASH存储器、人机交互模块、无线通讯模块；光电转换电路通过光纤与光纤光栅温度传感器连接；无线通讯模块与远程的监控中心连接；SDRAM存储器还与一电池连接，该电池与掉电检测电路连接。
4.根据权利要求4所述的一种避雷器混合电流录波在线监测装置，其特征在于：所述的ARM主控处理器还连接一声光报警器。
5.根据权利要求4所述的一种避雷器混合电流录波在线监测装置，其特征在于：所述的ARM主控处理器还连接一USB接口。
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