CN109585101A - 基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子，包括绝缘芯棒、连接于绝缘芯棒下部的金属底座、设于金属底座上方且与绝缘芯棒固定的绝缘芯棒支撑件、连接于绝缘芯棒中部的金属氧化锌阀片模块、固定于绝缘芯棒上部的接线盒，所述接线盒为全封闭金属结构，所述接线盒内安装有电路板，所述金属氧化锌阀片模块内置罗氏线圈，所述绝缘芯棒支撑件与金属氧化锌阀片模块之间设有引出金属电极，所述罗氏线圈与电路板连接，所述电路板设有信号采集模块、信号分析模块、时钟模块、存储模块以及窄带物联网通信模块。本发明防雷绝缘子能有效捕捉和识别动作电流和故障电流，并通过物联网模块发送相应信息。

Description

基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子

技术领域

本发明涉及配电线路防雷绝缘子。

背景技术

配电网防雷问题一直困扰着供电部门。由于其绝缘水平低，无论是感应雷还是直击雷，都会对配网架空线路和和设备产生严重威胁，电网的供电可靠性难以得到保证。对于配网架空线路本身而言，雷击后的故障基本上发生在绝缘子处，击穿绝缘子后，雷电流通过杆塔入地，从而引发后续工频电流接地或相间短路故障，进一步造成断线、瓷瓶破裂等影响供电的事故发生。

为此，国内外研究机构多年来研制了各式各样的配网防雷产品，绝大部分都是围绕防止绝缘子发生闪络展开研究。如各种结构的带串联空气间隙的金属氧化锌避雷器、绝缘子两端并联空气间隙等。这些产品和设备在实际运行过程中发挥了较好的效果。但配网由于点多面广，施工、安装、运行维护等工作往往存在诸多问题，导致防雷失效的事件经常发生。同时在雷雨天气下，许多其他原因如零值绝缘子、线路运维不到位等引起的配电线路故障，由于缺乏有效的判别手段，经常会将其归结为雷击引起，从而造成后续治理措施出现偏差，不能对症下药。虽然目前有雷电定位系统辅助，但由于其主要面向主网，且定位精度不高，对配网故障原因诊断支撑作用十分有限。

对于线路绝缘子本身，供电部门每年需花费大量的人力、物力和时间对进行巡视。排查绝缘子、避雷器等设施设备的运行情况，有时为排查零值绝缘子还需要增加夜间巡视，通过肉眼观察放电情况、耳听放电声等原始手段作业，且效果极不理想，往往是等到故障发生后才暴露出问题。

目前的防雷绝缘子，其本身发生故障损坏，或是否遭受过雷击等状况仍然需要通过人工巡检进行排查。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子，能有效捕捉和识别动作电流和故障电流，并通过物联网模块发送相应信息。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子，包括绝缘芯棒、连接于绝缘芯棒下部的金属底座、设于金属底座上方且与绝缘芯棒固定的绝缘芯棒支撑件、连接于绝缘芯棒中部的金属氧化锌阀片模块、固定于绝缘芯棒上部的接线盒，所述接线盒为全封闭金属结构，所述接线盒内安装有电路板，所述金属氧化锌阀片模块内置罗氏线圈，所述绝缘芯棒支撑件与金属氧化锌阀片模块之间设有引出金属电极，所述罗氏线圈与电路板连接，所述电路板设有信号采集模块、信号分析模块、时钟模块、存储模块以及窄带物联网通信模块，所述信号采集模块用于采集罗氏线圈电流信号，所述信号分析模块用于对电流信号进行分析以判断是雷击电流还是短路故障电流，所述时钟模块实现故障时间记录，所述存储模块用于存储故障记录，所述窄带物联网通信模块与云平台进行通信，所述接线盒的上方设有为电路板供电的太阳能板，所述接线盒悬挂固定于导线

优选的，所述接线盒的顶部设有开孔，所述窄带物联网通信模块的天线从开孔引出，且天线与接线盒之间设有绝缘隔离体。

优选的，所述盒体的顶部设有与导线配合的导线凹槽，所述盒体的顶部边缘固定有金属压线板，所述金属压线板设有与导线配合的导线凹槽，所述盒体的顶部四角设有螺杆，所述金属压线板的端部套接于螺杆，所述螺杆上螺纹连接有将金属压线板压紧的螺母。

优选的，所述信号分析模块对采集到的电流信号进行积分比较，根据是否存在较长时间的短路电流通过，从而准确判断装置是否损坏。

优选的，所述云平台包括存储模块，用于存储雷击动作电流记录、故障电流通过记录，所述云平台还包括显示模块，用于显示雷击动作电流记录、故障电流通过记录。

本发明采用上述技术方案，装置结构由下至上分为：带绝缘芯棒支撑件间隙、金属氧化锌阀片层、基于物联网的电流感知和通信模块，该结构设计可使装置整体代替绝缘子使用，雷电通道固定。雷电流或故障电流通过围绕在氧化锌阀片外的罗氏线圈采集。所有二次模块通过金属盒封装，并开孔引出信号天线。装置本身电源采用在线感应取电或太阳能取电结合内置电池方式，可提供正常工作所需的功耗，通过程序设置实现二次模块的定期自检功能。通过大电流和冲击电压测试结果表明，防雷绝缘子能有效捕捉和识别动作电流和故障电流，并通过物联网模块发送相应信息。

本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着物联网技术的发展，特别是窄带物联网技术的不断深化应用，其低功耗、广覆盖、远距离信号传输等功能在当前各行各业均展现出了广阔的应用前景。利用物联网(NB-IoT)技术，实现配网防雷绝缘子动作信息采集，故障识别具有很强的可行性。因此，本发明通过优化防雷绝缘子结构，根据防雷绝缘子雷电和故障电流通道固定，雷电流或故障电流特性不同的特点，设计并实现了一种基于窄带物联网技术的一体式防雷绝缘子。

参考图1所示，基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子，包括绝缘芯棒、连接于绝缘芯棒下部的金属底座7、设于金属底座上方且与绝缘芯棒固定的绝缘芯棒支撑件6、连接于绝缘芯棒中部的金属氧化锌阀片模块4、固定于绝缘芯棒上部的接线盒2，所述接线盒内安装有电路板，所述金属氧化锌阀片模块内置罗氏线圈，所述绝缘芯棒支撑件与金属氧化锌阀片模块之间设有引出金属电极5，所述罗氏线圈与电路板连接，所述电路板设有信号采集模块、信号分析模块、时钟模块、存储模块以及窄带物联网通信模块，所述信号采集模块用于采集罗氏线圈电流信号，所述信号分析模块用于对电流信号进行分析以判断是雷击电流还是短路故障电流，所述时钟模块实现故障时间记录，所述存储模块用于存储故障记录，所述窄带物联网通信模块与云平台进行通信，所述接线盒的上方设有为电路板供电的太阳能板1，所述接线盒悬挂固定于导线。

虽然电路板具备低功耗特点，且采用太阳能供电，但为维持装置长时间工作，装置在未被雷电流或故障电流触发时需要处于待机状态。由于信号分析模块MCU唤醒时间为4us，雷电流波头很难抓住，但电流流过罗氏线圈，触发中断后，可以发出动作信号，唤醒MCU。电流信号波尾由于持续时间相对较长，可以被准确捕捉到，通过积分回路进行比较，可以判断是否为雷击。短路故障电流持续时间和雷电流释放电流时间相比，处于不同数量级。所述信号分析模块通过对采集到的信号进行积分比较，结果有明显不同。可通过此特点判断是否存在较长时间的短路电流通过，从而准确判断装置是否损坏。

另外，电路板还具有自检模块，可实现自我状态检测，如电池电量，通过定期启动与云平台通信，判断通信回路是否存在异常。

所述接线盒2为全封闭金属结构，所述接线盒的顶部设有开孔，所述窄带物联网通信模块的天线从开孔引出，且天线与接线盒之间设有绝缘隔离体。解决了高压窜入装置二次回路和信号屏蔽问题。物联网通信功能在高压和配网电磁环境下可正常工作，克服了在高压和强电磁环境下的信号传输问题。

另外，所述盒体的顶部设有与导线配合的导线凹槽，所述盒体的顶部边缘固定有金属压线板3，所述金属压线板设有与导线配合的导线凹槽，所述盒体的顶部四角设有螺杆，所述金属压线板的端部套接于螺杆，所述螺杆上螺纹连接有将金属压线板压紧的螺母。

所述云平台包括存储模块，用于存储雷击动作电流记录、故障电流通过记录，所述云平台还包括显示模块，用于显示雷击动作电流记录、故障电流通过记录、通信状态、电池电量、动作时间。并可根据设备安装位置，在地图上动态显示装置的自身状态，雷击状态，故障状态等。后期数据积累以后，可实现雷击区域密度和概率分析等功能。

太阳能取电模块不仅包括太阳能板，还包括整流滤波电路、充电管理电路、电压调整电路、单片机采样支路、法拉电容、可充电锂电池等部分，在一次短时过负荷和一次短路时保证自身装置的安全性和输出的稳定性。太阳能取电不受高压线路负荷电流的限制。

在本实施例中，时钟模块采用DS1302具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片，可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。存储模块采用64k非易失性铁电存储器。

本发明的一体式防雷绝缘子通过大电流、模拟雷电冲击电压测试，证明了该装置的可行性和实用性，对提高配网智能化水平和防雷减灾能力具有重要创新意义。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (7)

1.基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子，其特征在于：包括绝缘芯棒、连接于绝缘芯棒下部的金属底座、设于金属底座上方且与绝缘芯棒固定的绝缘芯棒支撑件、连接于绝缘芯棒中部的金属氧化锌阀片模块、固定于绝缘芯棒上部的接线盒，所述接线盒为全封闭金属结构，所述接线盒内安装有电路板，所述金属氧化锌阀片模块内置罗氏线圈，所述绝缘芯棒支撑件与金属氧化锌阀片模块之间设有引出金属电极，所述罗氏线圈与电路板连接，所述电路板设有信号采集模块、信号分析模块、时钟模块、存储模块以及窄带物联网通信模块，所述信号采集模块用于采集罗氏线圈电流信号，所述信号分析模块用于对电流信号进行分析以判断是雷击电流还是短路故障电流，所述时钟模块实现故障时间记录，所述存储模块用于存储故障记录，所述窄带物联网通信模块与云平台进行通信，所述接线盒的上方设有为电路板供电的太阳能板，所述接线盒悬挂固定于导线。

2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子，其特征在于：所述接线盒的顶部设有开孔，所述窄带物联网通信模块的天线从开孔引出，且天线与接线盒之间设有绝缘隔离体。

3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子，其特征在于：所述盒体的顶部设有与导线配合的导线凹槽，所述盒体的顶部边缘固定有金属压线板，所述金属压线板设有与导线配合的导线凹槽，所述盒体的顶部四角设有螺杆，所述金属压线板的端部套接于螺杆，所述螺杆上螺纹连接有将金属压线板压紧的螺母。

4.根据权利要求1所述的基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子，其特征在于：所述信号分析模块对采集到的电流信号进行积分比较，根据是否存在较长时间的短路电流通过，从而准确判断装置是否损坏。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子，其特征在于：所述云平台包括存储模块，用于存储雷击动作电流记录、故障电流通过记录，所述云平台还包括显示模块，用于显示雷击动作电流记录、故障电流通过记录。

6.根据权利要求1所述的基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子，其特征在于：所述太阳能板连接有太阳能转换电路，所述太阳能转换电路包括整流滤波电路、充电管理电路、电压调整电路、单片机采样支路、法拉电容、可充电锂电池。

7.根据权利要求6所述的基于物联网技术的配电网一体式防雷绝缘子，其特征在于：所述电路板设有用于电池电量、窄带物联网通信模块检测的自检模块。