CN110376427A - 一种智能绝缘子在线监测装置及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝缘子在线智能监测装置，包括泄露电流采集装置；所述的泄漏电流采集装置上安装有同轴屏蔽线，并通过同轴屏蔽线连接到精密电阻采样装置上；而所述的精密电阻采样装置又连接有电压放大模块；而电压放大模块又连接有滤波处理模块；而所述的滤波处理模块又通过信号隔离器连接到微处理器上；而所述的微处理器又通过NB‑IoT模块将数据传递至后台监测平台上，该后台监测平台上相应设置有显示屏。本装置整体结构为远程操控监测，通过一系列操作将采集的微小电流数据逐步转变成稳定的数字可显示数据，直观准确，减少各方面因素对信息数据的影响，误差极小，精度极高。
Description
技术领域
本发明涉及智能电力设备在线监测设备领域，具体说是一种绝缘子在线智能检测装置及其监测方法。
背景技术
绝缘子作为一种特殊的绝缘控件，大量装备在高速铁路以及电力系统中。在运行初期，绝缘子表面较清洁，绝缘性能良好；但随着运行时间的增加，大气污染物逐渐沉积于绝缘子表面，形成绝缘子污秽，当污秽受潮后，极易引起污秽闪络。随着列车的高速运行，车顶绝缘子将接受沿线各种复杂环境的侵袭，在其表面沉积一定的污秽。当遇有雾、露、毛毛雨等潮湿天气时，其中的水分浸湿表面污秽后可能会以分离水珠或降落水滴的形式存在，进而导致局部放电和污闪事故的发生，危及列车安全运行，给铁路正常运输及人们出行带来不便。
在线运行的绝缘子，在大气环境中，受到工业排放物以及自然扬尘等环境因素的影响，表面逐渐沉积了一层污秽物。当遇到潮湿天气时，污层中的可溶性物质溶于水中，形成导电水膜，这样就有泄露电流沿绝缘子的表面流过，其大小主要取决于脏污程度和受潮程度。由于绝缘子的形状、结构尺寸等因素的影响，绝缘子表面各部位的电流密度不同，电流密度比较大的部位会先形成干区，干区的形成使得绝缘子表面电压的分布更加不均匀，干区承担较高的电压。当电场强度足够大时，将产生跨越干区的沿面放电，依脏污和受潮程度的不同，放电的类型可能是辉光放电、火花放电或产生局部电弧。局部电弧是一个间歇的放电过程，这种间歇的放电状态可能持续相当长时间，当脏污和潮湿状态严重时，局部电弧会逐步发展；当达到和超过临界状态时，电弧会贯穿两极，完成闪络。
污闪放电是一个涉及到电、热、和化学现象的错综复杂的变化过程，宏观上可将污闪过程分为以下4个阶段：
1)绝缘子表面的积污：绝缘子表面沉积的污秽物，来源于该地域大气环境的污染，也受大气条件的自清洗(例如，风吹和雨淋)，还与绝缘子本身的结构形状、表面光洁度等因素有着密切的关系。长期的运行经验表明，在城市工业区及大气污染较严重的地区绝缘子表面的积污也较多，工业规模愈大，对周围影响的范围也愈大。一般来说，距工业污染源愈远，影响愈弱，绝缘子表面积污程度的表征量---等值附盐密度也减少。
2)绝缘子表面的湿润：大多数的污秽物在干燥状态下是不导电的，该状态下绝缘子放电电压和洁净干燥时非常接近。但是当这些污秽物吸水受潮时，在绝缘子表面就会形成一层导电水膜，污物中的电解质成分电离，在水溶液中以离子形态存在时，污秽面的电阻就变小，绝缘子的闪络电压明显降低。
3)局部放电的产生：在潮湿的气象条件下污秽绝缘子受潮湿润后，污秽物中的可溶物质会逐渐溶于水中，在绝缘子的表面会形成一层导电水膜。污秽中的不溶物质可起吸附水分的作用，形成水膜，构成了沿绝缘子表面导电的通路，从而有泄漏电流沿绝缘子表面流过。对于污秽面上产生的放电，可观测到有电弧放电、电晕放电、及辉光放电。
4)局部电弧发展，完成闪络：如果绝缘子的脏污比较严重，绝缘子表面又充分受潮，再加上绝缘子的泄漏距离较小，绝缘子的湿污层的电阻较小，在这种条件下会出现较强烈的放电现象。此时跨越干区的放电形式为电弧放电，电弧呈树枝形状，放电通道中的温度可增高到热电离的程度。与这种放电形式相对应的泄漏电流脉冲值较大，可达数十或数百毫安，局部放电的小电弧越强烈，相应的泄漏电流值就越大。
而绝缘子污秽在线监测的发展及现状：绝缘子在线监测技术是变电设备由传统的“计划检修”向“状态检修”过渡的重要技术手段，具有巨大的社会经济效益和广阔的发展前景。绝缘子污秽程度在线监测大致分为非电量测量法和电量测量法。非电量测量法以超声波检测法、激光多普勒振动法及红外热象仪法为代表。电量测量法以电压分布检测法、绝缘电阻法及脉冲电流法为代表；目前常用的几种绝缘子污秽监测方法有如下几种：
1)现场巡视：现场巡视直观、方便、范围广，是供电部门防止污闪事故发生，广泛采用的方法。但巡视结果与巡视人员的经验、素质等多种因素有关，无法定量，不十分确切，容易漏检。
2)测量绝缘子表面的等值附盐密度：绝缘子等值盐密法(ESDD)是用一定量的蒸馏水，将一定面积瓷表面上的污秽物全部清洗掉，用适当的仪器测量污秽溶液的盐密值，等值盐密可直观衡量污秽程度。由于目前尚无测固体化学成分的传感器。无法进行实时监测其成分变化和绝缘子的电气状况。
3)电压分布检测法：电压分布检测法的特点在于直观，能准确判断绝缘子性能的变化。光学测量电压分布方法消除了以前测量方法的准确度不高、读数困难等特点，虽然己研制出自爬式绝缘子检测仪，相对减轻了现场操作人员的劳动强度，但每次测量必须操作人员的劳动强度较大、工作安全性较差的缺点仍然令这种方法难以得到广泛用。
4)测量绝缘子表面的泄漏电流：国内外试验研究表明，泄漏电流不仅能够全面的反映作用电压、气候条件、绝缘子表面污染程度等综合因素的影响，而且临闪电流与闪络电压梯度有着十分确定的关系。
而上述的绝缘子的监测方式中均或多或少的存在着各种缺点，不能很好的满足现有的绝缘子的监控要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于摩擦补偿的神经网络轮廓误差耦合控制器及其控制方法；其技术方案如下：
一种绝缘子在线智能监测装置，包括泄露电流采集装置；所述的泄漏电流采集装置上安装有同轴屏蔽线，并通过同轴屏蔽线连接到精密电阻采样装置上；而所述的精密电阻采样装置又连接有电压放大模块；而电压放大模块又连接有滤波处理模块；而所述的滤波处理模块又通过信号隔离器连接到微处理器上；而所述的微处理器又通过NB-IoT模块将数据传递至后台监测平台上，该后台监测平台上相应设置有显示屏。
本发明还提供一种绝缘子在线智能监测装置的监测方法，包括以下步骤：当绝缘设备表面发生放电产生泄漏电流时，通过安装在绝缘设备表面的泄漏电流采集装置获取泄漏电流，并通过同轴屏蔽线引流到精密电阻采样装置处，通过精密电阻采样装置将电流信号转化为电压信号，随后对信号进行电压放大、滤波处理，消除工频等周期信号的干扰，最后通过信号隔离器将信号中的高压端和低压端进行隔离保护，并将模拟信号转化为数字信号传送给微处理器进行处理；微处理器将处理完毕的数据通过NB-IoT模块发送给后台监测平台，在后台监测平台上显示漏电流的实时数据。
作为优选，所述的泄露电流采集装置采用泄露电流传感器变送器，其额定电流设置为5mA-1000mA。
作为优选，所述的电压放大模块设置为型号为AD8236的仪表放大器。
作为优选，所述的NB-IoT模块采用BC95模块，该模块采用串口发送响应的AT命令来实现相应的功能，其功能包括模块信息查询、链路状态查询、拨号和断链。
作为优选，所述的微处理器设置为STM32L431RCT6作为核心处理器，其尺寸设置为19.9×23.6×2.2mm。
作为优选，所述的微处理器上还设置有电源模块，该电源模块采用型号为LP3852EMP的电源模块。
有益效果：本发明具有以下有益效果：
(1)本装置采用集电环等能够采集微电流的泄露电流传感器变送器作为泄露电流采集装置，采用新型的电磁隔离原理，可以采集各类微小的交流电流，并通过同轴导引线无损导引采集的微小电流，并通过精密电阻采样装置将该微小的电流信号转换成电压信号，在经过放大和滤波后，消除干扰，并且通过信号隔离器可以稳定电压的低压端和高压端，对电压信号进行隔离保护，并相应转换成可显示的数字信号传递至微处理器，最终将数字信号传递至后台监测平台，可实时显示泄露电流的数据；整体结构为远程操控监测，通过一系列操作将采集的微小电流数据逐步转变成稳定的数字可显示数据，直观准确，减少各方面因素对信息数据的影响，误差极小，精度极高；
(2)本装置中微处理器通过NB-IoT模块可无限传递数据，NB-IoT模块采用BC95模块，该模块采用串口发送响应的AT命令来实现相应的功能，包括模块信息查询、链路状态查询、拨号、断链等功能；具有相当强大的可操作性；本发明中采用LP3852EMP电源模块可配合NB-IoT模块对整体装置进行样机调试，确保整体结构稳定可靠，便于调试操作。
附图说明
图1为本发明中结构示意图；
图2中本发明调试阶段电源模块通信测试图；
图3为本发明调试阶段NB-IoT模块读取模块信息图；
图4为本发明调试阶段NB-IoT模块查看IP地址信息图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种绝缘子在线智能监测装置，包括泄露电流采集装置1；所述的泄漏电流采集装置1上安装有同轴屏蔽线2，并通过同轴屏蔽线2连接到精密电阻采样装置3上；而所述的精密电阻采样装置3又连接有电压放大模块4；而电压放大模块4又连接有滤波处理模块5；而所述的滤波处理模块5又通过信号隔离器6连接到微处理器7上；而所述的微处理器7又通过NB-IoT模块8将数据传递至后台监测平台9上，该后台监测平台9上相应设置有显示屏。
本发明还提供一种绝缘子在线智能监测装置的监测方法，包括以下步骤：当绝缘设备表面发生放电产生泄漏电流时，通过安装在绝缘设备表面的泄漏电流采集装置1获取泄漏电流，并通过同轴屏蔽线2引流到精密电阻采样装置3处，通过精密电阻采样装置3将电流信号转化为电压信号，随后对信号进行电压放大、滤波处理，消除工频等周期信号的干扰，最后通过信号隔离器6将信号中的高压端和低压端进行隔离保护，并将模拟信号转化为数字信号传送给微处理器7进行处理；微处理器7将处理完毕的数据通过NB-IoT模块8发送给后台监测平台9，在后台监测平台9上显示漏电流的实时数据。
泄露电流采集装置采用泄露电流(微电流)传感器变送器，该装置采用新型电磁隔离原理，主要用于测量交流泄露电流和各种微小交流电流。具有较高性价比，高稳定性，体积小，重量轻，安装简便，穿孔输入，无插入损耗。额定电流可以有5mA到1000mA多种不同的选择。
电压放大模块设置为型号为AD8236的仪表放大器；由于漏电流是微弱信号，不可以直接测量，需要将电流转换为电压。为了保证较高的分辨率和灵敏度，因此在选择放大器时，应选择高共模抑制比的仪表类放大器。为实现对微弱信号的放大，本项目选用了功耗较低的仪表放大器AD8236。
本装置中NB-IoT模块的功能主要实现将漏电流检测到的信息通过微处理器进行处理以后通过NB-IoT模块将数据发送到后台监测平台，可以在平台上面实时查看数据。
微处理器部分采用STM32L431RCT6作为核心处理器，该微处理器作为整个在线监测装置的核心，直接关系到信号的采集精度，可靠性以及处理的准确性。STM32L431RCT6器件嵌入了大量智能执行外设，具有多种先进的低功耗模式，并且有多种外设可使用低功耗模式。
本装置电源模块采用LP3852EMP电源模块，分别产生3.3V和2.5V的工作电压，经过上电测试，观察电源显示该板的供电电压为5V，电流为0.02A，功率为0.1W。板子上面各个电压等级正常，各芯片工作正常。
如图2所示，通过电源模块进行SPI通讯链路测试，查阅ADC器件ADE7912手册，查看SPI读写操作的。进行给config寄存器(地址0X80)读写数据操作，经过测试读写正常。
本装置中NB-IoT模块核心采用一款高性能、低功耗的无线通信模块。其尺寸仅为19.9×23.6×2.2mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，同时有效地减小产品尺寸并优化产品成本。在设计上兼容移远通信GSM/GPRS模块，可以实现快速、灵活的产品设计和升级；NB-IoT模块采用BC95模块。
如图3所示，通过串口发送指令AT+CFUN？可以看到返回值为+CFUN:1OK.该指令的返回值表示开启或者关闭射频开关；查询当前的信号质量CSQ，输入：AT+CSQ？返回值为+CSQ:16,99。前面的16表示信号质量；查询当前模组网络注册连接状态：AT+CEREG？，该条指令的返回值有以下几种情况：+CEREG:0,0；+CEREG:0,1+CEREG:0,2其中前面一个0，是功能码，后面的0，1，2表示网络状态；而查询当前模组的IP地址，输入AT+CGPADDR？得到图4中的返回值，其IP地址如图4所示：本装置的NB-IoT模块采用串口发送响应的AT命令来实现相应的功能，其功能包括模块信息查询、链路状态查询、拨号和断链等各种功能。
本装置采用集电环等能够采集微电流的泄露电流传感器变送器作为泄露电流采集装置，采用新型的电磁隔离原理，可以采集各类微小的交流电流，并通过同轴导引线无损导引采集的微小电流，并通过精密电阻采样装置将该微小的电流信号转换成电压信号，在经过放大和滤波后，消除干扰，并且通过信号隔离器可以稳定电压的低压端和高压端，对电压信号进行隔离保护，并相应转换成可显示的数字信号传递至微处理器，最终将数字信号传递至后台监测平台，可实时显示泄露电流的数据；整体结构为远程操控监测，通过一系列操作将采集的微小电流数据逐步转变成稳定的数字可显示数据，直观准确，减少各方面因素对信息数据的影响，误差极小，精度极高。
本装置中微处理器通过NB-IoT模块可无限传递数据，NB-IoT模块采用BC95模块，该模块采用串口发送响应的AT命令来实现相应的功能，包括模块信息查询、链路状态查询、拨号、断链等功能；具有相当强大的可操作性；本发明中采用LP3852EMP电源模块可配合NB-IoT模块对整体装置进行样机调试，确保整体结构稳定可靠，便于调试操作。
上述具体实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利要求范围的，凡依据本发明申请专利保护范围内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。
Claims (7)
1.一种绝缘子在线智能监测装置，其特征在于：包括泄露电流采集装置(1)；所述的泄漏电流采集装置(1)上安装有同轴屏蔽线(2)，并通过同轴屏蔽线(2)连接到精密电阻采样装置(3)上；而所述的精密电阻采样装置(3)又连接有电压放大模块(4)；而电压放大模块(4)又连接有滤波处理模块(5)；而所述的滤波处理模块(5)又通过信号隔离器(6)连接到微处理器(7)上；而所述的微处理器(7)又通过NB-IoT模块(8)将数据传递至后台监测平台(9)上，该后台监测平台(9)上相应设置有显示屏。
2.如权利要求1所述的一种绝缘子在线智能监测装置的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：当绝缘设备表面发生放电产生泄漏电流时，通过安装在绝缘设备表面的泄漏电流采集装置(1)获取泄漏电流，并通过同轴屏蔽线(2)引流到精密电阻采样装置(3)处，通过精密电阻采样装置(3)将电流信号转化为电压信号，随后对信号进行电压放大、滤波处理，消除工频等周期信号的干扰，最后通过信号隔离器(6)将信号中的高压端和低压端进行隔离保护，并将模拟信号转化为数字信号传送给微处理器(7)进行处理；微处理器(7)将处理完毕的数据通过NB-IoT模块(8)发送给后台监测平台(9)，在后台监测平台(9)上显示漏电流的实时数据。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘子在线智能检测装置，其特征在于：所述的泄露电流采集装置(1)采用泄露电流传感器变送器，其额定电流设置为5mA-1000mA。
4.根据权利要求1所述的一种绝缘子在线智能检测装置，其特征在于：所述的电压放大模块(4)设置为型号为AD8236的仪表放大器。
5.根据权利要求1所述的一种绝缘子在线智能检测装置，其特征在于：所述的NB-IoT模块采用BC95模块，该模块采用串口发送响应的AT命令来实现相应的功能，其功能包括模块信息查询、链路状态查询、拨号和断链。
6.根据权利要求1所述的一种绝缘子在线智能检测装置，其特征在于：所述的微处理器(7)设置为STM32L431RCT6作为核心处理器，其尺寸设置为19.9×23.6×2.2mm。
7.根据权利要求1所述的一种绝缘子在线智能检测装置，其特征在于：所述的微处理器(7)上还设置有电源模块(10)，该电源模块(10)采用型号为LP3852EMP的电源模块。
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