CN112945313A

CN112945313A - 一种基于无线组网的环网柜在线监测系统

Info

Publication number: CN112945313A
Application number: CN202110274086.7A
Authority: CN
Inventors: 刘骥; 李书田; 张明泽
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2021-06-11

Abstract

本发明提供了一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，包括信息处理主机及其外壳、环境状态监测传感器、电气状态传感器和上位机平台，所述信息处理主机内部嵌有Zigbee无线协调器，所述信息处理主机内部嵌有SIM7600CE模块，所述环境状态监测传感器包括烟雾传感器、温湿度传感器、液位传感器、电缆温度传感器，所述电气状态传感器包括电容式电压传感器、零序故障电流传感器、高频电流传感器、暂态对地电压传感器传感器将信息通过无线传输给信息处理主机，信息处理主机再将无线传输来的信息汇总并处理，最后通过4G网络传输给上位机平台实时显示，相对于传统的环网柜监测装置，其实时在线监测效果及数据显示能力较强，且实际安装使用更加方便。

Description

一种基于无线组网的环网柜在线监测系统

技术领域

本发明涉及电气设备监测技术领域，具体涉及一种基于无线组网的环网柜在线监测系统。

背景技术

随着社会经济的发展，人类对于电能的依赖程度越来越高，人类的日常工作生活已经离不开电能，如果发生供电中断，会造成巨大的经济损失，同时也会影响到社会公共秩序。因此保证供配电系统的安全稳定不仅仅是经济发展的需要，同时也是我国维持社会稳定的必要保证。环网柜在我国配电网中用量巨大，广泛分布在变电站、开关所、小区、工厂、负荷中心配电站等区域，担负着保障区域供电的重要任务，其运行状态的好坏直接关乎到人类的生产生活。近年来，我国配电网的规模不断扩大，环网柜的使用数量逐年剧增，保障环网柜安全运行的任务量越来越大。长期研究实践表明，局部放电是造成故障发生的主要原因。产生局部放电的主要原因是，电气设备的绝缘分布不均匀，导致绝缘的局部场强不均匀，使局部区域电场强度达到了该区域的击穿场强。环网柜内部电缆接头易发生局部放电，这是由于电缆接头在制作时，环网柜中电缆室空间狭小，电缆接头制作时极易引起导体和绝缘的损伤，导致电缆接头在长期运行过程中局部电场强度不均匀。此外，如果环网柜的内部电气设备长期工作于高温高湿或粉尘过多的环境下，都有可能引起环网柜电气绝缘性能下降，引发局部放电。如果电气设备长期发生局部放电，则会加速电气设备绝缘的劣化，最终导致设备的绝缘被击穿，引起环网柜起火爆炸，给区域供电产生影响，造成经济损失。为达到全面高效的监测环网柜故障信息的目的，一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，包含局部放电的检测，此外还包含了环网柜内部温湿度、烟雾、水位、电缆终端温度、电缆带电状态、故障电流、零序电流的检测。被监测环网柜的状态信息通过无线通讯方式汇总于信息处理主机，上位机平台通过LabVIEW编写，可实现远程在线监测环网柜的运行状态。使环网柜在线监测系统向集成化、网络化、智能化的方向发展。

为此，提出一种基于无线组网的环网柜在线监测系统来解决现有技术问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，从而解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供了一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，包括信息处理主机及其外壳、环境状态监测传感器、电气状态传感器和上位机平台，所述信息处理主机一侧设置有插接端头，所述插接端头连接交流220V供电电源给信息处理主机供电，所述信息处理主机外壳前侧安装有LED显示屏，所述信息处理主机内部嵌有Zigbee无线协调器，所述Zigbee无线协调器可以接收来自传感器的信息，所述信息处理主机内部嵌有SIM7600CE模块，所述SIM7600CE模块可以将信息处理主机处理后的数据经4G网络传送到上位机平台，所述环境状态监测传感器包括烟雾传感器、温湿度传感器、液位传感器、电缆温度传感器，所述电气状态传感器包括电容式电压传感器、零序故障电流传感器、高频电流传感器、暂态对地电压传感器，所述上位机平台可以实时显示各个模块的状态量。传感器将信息通过无线传输给信息处理主机，信息处理主机再将无线传输来的信息汇总并处理，最后通过4G网络传输给上位机平台实时显示。

作为本发明的一种优选技术方案，所述信息处理主机外壳是由ABS树脂制成的方形壳体，外壳内部由抗干扰屏蔽材料包裹。

作为本发明的一种优选技术方案，所述信息处理主机内部的DSP信息处理模块、Zigbee无线协调器、SIM7600CE模块串级连接，并搭配有相应的外围电路。

作为本发明的一种优选技术方案，所述环境状态监测传感器分别连接有模拟量-数字量转换芯片，转换芯片后级连接STM32系列微控制器，微控制器后级连接Zigbee模块。

作为本发明的一种优选技术方案，所述高频电流传感器内部为以NiZn200材料为磁芯的线圈，绕线为绝缘铜漆包线，传感器外壳采用ABS树脂制成的环形壳体。

作为本发明的一种优选技术方案，所述高频电流传感器的局部放电高频检测法是以电磁感应原理为基础，通过耦合电气设备接地引线上的脉冲电流来检测局部放电信号。这种方法不破坏电缆终端结构，实现了检测系统与主放电回路的电气绝缘，提高了测量的安全性，适用于环网柜内部电缆终端的局部放电检测。

作为本发明的一种优选技术方案，所述暂态对地电压传感器采用铁质材料为传感器制作屏蔽外壳，以防测试环境中的电磁干扰，为简化传感器的拆装，在传感器四周加装了强力磁铁，可使传感器紧密吸附于环网柜柜壁。

本发明所达到的有益效果是：

本发明，通过监测环网柜周围环境状态量和内部局部放电情况，并将所监测的数据通过信息处理主机进行处理，能够实时监测环网柜的运行状况，同时能够有效的对故障进行预警。

本发明，通过Zigbee无线模块将传感器监测的数据传输给信息处理主机，系统安装简便，解决了以往监测系统供电困难且布线繁杂的问题。

本发明，通过给传感器加设临时电源，信息处理主机连接交流220V电源，系统供电简单，能够便于进行随时的在线监测，提高系统整体的实用性。

本发明，相对于传统的定点式监测系统以及定时式监测系统，实时监测数据更加准确且抗干扰能力较强，同时其应用范围更加广泛。

附图说明

图1为一种基于无线组网的环网柜在线监测系统示意图。

图2为高频电流传感器结构示意图。

图3为暂态对地电压结构示意图。

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。

实施例1

结合图1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，包括信息处理主机及其外壳、环境状态监测传感器、电气状态传感器和上位机平台，所述信息处理主机一侧设置有插接端头，所述插接端头连接交流220V供电电源给信息处理主机供电，所述信息处理主机外壳前侧安装有LED显示屏，所述信息处理主机内部嵌有Zigbee无线协调器，所述Zigbee无线协调器可以接收来自传感器的信息，所述信息处理主机内部嵌有SIM7600CE模块，所述SIM7600CE模块可以将信息处理主机处理后的数据经4G网络传送到上位机平台，所述环境状态监测传感器包括烟雾传感器、温湿度传感器、液位传感器、电缆温度传感器，所述电气状态传感器包括电容式电压传感器、零序故障电流传感器、高频电流传感器、暂态对地电压传感器，所述上位机平台可以实时显示各个模块的状态量。传感器将信息通过无线传输给信息处理主机，信息处理主机再将无线传输来的信息汇总并处理，最后通过4G网络传输给上位机平台实时显示。本发明主要针对环网柜局部放电量的检测，此外集成了环网柜内部必要的电气量和非电气量的检测。除对局部放电的监测外，本系统还对环网柜内部电缆终端带电状态、故障电流、零序电流、电缆终端温度以及环网柜内温湿度、烟雾、水位等信息进行监测。现场监测信息经信息处理主机汇总，通过无线网络发送至上位机平台，上位机平台实时显示监测站点的环网柜状态信息，并在判断出故障数据后及时报警，实现监测人员远程实时监测环网柜运行状态。

实施例2

结合实施图2说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，所述高频电流传感器以电磁感应原理为基础，通过耦合电气设备接地引线上的脉冲电流来检测局部放电信号。这种方法不破坏电缆终端结构，实现了检测系统与主放电回路的电气绝缘，提高了测量的安全性，适用于环网柜内部电缆终端的局部放电检测。高频检测法的核心为高频电流传感器，高频电流传感器本质上是基于罗氏线圈结构的I/U转化型电流传感器，罗氏线圈是一种穿心式的线圈，它依据电磁感应原理检测线圈内通过的电流，罗氏线圈的一次侧为线圈内部穿过的引线，二次侧为线圈上的绕线。线圈内部引线流过的被测电流在线圈每一匝绕线上都产生磁通，线圈二次侧的磁链正比于流过线圈的脉冲电流大小，脉冲电流变化引起线圈磁链的变化，从而产生电动势。

实施例3

结合实施图3说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，所述暂态对地电压传感器采用铁质材料为传感器制作屏蔽外壳，以防测试环境中的电磁干扰，为简化传感器的拆装，在传感器四周加装了强力磁铁，可使传感器紧密吸附于环网柜柜壁。变化的电场会激起变化的磁场，而变化的磁场又会感应出变化的电场，电场与磁场相互激发并向外传播从而产生了电磁波。当环网柜内发生局部放电时，局部放电的脉冲电流震荡频率很高，会在放电点产生变化的电场，向外激发出电磁波。该电磁波以局放源为中心向四周传播，环网柜柜壁通常是金属材质且接地，如果其金属柜壁连续，则电磁波会被环网柜所屏蔽，在环网柜外不会检测到放电。局部放电检测的暂态对地电压传感器是基于检测环网柜表面的暂态对地电压来判别局部放电大小的。当环网柜内发生局部放电时，局放会向外产生电磁波，金属壁会因电磁波而引发暂态对地电压。暂态对地电压传感器通过检测该暂态对地电压来检测局部放电的强弱。

Claims

1.一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，包括信息处理主机及其外壳、环境状态监测传感器、电气状态传感器和上位机平台，所述信息处理主机一侧设置有插接端头，所述插接端头连接交流220V供电电源给信息处理主机供电，所述信息处理主机外壳前侧安装有LED显示屏，所述信息处理主机内部嵌有Zigbee无线协调器，所述Zigbee无线协调器可以接收来自传感器的信息，所述信息处理主机内部嵌有SIM7600CE模块，所述SIM7600CE模块可以将信息处理主机处理后的数据经4G网络传送到上位机平台，所述环境状态监测传感器包括烟雾传感器、温湿度传感器、液位传感器、电缆温度传感器，所述电气状态传感器包括电容式电压传感器、零序故障电流传感器、高频电流传感器、暂态对地电压传感器，所述上位机平台可以实时显示各个模块的状态量。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，其特征在于，所述信息处理主机内部包括基于DSP的信息处理模块、基于Zigbee的无线协调器，基于SIM7600CE的物联网模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，其特征在于，所述信息处理主机外壳是由ABS树脂制成的方形壳体，ABS树脂是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，其特征在于，所述烟雾传感器为MQ2系列烟雾传感器，温湿度传感器为DHT11系列温湿度传感器，液位传感器为鸭嘴式液位传感器，电缆温度传感器为绑带式温度传感器。

5.根据权利要求2所述的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，其特征在于，所述基于DSP的信息处理模块采用TI公司的TMS320F28335型数字信号处理器，与以往的DSP相比，该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，A/D转换更精确快速。

6.根据权利要求2所述的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，其特征在于，所述Zigbee是一项新型的无线通信技术，适用于传输范围短、传输速率低的一系列电子元器件设备之间，主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。

7.根据权利要求2所述的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，其特征在于，所述SIM7600CE模块支持GSM/GPRS/EDGE等频段，其性能稳定、外观小巧、性价比高，可以低功耗实现数据信息的传输，能适用于紧凑型产品设计需求。

8.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，其特征在于，所述高频电流传感器以电磁感应原理为基础，通过耦合电气设备接地引线上的脉冲电流来检测局部放电信号，这种方法不破坏电缆终端结构，实现了检测系统与主放电回路的电气绝缘，提高了测量的安全性，适用于环网柜内部电缆终端的局部放电检测。

9.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，其特征在于，所述暂态对地电压传感器基于检测环网柜表面的暂态对地电压来判别局部放电大小的，当环网柜内发生局部放电时，局部放电会向外产生电磁波，金属壁会因电磁波而引发暂态对地电压，通过检测该暂态对地电压来检测局部放电的强弱。

10.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的环网柜在线监测系统，其特征在于，所述上位机平台基于LabVIEW软件，LabVIEW是一种程序开发环境，使用图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。