CN114200194A - 一种中压绝缘线路过电压在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种中压绝缘线路过电压在线监测装置，包括：传感单元，用于通过电容分压从中压绝缘线路上采集过电压信号，将过电压信号转换为低压信号，并传输至无线采集传输单元；取能单元，用于通过电容分压从中压绝缘线路上获取电能，将电能经电气隔离、整流、滤波和降压后转换成直流电压信号，并输出至无线采集传输单元，以通过直流电压信号为无线采集传输单元供电；无线采集传输单元，用于接收直流电压信号和低压信号，对低压信号衰减后进行分析处理，以根据分析处理结果实现对中压绝缘线路的过电压信号的实时在线监测。本发明通过传感单元、取能单元和无线采集传输单元组合，实现对中压绝缘线路过电压尤其是雷电过电压的实时在线监测。

Description

一种中压绝缘线路过电压在线监测装置

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种中压绝缘线路过电压在线监测装置。

背景技术

10kV配电线路承担着从变电站向终端配电变压器传输电能的任务，是配电网的重要组成部分。由于绝缘导线拥有绝缘性能良好的表皮，可以有效地减少触电带来的危险，因此其广泛应用于配电网中，极大改善了配电网的供电可靠性及运行安全性。

由于地形地貌差异大，在一些多雷区的地方中压绝缘线路容易遭受雷击导致断线，但目前缺少对配电网雷电过电压的实时监测装置。另外，配电网还常因各种过电压的存在导致其安全运行存在隐患。因此，如何有效感应线路上的过电压成为了本领域技术研究人员亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种中压绝缘线路过电压在线监测装置，通过使用传感单元、取能单元和无线采集传输单元的组合，实现对中压绝缘线路过电压尤其是雷电过电压的实时在线监测。

本发明实施例提供了一种中压绝缘线路过电压在线监测装置，所述装置包括：

传感单元，用于通过电容分压从中压绝缘线路上采集过电压信号，将所述过电压信号转换为低压信号，并将所述低压信号传输至无线采集传输单元；

取能单元，用于通过电容分压从中压绝缘线路上获取电能，将所述电能经电气隔离、整流、滤波和降压后转换成直流电压信号，并将所述直流电压信号输出至所述无线采集传输单元，以通过所述直流电压信号为所述无线采集传输单元供电；

无线采集传输单元，用于接收所述直流电压信号和所述低压信号，对所述低压信号衰减后进行分析处理，以根据所述分析处理结果实现对所述中压绝缘线路的过电压信号的实时在线监测。

作为本发明进一步的改进，所述传感单元包括串联连接的第一高压电容和第一低压电容，

所述第一高压电容连接至所述中压绝缘线路，所述第一低压电容的两端连接至所述无线采集传输单元。

作为本发明进一步的改进，所述第一低压电容通过输入电阻连接同轴电缆的一端，所述同轴电缆的另一端通过串接的输出电阻和分压电容连接至所述无线采集传输单元。

作为本发明进一步的改进，所述输入电阻和所述输出电阻为匹配电阻，所述输入电阻的阻值R₀和所述输出电阻的阻值R₁等于所述同轴电缆的波阻抗Z，

所述分压电容的电容值C₅被配置为所述第一高压电容的电容值C₃和所述第一低压电容的电容值C₄之和，以使所述低压信号经所述同轴电缆传输前和传输后的分压比恒定，

所述传感单元的分压比为K＝2(C₃+C₄)/C₃。

作为本发明进一步的改进，所述取能单元包括串联连接的第二高压电容和第二低压电容，以及依次连接的过压保护电路、隔离变压器、桥式整流电路、RC低通滤波电路和DC/DC降压转换器，

所述第二高压电容连接至所述中压绝缘线路，所述第二低压电容的两端连接至所述过压保护电路的输入端，所述DC/DC降压转换器的输出端连接至所述无线采集传输单元，

所述取能单元的分压比为K₁＝C₁/(C₁+C₂)，

式中，所述第二高压电容的电容值为C₁，所述第二低压电容的电容值为C₂。

作为本发明进一步的改进，所述过压保护电路包括并联连接的压敏电阻和气体放电管。

作为本发明进一步的改进，所述无线采集传输单元包括数据采集模块和无线传输模块。

作为本发明进一步的改进，所述无线传输模块采用SIM800通信模块作为通信处理单元。

作为本发明进一步的改进，所述装置还包括：

后台在线监测系统，用于接收所述无线采集传输单元输出的分析处理结果，并根据所述分析处理结果实现对所述中压绝缘线路的过电压信号的实时在线监测。

作为本发明进一步的改进，所述装置还包括：

备用电源，用于在所述取能单元失效时，为所述无线采集传输单元供电。

本发明的有益效果为：

通过使用传感单元、取能单元和无线采集传输单元的组合，实现对中压绝缘线路过电压尤其是雷电过电压的实时在线监测，可为电力系统后续检修提供依据。基于中压绝缘线路的电压实现自取能供电，供电成本更低，可靠性更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一示例性实施例所述的一种中压绝缘线路过电压在线监测装置的结构示意图；

图2为本发明一示例性实施例所述的同轴电缆传输的示意图。

图中，

1、第二高压电容；2、第二低压电容；3、第一高压电容；4、第一低压电容；5、承重架；6、压敏电阻；7、气体放电管；8、过压保护电路；9、隔离变压器；10、桥式整流电路；11、电感；12、电容；13、RC低通滤波电路；14、DC/DC降压转换器；15、数据采集模块；16、无线传输模块；17、无线采集传输单元；18、后台在线监测系统；19、备用电源；20、中压绝缘线路；21、同轴电缆。

具体实施方式

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。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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明的描述中，所用术语仅用于说明目的，并非旨在限制本发明的范围。术语“包括”和/或“包含”用于指定所述元件、步骤、操作和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件、步骤、操作和/或组件的情况。术语“第一”、“第二”等可能用于描述各种元件，不代表顺序，且不对这些元件起限定作用。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个及两个以上。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。结合以下附图，这些和/或其他方面变得显而易见，并且，本领域普通技术人员更容易理解关于本发明所述实施例的说明。附图仅出于说明的目的用来描绘本发明所述实施例。本领域技术人员将很容易地从以下说明中认识到，在不背离本发明所述原理的情况下，可以采用本发明所示结构和方法的替代实施例。

本发明实施例所述的一种中压绝缘线路过电压在线监测装置，如图1所示，所述装置包括：

传感单元，用于通过电容分压从中压绝缘线路20上采集过电压信号，将所述过电压信号转换为低压信号，并将所述低压信号传输至无线采集传输单元17；

取能单元，用于通过电容分压从中压绝缘线路20上获取电能，将所述电能经电气隔离、整流、滤波和降压后转换成直流电压信号，并将所述直流电压信号输出至所述无线采集传输单元17，以通过所述直流电压信号为所述无线采集传输单元17供电；

无线采集传输单元17用于接收所述直流电压信号和所述低压信号，对所述低压信号进行分析处理，以根据所述分析处理结果实现对所述中压绝缘线路20的过电压信号的实时在线监测。

由于中压绝缘线路20的特性，其遭受雷击后断线概率很大，本发明所述装置通过使用传感单元、取能单元和无线采集传输单元的组合，实现对中压绝缘线路过电压尤其是雷电过电压的实时在线监测，可为电力系统后续检修提供依据。相较于过电压监测装置常用的太阳能-蓄电池混合供电、激光供电和电流互感器供电等取能方式，本发明所述装置基于中压绝缘线路20的电压实现自取能供电，通过中压绝缘线路即可实现对整套装置的供电，无需额外增加电源，供电成本更低，且自取电的供电方式简单、可靠性更高。

一种可选的实施方式中，如图1所示，所述装置还包括：

后台在线监测系统18，为一配套App，用于接收所述无线采集传输单元17输出的分析处理结果，并根据所述分析处理结果实现对所述中压绝缘线路20的过电压信号的实时在线监测。通过点击该监测系统的功能菜单，可以查看线路故障的时间和故障波形，为后续工作人员的检修提供依据。

本发明所述装置中，无线采集传输单元17输出的分析处理结果传输至后台在线监测系统18，后台在线监测系统18根据所述分析处理结果，实现对中压绝缘线路20的过电压信号的实时在线监测。

一种可选的实施方式中，所述传感单元包括串联连接的第一高压电容3和第一低压电容4，所述第一高压电容3和第一低压电容4采用SrTiO₃陶瓷电容器，其具备耐高压、耐腐蚀和介电常数较高的优点。

所述第一高压电容3连接至所述中压绝缘线路20，所述第一低压电容4的两端连接至所述无线采集传输单元17。

本发明所述装置中，第一高压电容3和第一低压电容4利用电压分压原理，从中压绝缘线路20上获取过电压信号并将其转换为低压信号，传输至无线采集传输单元17中。

一种可选的实施方式中，所述无线采集传输单元17包括数据采集模块15和无线传输模块16。

数据采集模块15先将接收到的低压信号衰减至其可以接受的电压范围内(例如衰减至±5V电压)，防止不稳定的电压信号损坏所述数据采集模块15中的工作芯片，再对衰减后的信号进行分析、处理，并传输至无线传输模块16，无线传输模块16将处理后的结果发送至后台在线监测系统18。数据采集模块15分析处理完的结果在传输至无线传输模块16之前，还可以对处理的结果进行加密处理，以确保数据传输的可靠性、安全性，对于加密算法本发明不做具体限定。相应的，在线监测系统18在接收到数据采集模块15发送的数据后，可通过配套的解密算法对其进行解密处理。

一种可选的实施方式中，所述无线传输模块16采用SIM800通信模块作为通信处理单元。

本发明所述无线传输模块16基于GPRS通信网络，采用SIM800通信模块为主要通信处理单元，对采集的过电压信号进行无线传输。所述SIM800通信模块可以低功耗实现电压数据信息的传输，提高无线传输模块的工作寿命，使得数据传输更加稳定可靠。

一种可选的实施方式中，所述第一低压电容4通过输入电阻连接同轴电缆21的一端，所述同轴电缆21的另一端通过串接的输出电阻和分压电容连接至所述无线采集传输单元17。

本发明中所述低压信号通过同轴电缆21传输至无线采集传输单元17的数据采集模块15中，所述同轴电缆21抗外界干扰能力强，电压信号在其内传输时衰减不大，电压波形不会失真，通过该同轴电缆可以提高传输至数据采集模块15的信号的稳定性和可靠性，进而提高数据采集模块15分析、处理该信号的准确性，相应提高所述装置测量结果的可靠性和准确性。

一种可选的实施方式中，所述输入电阻和所述输出电阻为匹配电阻，所述输入电阻的阻值R₀和所述输出电阻的阻值R₁等于所述同轴电缆21的波阻抗Z，

所述分压电容的电容值C₅被配置为所述第一高压电容3的电容值C₃和所述第一低压电容4的电容值C₄之和，以使所述低压信号经所述同轴电缆21传输前和传输后的分压比恒定，

所述传感单元的分压比为K＝2(C₃+C₄)/C₃。

如图2所示，同轴电缆21两端的输入电阻和输出电阻为匹配电阻，阻值等于同轴电缆21的波阻抗Z，可得到U₂和U₁关系如下：

式中，U₁为中压绝缘线路20上的电压值，U₂为输入至无线采集传输单元17的数据采集模块15的电压值，

对上式进行变形，得到初始分压比为：

稳定后，得到最终分压比为：

为了使初始分压比等于最终分压比，需要使分压电容的电容值C₅＝C₃+C₄。

由此得到，传感单元的的分压比为：

假设C₃＝360pF，C₄＝220nF，可得到K≈1225。

一种可选的实施方式中，所述取能单元包括串联连接的第二高压电容1和第二低压电容2，所述第二高压电容1和第二低压电容2采用SrTiO3陶瓷电容器，以及依次连接的过压保护电路8、隔离变压器9、桥式整流电路10、RC低通滤波电路13和DC/DC降压转换器14，

所述第二高压电容1连接至所述中压绝缘线路20，所述第二低压电容2的两端连接至所述过压保护电路8的输入端，所述DC/DC降压转换器14的输出端连接至所述无线采集传输单元17。

所述取能单元的取能绝缘子分压比为K₁＝C₁/(C₁+C₂)，

式中，所述第二高压电容1的电容值为C₁，所述第二低压电容2的电容值为C₂。

本发明所述装置中，第二高压电容1和第二低压电容2利用电压分压原理，从中压绝缘线路20上获取电能，然后经过所述隔离变压器9传输给所述桥式整流电路10进行整流，将交流信号转化为直流信号，通过所述RC低通滤波电路13进行滤波，最后经过DC/DC降压转换器14对直流电压降压，输出给无线采集传输单元17供电。

其中，隔离变压器9将一次电路与后续电路进行电气隔离。桥式整流电路10采用4个二极管构成，可以输出交流信号的正负半周。RC低通滤波电路13采用电感11和电容12构成，可以滤除高频分量和干扰噪声。DC/DC降压转换器14对直流电压降压，使得输出电压能为无线采集传输单元17提供稳定的12V直流电。

本发明所述取能单元利用分压原理从中压绝缘线路20上获取电能，分压比计算公式如下：

式中，U₃为第二低压电容2两端输出的电压值，K1为取能绝缘子分压比，U₁为中压绝缘线路上的电压值。

一种可选的实施方式中，所述过压保护电路8包括并联连接的压敏电阻6和气体放电管7。

本发明所述装置中采用过压保护电路8限制后级电路的最大电压，该过压保护电路8采用两级保护。其中压敏电阻6为一级保护，主要用于在电路承受过电压时对电压进行钳位，最大限制电压为775V。气体放电管7为二级保护，可以将过电压钳制在470V。

一种可选的实施方式中，如图1所示，所述装置还包括：承重架5，用于支撑所述传感单元和所述取能单元，第一低压电容4和第二低压电容2连接在该承重架5上。

一种可选的实施方式中，所述装置还包括：

备用电源19，用于在所述取能单元失效时，为所述无线采集传输单元17供电。

本发明所述装置，还可以使用备用电源19给无线采集传输单元17供电。为保证所述装置的工作效率，在取能单元失效时可以使用例如蓄电池作为备用电源19供电。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

此外，本领域普通技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本领域技术人员应理解，尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种中压绝缘线路过电压在线监测装置，其特征在于，所述装置包括：

传感单元，用于通过电容分压从中压绝缘线路上采集过电压信号，将所述过电压信号转换为低压信号，并将所述低压信号传输至无线采集传输单元；

取能单元，用于通过电容分压从中压绝缘线路上获取电能，将所述电能经电气隔离、整流、滤波和降压后转换成直流电压信号，并将所述直流电压信号输出至所述无线采集传输单元，以通过所述直流电压信号为所述无线采集传输单元供电；

无线采集传输单元，用于接收所述直流电压信号和所述低压信号，对所述低压信号衰减后进行分析处理，以根据所述分析处理结果实现对所述中压绝缘线路的过电压信号的实时在线监测。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述传感单元包括串联连接的第一高压电容和第一低压电容，

所述第一高压电容连接至所述中压绝缘线路，所述第一低压电容的两端连接至所述无线采集传输单元。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一低压电容通过输入电阻连接同轴电缆的一端，所述同轴电缆的另一端通过串接的输出电阻和分压电容连接至所述无线采集传输单元。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述输入电阻和所述输出电阻为匹配电阻，所述输入电阻的阻值R₀和所述输出电阻的阻值R₁等于所述同轴电缆的波阻抗Z，

所述分压电容的电容值C₅被配置为所述第一高压电容的电容值C₃和所述第一低压电容的电容值C₄之和，以使所述低压信号经所述同轴电缆传输前和传输后的分压比恒定，

所述传感单元的分压比为K＝2(C₃+C₄)/C₃。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述取能单元包括串联连接的第二高压电容和第二低压电容，以及依次连接的过压保护电路、隔离变压器、桥式整流电路、RC低通滤波电路和DC/DC降压转换器，

所述第二高压电容连接至所述中压绝缘线路，所述第二低压电容的两端连接至所述过压保护电路的输入端，所述DC/DC降压转换器的输出端连接至所述无线采集传输单元，

所述取能单元的分压比为K₁＝C₁/(C₁+C₂)，

式中，所述第二高压电容的电容值为C₁，所述第二低压电容的电容值为C₂。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述过压保护电路包括并联连接的压敏电阻和气体放电管。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述无线采集传输单元包括数据采集模块和无线传输模块。

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述无线传输模块采用SIM800通信模块作为通信处理单元。

9.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括：

后台在线监测系统，用于接收所述无线采集传输单元输出的分析处理结果，并根据所述分析处理结果实现对所述中压绝缘线路的过电压信号的实时在线监测。

10.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括：

备用电源，用于在所述取能单元失效时，为所述无线采集传输单元供电。

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