CN114966292A - 一种35kV线路防雷装置监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种35kV线路防雷装置监测系统，一方面将35kV输电线路的避雷器换成了结构为鼠笼式结构，且避雷器阀片直径为52mm的35kV大通流避雷器，在通流能力和防潮防爆性能上相比于使用传统的避雷器得到了大幅提高，另一方面，对35kV大通流避雷器设置了以自下而上分布的设备层、感知层、网络层、平台层和用户层的监测系统架构，实现了对35kV大通流避雷器的状态评估和展示，能够及时发现35kV线路有缺陷的避雷器，降低了避雷器的维护要求，提升了35kV线路的防雷水平和供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及防雷设备监测技术领域，尤其涉及一种35kV线路防雷装置监测系统。
背景技术
35kV输电线路存量大，且绝缘水平较低，容易引起雷电过电压故障，从而对地区供电可靠性造成严重影响。多年来，受雷电活动强烈，35kV输电线路避雷器受技术规范及选型、使用不当等因素影响，受损问题严重，运行状态堪忧，故障率居高不下，使用寿命端。雷击故障已成为影响35kV系统安全运行的主要因素之一。
传统的35kV输电线路防雷设计标准较低，绝缘配置低，除进线段1.5km外均无地线，因此，往往造成强雷区和多雷区35kV线路防雷能力明显不足，雷击跳闸率居高不下。在运35kV线路因杆塔荷载、结构间隙、对地距离等限制，难以采取加装地线和提高绝缘进行防雷改造，所以防雷措施主要依靠避雷器和降低接地电阻，但当前35kV避雷器产品参差不齐、容易受损且运行维护难度较大，因此，亟需开展适用于35kV线路安全可靠、防雷有效、易于维护的35kV线路防雷装置的防雷性能研究，及时发现有缺陷的避雷器，提升35kV线路的防雷水平和供电可靠性。
发明内容
本发明提供了一种35kV线路防雷装置监测系统，用于解决现有的35kV线路的防雷装置维护难度大，且难以及时发现有缺陷的防雷装置，不利于提升35kV线路的防雷水平和供电可靠性的技术问题。
有鉴于此，本发明提供了一种35kV线路防雷装置监测系统，包括自下而上分布的设备层、感知层、网络层、平台层和用户层；
设备层包括35kV大通流避雷器和电压互感器；
感知层包括雷电流互感器、泄露电流互感器、工频互感器、信号采集模块、时钟模块和通信模块；
网络层包括通信转换模块、协议转换模块和互联网；
平台层包括云端存储模块和数据库模块；
用户层包括PC客户端；
35kV大通流避雷器为鼠笼式结构，且避雷器阀片直径为52mm，35kV大通流避雷器设置于35kV输电线路中，用于对35kv输电线路的设备进行过压保护；
电压互感器用于获取35kv输电线路所在电网的电压基准信号数据；
雷电流互感器用于获取35kV大通流避雷器动作过程中的雷电流数据；
泄露电流互感器用于获取35kV大通流避雷器运行中的泄露电流数据；
工频互感器用于获取台区电压互感器的二次电压信号数据；
时钟模块用于获取实时时间数据；
信号采集模块用于采集雷电流互感器的雷电流数据、泄露电流互感器的泄露电流数据、电压互感器的电压基准信号数据和时钟模块的实时时间数据；
通信模块用于将信号采集模块的雷电流数据、泄露电流数据、电压基准信号数据和实时时间转换数据为以OPGW光纤通信模式传输的数据；
通信转换模块用于将通信模块发送过来的以OPGW光纤通信模式传输的数据转换为以网络通信模式传输的数据；
协议转换模块用于在接收到以网络通信模式传输的数据后，进行协议转换，通过互联网将数据传送至云端存储模块；
云端存储模块使用Hadoop分布式数据存储框架对数据进行存储和访问；
云数据库用于存储电网台区信息、35kV大通流避雷器信息、雷电流数据、泄露电流数据和电压基准信号数据；
PC客户端用于通过云端存储模块访问云数据库，根据预设的35kV大通流避雷器动作次数和动作时间以及对泄露电流数据分析得到的阻性分量数据，对35kV大通流避雷器的工作状态进行评估和展示。
可选地，用户层还包括远程访问APP；
远程访问APP用于在移动终端上以可视化组件对35kV大通流避雷器的工作状态数据进行动态显示。
可选地，雷电流互感器的数量为3个，雷电流互感器为罗氏线圈电流互感器；
罗氏线圈电流互感器获取的雷电流数据经过差分放大后经过AD高速芯片采样送至信号采集模块的微处理器。
可选地，泄露电流互感器的数量为3个，泄露电流互感器为坡莫合金互感器；
坡莫合金互感器获取的泄露电流数据经过放大处理后送至信号采集模块的微处理器内部AD采样器。
可选地，工频互感器输出的电压分成两部分，一部分电压经过放大处理后送至信号采集模块的微处理器内部AD采样器，另一部分电压经过AD/DC转换器变换为直流电压，作为电源使用。
可选地，PC客户端使用C/S结构为用户提供WEB服务，使用echart组件对35kV大通流避雷器的工作状态数据进行动态显示。
可选地，罗氏线圈电流互感器为两个特性完全一致但绕向相反的PCB罗氏线圈串联构成的差分模式结构。
可选地，信号采集模块还用于：
信号采集模块的微处理器从高速AD芯片内读取数据并写入雷电流数据缓存区，其中，雷电流数据缓存区为环形结构，通过指针变量式中指向最新地址；
当信号采集模块的微处理器检测到雷电流超过阈值时，将此时的地址之前50us及之后的250us的雷电流数据转存到雷电流存储区。
可选地，时钟模块为GPS北斗授时模块。
可选地，雷电流互感器的电流测量上限大于100kA。
从以上技术方案可以看出，本发明提供的35kV线路防雷装置监测系统具有以下优点：
本发明提供的35kV线路防雷装置监测系统，一方面将35kV输电线路的避雷器换成了结构为鼠笼式结构，且避雷器阀片直径为52mm的35kV大通流避雷器，在通流能力和防潮防爆性能上相比于使用传统的避雷器得到了大幅提高，另一方面，对35kV大通流避雷器设置了以自下而上分布的设备层、感知层、网络层、平台层和用户层的监测系统架构，通过设备层的电压互感器获取电网电压基准信号数据，通过感知层的感知传感器：雷电流互感器、泄露电流互感器和工频互感器，分别获取雷电流数据、泄露电流数据和台区电压互感器的二次电压信号数据，同时通过感知层的时钟模块获取实时时间数据确定雷电流的发生时间，然后通信模块以OPGW光纤通信的方式将感知传感器监测到的数据和时钟模块的时间数据传输给网络层，由网络层进行协议转换和数据传输，将数据传输至平台层进行存储，平台层提供存储和访问功能，用户层可通过访问平台层的数据进行数据分析，从而实现对35kV大通流避雷器的状态评估和展示，因而能够及时发现35kV线路有缺陷的避雷器，降低了避雷器的维护要求，提升了35kV线路的防雷水平和供电可靠性，因此，发明提供的35kV线路防雷装置监测系统解决了现有的35kV线路的防雷装置维护难度大，且难以及时发现有缺陷的防雷装置，不利于提升35kV线路的防雷水平和供电可靠性的技术问题。
附图说明
为了更清楚的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的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明中提供的一种35kV线路防雷装置监测系统的架构图；
图2为本发明中提供的一种35kV线路防雷装置监测系统的感知层传感器连接示意图；
图3为本发明中提供的雷击电流示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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做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。
为了便于理解，请参阅图1，本发明中提供了一种35kV线路防雷装置监测系统的实施例，包括自下而上分布的设备层、感知层、网络层、平台层和用户层；
设备层包括35kV大通流避雷器和电压互感器；
感知层包括雷电流互感器、泄露电流互感器、工频互感器、信号采集模块、时钟模块和通信模块；
网络层包括通信转换模块、协议转换模块和互联网；
平台层包括云端存储模块和数据库模块；
用户层包括PC客户端；
35kV大通流避雷器为鼠笼式结构，且避雷器阀片直径为52mm，35kV大通流避雷器设置于35kV输电线路中，用于对35kv输电线路的设备进行过压保护；
电压互感器用于获取35kv输电线路所在电网的电压基准信号数据；
雷电流互感器用于获取35kV大通流避雷器动作过程中的雷电流数据；
泄露电流互感器用于获取35kV大通流避雷器运行中的泄露电流数据；
工频互感器用于获取台区电压互感器的二次电压信号数据；
时钟模块用于获取实时时间数据；
信号采集模块用于采集雷电流互感器的雷电流数据、泄露电流互感器的泄露电流数据、电压互感器的电压基准信号数据和时钟模块的实时时间数据；
通信模块用于将信号采集模块的雷电流数据、泄露电流数据、电压基准信号数据和实时时间转换数据为以OPGW光纤通信模式传输的数据；
通信转换模块用于将通信模块发送过来的以OPGW光纤通信模式传输的数据转换为以网络通信模式传输的数据；
协议转换模块用于在接收到以网络通信模式传输的数据后，进行协议转换，通过互联网将数据传送至云端存储模块；
云端存储模块使用Hadoop分布式数据存储框架对数据进行存储和访问；
云数据库用于存储电网台区信息、35kV大通流避雷器信息、雷电流数据、泄露电流数据和电压基准信号数据；
PC客户端用于通过云端存储模块访问云数据库，根据预设的35kV大通流避雷器动作次数和动作时间以及对泄露电流数据分析得到的阻性分量数据，对35kV大通流避雷器的工作状态进行评估和展示。
需要说明的是，本发明实施例中提供的35kV线路防雷装置监测系统的整体架构如图1所示，自下而上包括设备层、感知层、网络层、平台层和用户层。
设备层的35kV大通流避雷器为目标监测设备，其避雷器阀片直径为52mm，标称放电电流为10kA，相比于传统的通流能力为5kA的避雷器通流能力大一倍，在结构设计上，35kV大通流避雷器采用鼠笼式结构，具有优异的防潮和防爆性能。设备层的电压互感器用于从35kv输电线路所在电网获取电压基准信号数据。
感知层由感知传感器、信号采集模块和通信模块三个部分组成，感知传感器包括雷电流互感器、泄露电流互感器、工频传感器和时钟模块，雷电流互感器用于获取35kV大通流避雷器动作过程中的雷电流数据(如雷电流信号波形)，泄露电流互感器用于获取35kV大通流避雷器运行中的泄露电流数据，工频互感器用于获取台区电压互感器的二次电压信号数据，时钟模块可以是GPS北斗授时模块，用于获取实时时间数据，因而，根据时钟模块和雷电流互感器，可以获取到雷电流发生时间。信号采集模块用于采集雷电流互感器的雷电流数据、泄露电流互感器的泄露电流数据、电压互感器的电压基准信号数据和时钟模块的实时时间数据。通信模块用于将信号采集模块的雷电流数据、泄露电流数据、电压基准信号数据和实时时间转换数据为以OPGW光纤通信模式传输的数据。35kV线路以OPGW光纤通信模式传输的数据有以下优点：
电力企业租用运营商移动通信网络资源，电力企业自建无线终端，移动通信网络则由运营商负责建设和维护，在实际运行过程中，由于电网企业无法监控无线终端、无线链路的运行情况，因而，在运行维护过程中完全依赖运营商，造成故障发现和处理不及时的现象，且无线运营商的信号覆盖与人口分布密切相关，在人烟稀少的山区等地，通常无运营商信号，严重影响配电自动化相关业务的开展，而OPGW光缆具有传输容量大、高速率、传输距离长、抗干扰性强、绝缘性能好，能够很好地解决无线通信的以上缺点。同时，OPGW光缆为电力企业专网使用，安全性得到保障。
网络层由通信转换模块、协议转换模块和互联网组成，通信转换模块用于将通信模块发送过来的以OPGW光纤通信模式传输的数据转换为以网络通信模式传输的数据，协议转换模块用于在接收到以网络通信模式传输的数据后，进行协议转换，通过互联网将数据传送至云端存储模块。
平台层由云端存储模块和云数据库组成，云端存储模块使用Hadoop分布式数据存储框架对数据进行存储和访问，云数据库用于存储电网台区信息、35kV大通流避雷器信息、雷电流数据、泄露电流数据和电压基准信号数据。
用户层设置有PC客户端，PC客户端用于通过云端存储模块访问云数据库，根据预设的35kV大通流避雷器动作次数和动作时间以及对泄露电流数据分析得到的阻性分量数据，对35kV大通流避雷器的工作状态进行评估和展示。PC客户端可以使用JDBC技术访问数据路，通过echart可视化组件生成避雷器的数据图表，对35kV大通流避雷器的数据进行动态显示。PC客户端使用C/S结构为用户提供WEB服务，用户通过WEB浏览器访问云存储模块，WEB服务使用JAVA的SSH框架，能够满足企业级高性能数据处理和运算需求。
用户层还可以设置有远程访问APP，远程访问APP用于在移动终端上以可视化组件对35kV大通流避雷器的工作状态数据进行动态显示。移动终端通过远程访问APP可以使用JDBC技术通过云端存储模块访问云数据库，根据预设的35kV大通流避雷器动作次数和动作时间以及对泄露电流数据分析得到的阻性分量数据，然后通过echart可视化组件在移动终端上生成避雷器的数据图表，对35kV大通流避雷器的数据进行动态显示。用户在远程访问APP端完成登录后，可以对35kV大通流避雷器进行实时数据监控，可以接收到雷电发生的提醒和报警，为用户提供便捷的数据服务。
本发明提供的35kV线路防雷装置监测系统，一方面将35kV输电线路的避雷器换成了结构为鼠笼式结构，且避雷器阀片直径为52mm的35kV大通流避雷器，在通流能力和防潮防爆性能上相比于使用传统的避雷器得到了大幅提高，另一方面，对35kV大通流避雷器设置了以自下而上分布的设备层、感知层、网络层、平台层和用户层的监测系统架构，通过设备层的电压互感器获取电网电压基准信号数据，通过感知层的感知传感器：雷电流互感器、泄露电流互感器和工频互感器，分别获取雷电流数据、泄露电流数据和台区电压互感器的二次电压信号数据，同时通过感知层的时钟模块获取实时时间数据确定雷电流的发生时间，然后通信模块以OPGW光纤通信的方式将感知传感器监测到的数据和时钟模块的时间数据传输给网络层，由网络层进行协议转换和数据传输，将数据传输至平台层进行存储，平台层提供存储和访问功能，用户层可通过访问平台层的数据进行数据分析，从而实现对35kV大通流避雷器的状态评估和展示，因而能够及时发现35kV线路有缺陷的避雷器，降低了避雷器的维护要求，提升了35kV线路的防雷水平和供电可靠性，因此，发明提供的35kV线路防雷装置监测系统解决了现有的35kV线路的防雷装置维护难度大，且难以及时发现有缺陷的防雷装置，不利于提升35kV线路的防雷水平和供电可靠性的技术问题。
在一个实施例中，如图2所示，雷电流互感器的数量为3个，雷电流互感器为罗氏线圈电流互感器，罗氏线圈电流互感器获取的雷电流数据经过差分放大后经过AD高速芯片采样送至信号采集模块的微处理器，泄露电流互感器的数量为3个，泄露电流互感器为坡莫合金互感器，坡莫合金互感器获取的泄露电流数据经过放大处理后送至信号采集模块的微处理器内部AD采样器，工频互感器输出的电压分成两部分，一部分电压经过放大处理后送至信号采集模块的微处理器内部AD采样器，另一部分电压经过AD/DC转换器变换为直流电压，作为电源使用。
需要说明的是，35kV线路流过避雷器的雷击电流可达100kA，因此，了电流互感器的测量上限需要达到100kA，并且能够保证有裕量。另一方面，雷击电流为高速冲击电流，如图3所示，波头(电流从峰值的10％上升到峰值的90％)时间为8微秒，半峰值时间(从波头始点到波尾降至50％峰值的时间)为20微秒。因此，雷电流互感器必须具有高的动态范围和高的响应速度，因此，本发明实施例中雷电流互感器采用罗氏线圈电流互感器。由于雷击电流大，相邻避雷器引下线雷击电流产生的磁场会穿过罗氏线圈，造成信号串扰，因而如何解决串扰问题是雷电流互感器的关键问题之一。因此，本发明实施例中罗氏线圈电流互感器为两个特性完全一致但绕向相反的PCB罗氏线圈串联构成的差分模式结构，与差分放大器配合，能够大大提高罗氏线圈的抗干扰能力和精度。采用PCB制作罗氏线圈，对称性比线绕的更容易控制和批量生产。本发明实施例中，设置3路雷电流信号采样、3路泄露电流信号采样和1路电压信号采样，即罗氏线圈电流互感器设置3个，坡莫合金互感器设置3个，工频互感器设置1个，当检测到雷电流出现后，需要将雷电流实时数据进行存储，并通过光纤上传，同时定时对泄露电流和台区二次电压进行采样，计算泄露电流阻性分量的基波峰值和3次谐波峰值，并将数据通过光纤上传。
3个罗氏线圈电流互感器输出的雷电流信号经过差分放大后进入高度AD芯片，信号采集模块的微处理器从高速AD芯片内读取数据并写入雷电流数据缓存区，该缓存区为环形结构，通过指针变量始终指向最新地址。当检测到雷电流超过阈值时，将此时的地址之前50us及之后的250us的数据转存到雷电流存储区并通过光纤发送到网络层。典型的雷电流波形是8/20us，取前50us及之后的250us的数据能够将完整的雷电流波形记录下来。检测到雷电流超过阈值时再触发记录相关数据，可以让采样或处理电路处于待机状态，节省电量。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种35kV线路防雷装置监测系统，其特征在于，包括自下而上分布的设备层、感知层、网络层、平台层和用户层；
设备层包括35kV大通流避雷器和电压互感器；
感知层包括雷电流互感器、泄露电流互感器、工频互感器、信号采集模块、时钟模块和通信模块；
网络层包括通信转换模块、协议转换模块和互联网；
平台层包括云端存储模块和数据库模块；
用户层包括PC客户端；
35kV大通流避雷器为鼠笼式结构，且避雷器阀片直径为52mm，35kV大通流避雷器设置于35kV输电线路中，用于对35kv输电线路的设备进行过压保护；
电压互感器用于获取35kv输电线路所在电网的电压基准信号数据；
雷电流互感器用于获取35kV大通流避雷器动作过程中的雷电流数据；
泄露电流互感器用于获取35kV大通流避雷器运行中的泄露电流数据；
工频互感器用于获取台区电压互感器的二次电压信号数据；
时钟模块用于获取实时时间数据；
信号采集模块用于采集雷电流互感器的雷电流数据、泄露电流互感器的泄露电流数据、电压互感器的电压基准信号数据和时钟模块的实时时间数据；
通信模块用于将信号采集模块的雷电流数据、泄露电流数据、电压基准信号数据和实时时间转换数据为以OPGW光纤通信模式传输的数据；
通信转换模块用于将通信模块发送过来的以OPGW光纤通信模式传输的数据转换为以网络通信模式传输的数据；
协议转换模块用于在接收到以网络通信模式传输的数据后，进行协议转换，通过互联网将数据传送至云端存储模块；
云端存储模块使用Hadoop分布式数据存储框架对数据进行存储和访问；
云数据库用于存储电网台区信息、35kV大通流避雷器信息、雷电流数据、泄露电流数据和电压基准信号数据；
PC客户端用于通过云端存储模块访问云数据库，根据预设的35kV大通流避雷器动作次数和动作时间以及对泄露电流数据分析得到的阻性分量数据，对35kV大通流避雷器的工作状态进行评估和展示。
2.根据权利要求1所述的35kV线路防雷装置监测系统，其特征在于，用户层还包括远程访问APP；
远程访问APP用于在移动终端上以可视化组件对35kV大通流避雷器的工作状态数据进行动态显示。
3.根据权利要求1所述的35kV线路防雷装置监测系统，其特征在于，雷电流互感器的数量为3个，雷电流互感器为罗氏线圈电流互感器；
罗氏线圈电流互感器获取的雷电流数据经过差分放大后经过AD高速芯片采样送至信号采集模块的微处理器。
4.根据权利要求3所述的35kV线路防雷装置监测系统，其特征在于，泄露电流互感器的数量为3个，泄露电流互感器为坡莫合金互感器；
坡莫合金互感器获取的泄露电流数据经过放大处理后送至信号采集模块的微处理器内部AD采样器。
5.根据权利要求4所述的35kV线路防雷装置监测系统，其特征在于，工频互感器输出的电压分成两部分，一部分电压经过放大处理后送至信号采集模块的微处理器内部AD采样器，另一部分电压经过AD/DC转换器变换为直流电压，作为电源使用。
6.根据权利要求1所述的35kV线路防雷装置监测系统，其特征在于，PC客户端使用C/S结构为用户提供WEB服务，使用echart组件对35kV大通流避雷器的工作状态数据进行动态显示。
7.根据权利要求3所述的35kV线路防雷装置监测系统，其特征在于，罗氏线圈电流互感器为两个特性完全一致但绕向相反的PCB罗氏线圈串联构成的差分模式结构。
8.根据权利要求7所述的35kV线路防雷装置监测系统，其特征在于，信号采集模块还用于：
信号采集模块的微处理器从高速AD芯片内读取数据并写入雷电流数据缓存区，其中，雷电流数据缓存区为环形结构，通过指针变量式中指向最新地址；
当信号采集模块的微处理器检测到雷电流超过阈值时，将此时的地址之前50us及之后的250us的雷电流数据转存到雷电流存储区。
9.根据权利要求1所述的35kV线路防雷装置监测系统，其特征在于，时钟模块为GPS北斗授时模块。
10.根据权利要求1所述的35kV线路防雷装置监测系统，其特征在于，雷电流互感器的电流测量上限大于100kA。
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