CN201185036Y - 一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置 - Google Patents

一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置 Download PDF

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CN201185036Y CNU2008200652819U CN200820065281U CN201185036Y CN 201185036 Y CN201185036 Y CN 201185036Y CN U2008200652819 U CNU2008200652819 U CN U2008200652819U CN 200820065281 U CN200820065281 U CN 200820065281U CN 201185036 Y CN201185036 Y CN 201185036Y
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方定江
王世辉
付斌
张伟
王家礼
徐葵
李振柱
刘溟
郑德龙
邹建明
张崇飞
祁利
魏立雄
汤文华
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Abstract

一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置,无线传感系统由无线温度检测子系统、输电线路状态监测子系统、无线容性设备监测子系统和无线断路器监测子系统组成,各子系统中的无线传感器均由信号拾取单元,A/D数模转换单元,数据处理单元和数据传输单元组成,信号拾取单元经A/D数模转换单元与数据处理单元连接,数据处理单元上连接有供电单元,远程管理主站上对应各子系统设置有数据采集及处理系统。信号采集与无线传输一体化,提高了整个测量系统的准确性和运行可靠性。无需现场布线施工,安装、维护方便快捷,适用于电力高压、超高压供电设备及输电设施的在线监测,便于实施推广。

Description

一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置
技术领域
本实用新型涉及一种电力高压输变电设备的监测装置,特别是一种基于无线传感 技术的输变电在线监测装置。 技术背景
现有电网设备状态检修是指根据电网设备的运行状态合理安排检修时间和检修项 目,其基本指导思想是:设备应尽可能长时间地处于运行状态,只有在设备结构和性能 预计即将破坏的临界状态才停运检修,是以状态为基准的响应性检修。所以形成状态检 修亦称视情检修、预知检修、适应性检修等。状态检修可以减少停电次数,提高供电可 靠性;可以减少检修的费用开支,提高经济效益;可以减少设备事故和避免人身伤亡事 故。
目前,国内外对于输变电设备在线监测的理论研究和实际应用都处在发展完善中, 综合分析国内外研究应用的成果,该系统还存在以下几个主要问题:
1. 磁场干扰影响:现有在线监测系统对泄漏电流的采集都是由信号拾取装置和 信号处理单元构成,信号拾取装置将被监测设备的电流、电压信号输送给信号处理单元, 两者之间用电缆连接。这种方式难免会构成一个面积较大的闭合回路,工频磁场将在这 个回路中形成干扰电流;
2. 稳定性问题:容性设备在线监测系统的标准源信号是模拟量,通过电缆引至 信号处理单元,利用屏蔽电缆来传输模拟信号虽然可解决现场中的电场干扰问题,但对 于工频磁场干扰几乎不起作用,如果在传输的电压信号中叠加不同相位的干扰信号,即 使幅度只有1%,也会造成相位误差,这足以影响检测精度。电缆传输回路中的导线电 阻以及对地分布电容将导致相位偏移,其测量结果的稳定性也难以保证;
3. 数据可靠性:现有系统在运行一段时间后,数据通讯都会出现问题,其原因一 是因为通讯电缆都是走电缆沟,无法避免电缆沟内的强工频干扰信号;二是开关动作以 及变压器投切等强电磁场干扰,会串入通讯回路引起通讯回路故障,现场实测也证实,开关动作时引起的工频千扰的能量是很大的;
4.系统成本和实用性:现有系统都不利于标准化、规范化,安装调试都很繁琐, 费工费时,检修维护很不方便, 一旦有故障,必须由生产厂家来处理,同时成本过高, 投资过大,不经济实用。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述不足,提供一种检测精度高,抗干扰性强,同歩性和 可靠性好,低能耗,使用维护方便的一种基于无线传感技术的输变电在线监测系统,它 可采用标准化模块设计,无需现场布线施工,安装、维护方便快捷,便于实用化推广。 本实用新型的目的是这样实现的: 一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置, 包括无线传感系统及远程管理主站,其特征在于:所述无线传感系统由无线温度检测子 系统、输电线路状态监测子系统、无线容性设备监测子系统和无线断路器监测子系统组 成,所述各子系统中的无线传感器均由信号拾取单元,A/D数模转换单元,数据处理单 元和数据传输单元组成,信号拾取单元经A/D数模转换单元与数据处理单元连接,数 据处理单元上连接有供电单元和数据传输单元,所述远程管理主站上对应各子系统设置 有数据采集及处理系统。
本实用新型所述无线传感系统经数据采集分站与远程管理主站连通。 本实用新型所述无线温度检测子系统由分别设置在开关柜、高压或超高压母线、 高压开关接点或电缆上的温度测量无线传感器组成。
本实用新型所述输电线路状态监测子系统由设置在输电导线上的温度测量无线传 感器、电流电压无线传感器、距离测量无线传感器或导线应力无线传感器,设置在输电 塔架上的风速测量无线传感器或设置在绝缘子串上的绝缘子串应力无线传感器组成。 本实用新型所述距离测量无线传感器中的信号拾取单元为测距雷达。 本实用新型所述风速测量无线传感器的信号拾取单元采用风速传感器。 本实用新型所述无线容性设备监测子系统由分别设置在母线、容性设备、避雷器 或变压器上的电流电压无线传感器组成。
本实用新型所述断路器监测子系统由设置在断路器上的电流电压无线传感器,绝 缘杆应力无线传感器和断路器温度无线传感器组成。
本实用新型所述电流电压无线传感器中的数据采衆单元和数据处理单元之间连接 有补偿单元。 本实用新型所述无线传感器中的数据传输单元采用波长为200M-10G的无线传输 模块与数据采集分站或远程管理主站连通,所述数据采集分站采用GPRS通讯模块或 无线传输模块或光纤传输模块与远程管理主站连通。
本实用新型的优点是:1、测量设备之间无电气联接,信号采集与无线传输一体化, 低功耗设计,最大限度地避免强电磁场干扰对测量信号的影响,提高了整个测量系统的 准确性和运行可靠性。2、所有无线传感器能同时,同步釆样,保证所测设备均在同一 时刻进行数据采集,因而能对被测设备相位进行相对测量;通过无线同步实现对两个或 多个设备之间的相位差的测量,完成设备之间介质损耗的相对误差测量。3、所有无线 传感器采样信号的就地A/D转换,迅速简单的自动配置,采样数据可通过无线传输接 收模块或GPRS通讯模块即无线网络进行传送,完成对被测物的监测。4,全系统具有 可靠性自动恢复功能。其内置冗余可保证当某一节点脱离网络时,无线传感器可自动通 过迅速简单的搜寻,将节点数据自动路由到一个最近的替换节点,以保证了系统的可靠 稳定。5,无需现场布线施工,标准化模块设计,安装、维护方便快捷,适用于电力高 压、超高压供电设备及输电设施的在线监测,便于实施推广。
附图说明
图1是本实用新型无线传感器的原理框图 图2是本实用新型的数据采集分站的原理框图 图3是本实用新型无线传感方式的示意图 具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。 参见图1、图2、图3, —种基于无线传感技术的输变电在线监测装置,包括无线 传感系统及远程管理主站,所述无线传感系统由无线温度检测子系统、输电线路状态监 测子系统、无线容性设备监测子系统和无线断路器监测子系统组成,所述各子系统中的 无线传感器均由信号拾取单元,A/D数模转换单元,数据处理单元和数据传输单元组成, 信号拾取单元经A/D数模转换单元与数据处理单元连接,数据处理单元上连接有供电 单元和数据传输单元,所述远程管理主站上对应各子系统设置有数据采集及处理系统。 所述无线传感系统可直接与远程管理主站连通,其中无线传感器中的数据传输单元采用 200M-IOG的无线传输模块与数据采集分站或远程管理主站连通。为了扩大远程管理主 站的管理区域,最好是使所述无线传感系统经数据采集分站与远程管理主站连通。数据
采集分站采用GPRS通讯模块或无线传输模块或光纤传输模块与远程管理主站连通。
实施例1
本实用新型所述无线温度检测子系统由分别设置在开关柜、高压或超高压母线、 高压开关接点或电缆上的温度测量无线传感器组成。主要实现对电力系统的开关柜、高 压和超高压母线、高压开关接点、运行电缆、电缆沟的(以及人员无法接近的其它危险、 恶劣环境)温度进行实时在线监测,达到在中心监控室内就可以监视设备的运行温度状
态的目的。无线温度子监测系统是这样工作的:温度测量无线传感器中的温度传感器将 采集的数据送入数据处理单元,数据处理单元处理后通过数据传输单元无线发射至数据 采集分站,数据采集分站接收到数据后由数据处理单元进行处理,后将多个温度采集点 的温度数据信息共同打包发送给远程管理主站。所达到的技术要求是:频率范围: 430/868/915MHZ/2.4(;HZ(可选);传输距离:50M;发射电流:llmA;睡眠电流:2uA; 测量温度:-55°C〜+125°C;测量精度:+0.5°C;测量时问间隔:卜600秒(可设)。 实施例2
本实用新型所述输电线路状态监测子系统由设置在输电导线上的温度测量无线传 感器、电流电压无线传感器、距离测量无线传感器或导线应力无线传感器,设置在输电 塔架上的风速测量无玄戋传感器或设覽在绝缘子串上的绝缘子串应力无线传感器组成。所 述距离测量无线传感器中的信号拾取单元为测距雷达。所述风速测量无线传感器的信号 拾取单元采用三杯式风速传感器。所述绝缘子串应力无线传感器可采用通用的 无 线传感器。主要实现对电力高压、超高压线路状态的监测和预警,可获得温度、风力、 电流、输电线路弧垂离地距离以及绝缘子串受力状态的数据。线路状态监测子系统是这
样工作的:通过GPRS网络实现数据发送到上位管理计算机,通过相应的分析软件进行 图表、曲线等数据分析,从而监测输屯线路载流量的状态。达到的技术要求是:a.温度 测量单元:每分钟测量一次,测量范围-25'C〜+125X:,测量误差《+0.5'C,温度测量 单元电源由线路电源通过丌口式CT取得,功耗《20mW; b.电流测量单元:测量间隔时
间:l次/60秒;测量范围:0〜1200A;测量误差:《+ 10% (400A〜800A《+1%);电源: 由线路电源通过开口式CT取得;功耗:《20mW; C.距离测量单元:采用雷达测距原理 来完成导线对地距离的测量,测量间隔时间:l次/60秒;测量范围:1〜50m;测量误
差:1〜4m 土10cm; 4〜15m土20cm; 15〜30m土30cm;电源:由线路电源通过开口式CT
取得;功耗:《1W; d.风速测量单元:采用风速传感器来完成风速的测量,测量间隔时
200820065281.9
说明书第5/6页
间:l次/60秒;测量范围:0〜30m/S;测量误差:±5%;电源:由线路电源通过开口式 CT取得。
实施例3
本实用新型所述无线容性设备监测子系统由分别设置在母线、容性设备、避雷器 或变压器上的电流电压无线传感器组成。为避免和消除激磁电流对采集信号的影响,保 证所采集数据的准确,本装置的各子系统中所述电流电压无线传感器中的信号拾取单元 和数据处理单元之间连接有补偿单元。数据处理单元通过补偿单元对数据进行校对和比 较,以得出真实准确的监测数据。而且在本装置的各子系统中的电流电压无线传感器最 好是采用由申请人研制的申请号为:200720083988.8的"一种无线同步电流电压传感 器",它可以更好地保证各传感器间数据传输的同步性。
无线容性设备监测子系统主要实现电力容性设备PT.CT.套管.避雷器.耦合电容器 等等设备进行在线监测。容性设备监测子系统是这样工作的:通过与实施例1基本相同 的方法实现数据发送到上位管理计算机。容性设备在线监测主要内容及达到技术指标参 见下表:
设备名称和项目 监测参数 测量范围 测量精度
母线PT电压 母线电压 35KV〜550KV 0.50%
电容性设备 末屏电流 lmA〜700mA 0.50%
介质损耗 0~10% 0.10%
等值电容 30pF〜0.3uF 1%
MOA避雷器 全电流 35uA〜10mA 1%
阻性电流 35uA〜10mA 5%
变压器 铁芯电流 10uA〜10A 2%
实施例4
本实用新型所述统断路器监测子系统由设置在断路器上的电流电压无线传感器,绝 缘杆应力无线传感器和断路器温度无线传感器组成。所述电流电压无线传感器中的数据 采集单元和数据处理单元之间连接有补偿单元。系统的无线断路器监测系统是这样工作
的:通过与实施例1和实施例3基本相同的方法,实时记录断路器在正常开断、空载开 断、故障开断的动作日期;累计记录断路器在正常开断、空载开断、故障开断的动作次
8
数;实时记录断路器开断时分闸线圈电流波形及动作时间;实时记录断路器合闸时合闸 线圈电流波形及动作时间;实时记录断路器开断时三相电流波形;监督断路器偷跳及断 路器拒动情况。 实施例5
本实用新型的远程管理主站为上位管理机,是系统装置的主站,由数据转接屏、无 线温度接收装置、无线容性设备接收装置、无线断路器接收装置等装置以及后台管理分 析软件组成。数据转接屏为防护等级IP56不锈钢屏体,安装于变电站中心区域,方便 无线信号的接收。完成处理、分析和报告数据的功能。本装置采用了无线传感器技术, 信号采集与无线传输一体化,低功耗设计,彻底杜绝强电磁场的干扰对测量信号的影响。 本实用新型采用了无线同步技术,通过无线同步实现对两个设备之间的相位差的 测量,完成设备之间介质损耗的相对误差测量,无线传感器之间的同步误差<3微秒; 本实施例采用了无线组网技术,迅速简单的自动配置,使全系统具有了可靠性自动恢复 功能,内置冗余保证某一节点不在网络中,节点数据将自动路由到一个替换节点以保证 系统的可靠稳定,测量准确性和运行可靠性高。无需现场布线施工,标准化模块设计, 安装、维护方便快捷,便于实施推广。本实用新型适用于电力高压、超高压供电设备及 输电设施的在线监测,通过提取被测设备的特征参数进行在线分析、判断,达到在线"故 障诊断"的目的,从而便于及时地对设备进行检修。

Claims (10)

1.一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置,包括无线传感系统及远程管理主站,其特征在于:所述无线传感系统由无线温度检测子系统、输电线路状态监测子系统、无线容性设备监测子系统和无线断路器监测子系统组成,所述各子系统中的无线传感器均由信号拾取单元,A/D数模转换单元,数据处理单元和数据传输单元组成,信号拾取单元经A/D数模转换单元与数据处理单元连接,数据处理单元上连接有供电单元和数据传输单元,所述远程管理主站上对应各子系统设置有数据采集及处理系统。
2. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置,其特征在于:所述无线传感系统经数据采集分站与远程管理主站连通。
3. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置,其特征在于:所述无线温度检测子系统由分别设置在开关柜、高压或超高压母线、高压开关接 点或电缆上的温度测量无线传感器组成。
4. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置,其特征在于:所述输电线路状态监测子系统由设置在输电导线上的温度测量无线传感器、电流 电压无线传感器、距离测量无线传感器或导线应力无线传感器,设置在输电塔架上的风 速测量无线传感器或设置在绝缘子串上的绝缘子串应力无线传感器组成。
5. 根据权利要求4所述的一种基于无线传感技术的输变电在线监测系装置,其特征在于:所述距离测量无线传感器中的信号拾取单元为测距雷达。
6. 根据权利要求4所述的一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置,其特征 在于:所述风速测量无线传感器的信号拾取单元采用风速传感器。
7. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置,其特征 在于:所述无线容性设备监测子系统由分别设置在母线、容性设备、避雷器或变压器上 的电流电压无线传感器组成。
8. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感技术的输变电在线监测系装置,其特 征在于:所述统断路器监测子系统由设置在断路器上的电流电压无线传感器,绝缘杆应 力无线传感器和断路器温度无线传感器组成。
9. 根据权利要求4或7或8所述的一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置, 其特征在于:所述电流电压无线传感器中的数据采集单元和数据处理单元之间连接有补 偿单元。
10.根据权利要求1或2所述的一种基于无线传感技术的输变电在线监测装置,其 特征在于:所述无线传感器中的数据传输单元采用频率为200M-10GHZ的无线传输模块与 数据采集分站或远程管理主站连通,所述数据采集分站采用GPRS通讯模块或无线传输 模块或光纤传输模块与远程管理主站连通。
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