CN201666913U - 输电线路杆塔雷击波形监测系统 - Google Patents

Abstract

输电线路杆塔雷击波形监测系统，涉及电力系统电气设备防雷领域。目前，输电线路杆塔雷击波形监测装置系统的分机与主机由太阳能板提供电能，太阳能电板其受天气的影响较大，持续阴雨天可能造成蓄电量不足，设备无法正常工作，且其安装麻烦。本实用新型包括主机、可与主机网络连接的服务器及复数个与主机通信相连的分机，其特征在于：所述的监测系统设有风力发电机，所述的风力发电机输出的电能通过导线存于分机箱及主机箱内的蓄电池中，经一调压模块后为同一机箱内的用电模块提供电源。采用风能发电，避免因系统在网运行进间长蓄电池老化所致的不能长时间工作在阴雨天的缺点；且风力发电技术成熟，在可再生能源中成本相对较低。

Description

输电线路杆塔雷击波形监测系统

【技术领域】

本实用新型涉及电力系统电气设备防雷领域，尤指输电线路杆塔雷击波形监测系统。

【背景技术】

目前，输电线路杆塔雷击波形监测装置系统，包括有设有雷电流传感器的分机及与分机通过接插件相连的主机。现分机与主机上电能主要由太阳能板提供，太阳能板产生的电能通过蓄电池存贮，蓄电池的电能经过变压器与用电设备相连，如此结构至少存在以下问题：1、太阳能电板只能在白天才能给蓄电池充电；不能在阴雨天给蓄电池充电，其受天气的影响较大，若持续阴雨天，则可能造成蓄电量不足，设备无法正常工作。2、由于监测电路的杆塔结构存在差异，而太阳能板安装位置要求朝正南且具备一定的仰角，导致太阳能板难以在不同的支撑架上方便地安装固定。

【实用新型内容】

本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种输电线路杆塔雷击波形监测系统，使其能长时间可靠工作而不受阴雨天的影响。为此，本实用新型采取以下技术方案：

输电线路杆塔雷击波形监测系统，包括主机、可与主机网络连接的服务器及复数个与主机通信相连的分机，其特征在于：所述的分机包括可开口以套接在监测线路上的环形雷电流传感器、一可固设于杆塔的分机箱及设于分机箱内的与雷电流传感器导线相连的雷击信号采集模块、与采集模块相连的无线模块；所述的主机包括可固设于杆塔的主机箱及设于主机箱内的可与分机通讯相连的无线模块、对接收自分机的信息进行处理的数据处理模块及用于上网连接服务器以传输经数据处理模块处理后数据的GPRS模块；所述的监测系统设有风力发电机，所述的风力发电机输出的电能通过导线存于分机箱及主机箱内的蓄电池中，经一调压模块后为同一机箱内的用电模块提供电源。采用风能发电，避免因系统在网运行进间长蓄电池老化所致的不能长时间工作在阴雨天的缺点；具有雷电时，往往风较强，故风力发电机提供的电能较充足，保证设备可靠工作；且风力发电技术成熟，在可再生能源中成本相对较低。雷电流传感器的两根信号线连接到雷击信号采集模块，当分机收到主机读取命令后，通过无线模块把数据发送给主机。主机无线模块负责与分机进行本地通信，在收到分机发过来的数据后，经数据处理模块处理后保存在一存储器中，在GPRS模块收到数据读取命令时，通过GPRS模块把数据发送到服务器，存储器可采FLASH芯片。在安装时，只需将分机箱及主机箱固定在杆塔上，两者之间通过无线网络进行通讯而不需要连接数据线，提高设备的安全性的同时方便安装。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型还包括以下附加技术特征：

所述的雷击信号采集模块包括与雷电流传感器引线相连的信号调理模块、高速采样处理模块及通过一接插件与高速采样处理模块相连的采集终端：

所述信号调理模块将雷电流传感器送来的信号调理成合适的模拟电压信号；

所述高速采样处理模块对通过信号调理模块的电压信号进行高速采样，对采样数据进行实时滤波处理，将雷击数据存储，并通知采集终端调取；

采集终端读取存于高速采样处理模块的数据后对数据进一步处理，并将处理的最终结果存于存储器中，在收到主机读取命令后，通过无线模块将存于存储器中的数据发送于给主机。高速采样处理模块对从信号调理模块读取的数据进行实时滤波处理，删除非雷击数据，把超过检测阀值的雷击数据存入自己的缓冲区，并用硬件中断的方式通知采集终端来读取；对于采集终端已读取的数据，将自动被清除出缓冲区。在每条导线上安装了一个雷电流采集装置(称之为：分机)，本系统由多个分机和一个主机构成，分机可通过433MHz无线传输把采集到的数据发送给主机。

所述的高速采样处理模块包括A/D转换芯片、与A/D转换芯片相连的FPGA芯片及为FPGA加载编译代码的启动芯片。传感器采集的信号经过信号调理电路后，送入在FPGA控制下的高速A/D转换芯片，高速A/D在FPGA芯片控制下完成对雷击信号的高速采集。启动芯片可为XCF04，用于存储VHDL编译代码，FPGA芯片可为XC3S250，当XC3S250启动时就是从XCF04加载VHDL编译代码。FPGA芯片具有高速采样的能力，处理速度快，使雷击波形准确。

所述的主机设有用于补偿系统时钟的GPS模块。采用GPS获取时间补偿系统本身时钟，提高时间精度，便于雷击数据的综合管理。

所述的服务器通过GPRS网络与主机相连，所述的服务器设有中心平台软件功能模块；所述的中心平台软件功能模块包括

系统设置模块：完成系统的用户设置、通讯参数设置；

系统基础数据管理模块：完成现场终端、安装地点时间、采集点参数、负责人管理及转换功能；

数据统计分析模块：完成信息的查询分析、统计、采集点数据的统计分析及维护统计功能；

维护模块：完成设备监测、维护信息数据建立功能。

所述的雷电流传感器包括置于一座体中的空心环状绝缘体，所述绝缘体的表面覆设复数个金属导电条，绝缘体的内、外边缘间隔设有带金属层的过孔，所述的过孔通过导电条依次连接，所述的绝缘体上还设有复数个引出端。导电条形成的导电回路构成线圈，该空心环形的线圈(罗氏线圈)直接环套在被测量的导体上，导体中流过的交流电流会在导体周围产生一个交替变化的磁场，从而在线圈中感应出一个与电流变比成比例的交流电压信号，这个电压信号可以准确地再现被测量电流信号的波形。罗氏线圈不会磁无饱和，线性度好，标定容易，瞬态反应能力突出，可用于中高压保护，待测电流频率范围宽，待测电流量程大，相位差在中频时小于0.1度，无二次开路危险，无过载危险，尺寸极小，安装简单方便，无须破坏导体。覆设于绝缘体表面的复数个金属导电条通过导电条依次连接形成罗氏线圈，其具有线圈缠绕均匀，线性度较好，测量时响应时间准确的优点，保证了制造的统一性和规范性，产品性能得到保障。把雷电流传感器置于一个保护外壳(座体)中，使其上的导电线路不受外界环境影响，且能方便的打开合拢。

所述的绝缘体包括两块对称的绝缘板，所述的绝缘板仅在一面覆设金属导电条，所述的两块绝缘板板面设有导电条的面背对设置，上下板面上对应的过孔通过等高的导电件连接，构成双层结构，双层结构的两块绝缘板间隙中填充绝缘材料。通过这种导电件焊接在两板之间既能适应不同传感器的线圈直径，也能使双层结构稳定可靠，适应不同传感器的性能和规格，适合在不同电流范围下测量。单层板的厚度要与线圈直径相适应才能满足感应器的要求，而用双层板，则板厚可小于线圈直径，因此能降低成本。两块绝缘板间隙中填充绝缘材料主要防止水进入传感器内，影响传感器的性能，填充的绝缘材料可采用环氧树脂，其具有固化方便，粘附力强的优点，是一种耐表面漏电和耐电弧的优良材料，用于绝缘雷电流传感器效果佳。

所述的绝缘板分为对称的两个半圆形板，两半圆形板间通过导线电连接，所述的座体内设有与绝缘板形状对应的环状槽，两个环状槽的一端轴接，另一端通过连接件连接。当被测量的导体两端均封闭时，这种分体式结构的传感器能顺利地打开，套进被测量的导体后再合拢。

所述的绝缘体为印刷电路基板，导电件与印刷电路基板上设有的复数条不相连的导电条连接成截面呈矩形的空心圆环状线圈。印刷电路其板除用于按布线导电外兼作骨架，其与导电件形成的罗氏线圈具有线圈缠绕均匀的优点，可按需要设置不同密度及粗细的线圈，使制作更为灵活与方便，使雷击信号的更为真实。

所述的导电条两端设过孔，所述的导电件为等高金属针，其插接在左右平行排设的两片印刷电路基板的过孔中并通过焊锡固定在两片印刷电路基板之间，一金属针将印刷电路基板的一导电条一端与右印刷电路基板的一导电条一端相连，该条位于右印刷电路基板导电条的另一端通过另一金属针与印刷电路基板的另一导电条的一端相连，如此导电条与金属针依次连接形成截面呈矩形的空心半圆环状线圈；两半圆环状线圈用一导电体连接成整体环状线圈，线圈的两端分别引线与所述的信号调理模块相接。相比采用高厚度的双面布线的印刷电路基板，具有制作方便，不受印刷电路基板的厚度的约束，相同厚度的印刷电路基板可制成不同规格的罗氏线圈，增加设计、制造的灵活性，且同时降低罗氏线圈的生产成本。

本实用新型的有益效果：

1、采用风能发电，工作可靠，避免因系统在网运行进间长蓄电池老化所致的不能长时间工作在阴雨天的缺点。

2、主机、分机之间通过无线网络进行本地通信，而不需要连接数据线，提高设备的安全性的同时方便安装。

3、采用的罗氏线圈由印刷电路基板及导电件构成，其线圈缠绕均匀，线性度较好，测量时响应时间准确的优点，制造的统一性好，不会因人而异出现参数偏差，使产品性能得到保障。

【附图说明】

图1是本实用新型系统框图。

图2是分机的系统框图。

图3是主机的系统框图。

图4是雷电流传感器结构示意图。

【具体实施方式】

以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型包括主机、可与主机网络连接的服务器及复数个与主机通信相连的分机。

如图2所示，分机包括可开口以套接在监测线路上的环形雷电流传感器1、一可固设于杆塔的分机箱及设于分机箱内的与雷电流传感器1导线相连的雷击信号采集模块、与采集模块相连的无线模块。分机内的工作用电由风力发电机提供，风力发电机输出的电能通过导线存于分机箱及主机箱内的蓄电池中，经一调压模块后为同一机箱内的用电模块提供电源。其中雷击信号采集模块包括与雷电流传感器1引线7相连的信号调理模块、高速采样处理模块及通过一接插件与高速采样处理模块相连的采集终端：信号调理模块将雷电流传感器1送来的信号调理成合适的模拟电压信号；高速采样处理模块对通过信号调理模块的电压信号进行高速采样，对采样数据进行实时滤波处理，将雷击数据存储，并通知采集终端调取；采集终端读取存于高速采样处理模块的数据后对数据进一步处理，并将处理的最终结果存于存储器中，在收到主机读取命令后，通过无线模块将存于存储器中的数据发送于给主机。在本实施例中，信号采集模块中的高速采样处理模块包括A/D转换芯片、FPGA芯片XC3S250及为FPGA加载编译代码的启动芯片XCF04，信号采集模块中的采集终端包括CPU及FLASH存储器，无线模块采用433MHz无线传输，其工作过程为：传感器采集的信号经过信号调理电路后，送入在FPGA控制下的高速AD采集电路，高速AD在Xilinx的FPGA芯片XC3S250的控制下完成对雷击信号的高速采集，其中XCF04是XC3S250的启动芯片，用于存储VHDL编译代码，当XC3S250启动时就是从XCF04加载VHDL编译代码的。XC3S250对于从高速AD芯片读取的数据进行实时滤波处理，删除非雷击数据，把超过检测阀值的雷击数据存入自己的缓冲区(双口RAM)，并用硬件中断的方式通知采集终端的CPU来读取；对于CPU已读取的数据，XC3S250芯片将其自动被清除出缓冲区。

如图3所示，所述的主机包括可固设于杆塔的主机箱及设于主机箱内的可与分机通讯相连的无线模块、对接收自分机的信息进行处理的数据处理模块、用于上网连接服务器以传输经数据处理模块处理后数据的GPRS模块及用于补偿系统时钟的GPS模块。在本实施例中，主机采用西门子MC55模块实现GPRS上网进行与服务器的数据传输。

为方便管理雷击数据，在服务器上设有中心平台软件功能模块；中心平台软件功能模块包括1、系统设置模块：完成系统的用户设置、通讯参数设置；2、系统基础数据管理模块：完成现场终端、安装地点时间、采集点参数、负责人管理及转换功能；3、数据统计分析模块：完成信息的查询分析、统计、采集点数据的统计分析及维护统计功能；4、维护模块：完成设备监测、维护信息数据建立功能。

如图4所示，雷电流传感器1包括置于一座体2中的空心环状绝缘体3，绝缘体3的表面覆设复数个金属导电条5，绝缘体3的内、外边缘间隔设有带金属层的过孔4，过孔4通过导电条5依次连接，绝缘体3上还设有复数个引出端。其中绝缘体3包括两块对称的绝缘板，绝缘板仅在一面覆设金属导电条5，两块绝缘板板面设有导电条5的面背对设置，上下板面上对应的过孔4通过等高的导电件6连接，构成双层结构，双层结构的两块绝缘板间隙中填充环氧树脂。该绝缘板分为对称的两个半圆形板，两半圆形板间通过导线电连接，座体2内设有与绝缘板形状对应的环状槽，两个环状槽的一端轴接，另一端通过连接件连接。在本实施例中绝缘体3采用印刷电路基板，导电件6与印刷电路基板上设有的复数条不相连的导电条5连接成截面呈矩形的空心圆环状线圈。导电条5两端设过孔4，导电件6为等高金属针，其插接在左右平行排设的两片印刷电路基板的过孔4中并通过焊锡固定在两片印刷电路基板之间，一金属针将印刷电路基板的一导电条5一端与右印刷电路基板的一导电条5一端相连，该条位于右印刷电路基板导电条5的另一端通过另一金属针与印刷电路基板的另一导电条5的一端相连，如此导电条5与金属针依次连接形成截面呈矩形的空心半圆环状线圈；两半圆环状线圈用一导电体连接成整体环状线圈。线圈的两端分别引线7与信号调理模块相接。拆分为两个对称半圆形板的雷电流传感器1装在一个保护座体2中，并在两端用环氧树脂封堵以防水进入座体2内部影响传感器的工作，座体2内开有与半圆形板形状相对应的环状槽，两个环状槽一端轴接，另一端通过插条插接。其中一个环状槽下部具有插条，另一环状槽上部开有与插条相配合的插槽。两环状槽的连接部分也可通过一般的螺栓、螺母等紧固件连接配合，其效果是等同的。座体2一侧开有一个导线引出孔，容纳和导出连接雷电流传感器1引出端的导线，该导线与位于分机中的信号调理模块相接。

以上图1-5所示的输电线路杆塔雷击波形监测系统是本实用新型的具体实施例，已经体现出本实用新型实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本实用新型的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.输电线路杆塔雷击波形监测系统，包括主机、可与主机网络连接的服务器及复数个与主机通信相连的分机，其特征在于：所述的分机包括可开口以套接在监测线路上的环形雷电流传感器(1)、一可固设于杆塔的分机箱及设于分机箱内的与雷电流传感器(1)导线相连的雷击信号采集模块、与采集模块相连的无线模块；所述的主机包括可固设于杆塔的主机箱及设于主机箱内的可与分机通讯相连的无线模块、对接收自分机的信息进行处理的数据处理模块及用于上网连接服务器以传输经数据处理模块处理后数据的GPRS模块；所述的监测系统设有风力发电机，所述的风力发电机输出的电能通过导线存于分机箱及主机箱内的蓄电池中，经一调压模块后为同一机箱内的用电模块提供电源。

2.根据权利要求1所述的输电线路杆塔雷击波形监测系统，其特征在于：所述的雷击信号采集模块包括与雷电流传感器(1)引线(7)相连的信号调理模块、高速采样处理模块及通过一接插件与高速采样处理模块相连的采集终端：

所述信号调理模块将雷电流传感器(1)送来的信号调理成合适的模拟电压信号；

所述高速采样处理模块对通过信号调理模块的电压信号进行高速采样，对采样数据进行实时滤波处理，将雷击数据存储，并通知采集终端调取；

采集终端读取存于高速采样处理模块的数据后对数据进一步处理，并将处理的最终结果存于存储器中，在收到主机读取命令后，通过无线模块将存于存储器中的数据发送于给主机。

3.根据权利要求2所述的输电线路杆塔雷击波形监测系统，其特征在于：所述的高速采样处理模块包括A/D转换芯片、与A/D转换芯片相连的FPGA芯片及为FPGA加载编译代码的启动芯片。

4.根据权利要求3所述的输电线路杆塔雷击波形监测系统，其特征在于：所述的主机设有用于补偿系统时钟的GPS模块。

5.根据权利要求4所述的输电线路杆塔雷击波形监测系统，其特征在于：所述的服务器通过GPRS网络与主机相连，所述的服务器设有中心平台软件功能模块；所述的中心平台软件功能模块包括

系统设置模块：完成系统的用户设置、通讯参数设置；

系统基础数据管理模块：完成现场终端、安装地点时间、采集点参数、负责人管理及转换功能；

数据统计分析模块：完成信息的查询分析、统计、采集点数据的统计分析及维护统计功能；

维护模块：完成设备监测、维护信息数据建立功能。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的输电线路杆塔雷击波形监测系统，其特征在于：所述的雷电流传感器(1)包括置于一座体(2)中的空心环状绝缘体(3)，所述绝缘体(3)的表面覆设复数个金属导电条(5)，绝缘体(3)的内、外边缘间隔设有带金属层的过孔(4)，所述的过孔(4)通过导电条(5)依次连接，所述的绝缘体(3)上还设有复数个引出端。

7.根据权利要求6所述的输电线路杆塔雷击波形监测系统，其特征在于：所述的绝缘体(3)包括两块对称的绝缘板，所述的绝缘板仅在一面覆设金属导电条(5)，所述的两块绝缘板板面设有导电条(5)的面背对设置，上下板面上对应的过孔(4)通过等高的导电件(6)连接，构成双层结构，双层结构的两块绝缘板间隙中填充绝缘材料。

8.根据权利要求7所述的输电线路杆塔雷击波形监测系统，其特征在于：所述的绝缘板分为对称的两个半圆形板，两半圆形板间通过导线电连接，所述的座体(2)内设有与绝缘板形状对应的环状槽，两个环状槽的一端轴接，另一端通过连接件连接。

9.根据权利要求8所述的输电线路杆塔雷击波形监测系统，其特征在于：所述的绝缘体(3)为印刷电路基板，导电件(6)与印刷电路基板上设有的复数条不相连的导电条(5)连接成截面呈矩形的空心圆环状线圈。

10.根据权利要求9所述的输电线路杆塔雷击波形监测系统，其特征在于：所述的导电条(5)两端设过孔(4)，所述的导电件(6)为等高金属针，其插接在左右平行排设的两片印刷电路基板的过孔(4)中并通过焊锡固定在两片印刷电路基板之间，一金属针将印刷电路基板的一导电条(5)一端与右印刷电路基板的一导电条(5)一端相连，该条位于右印刷电路基板导电条(5)的另一端通过另一金属针与印刷电路基板的另一导电条(5)的一端相连，如此导电条(5)与金属针依次连接形成截面呈矩形的空心半圆环状线圈；两半圆环状线圈用一导电体连接成整体环状线圈，线圈的两端分别引线(7)与所述的信号调理模块相接。

Images