CN203037747U

CN203037747U - 杆塔雷电监测系统

Info

Publication number: CN203037747U
Application number: CN 201220596858
Authority: CN
Inventors: 徐健; 王铁流; 张强永; 吴喜玉
Original assignee: Heilongjiang Hendan Lightning Protection Engineering Co ltd; LIUPANSHUI POWER SUPPLY BUREAU GUIZHOU GRID CO Ltd
Current assignee: Heilongjiang Hendan Lightning Protection Engineering Co ltd
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2022-11-13

Abstract

本实用新型属于电力监控领域，具体为杆塔雷电监测系统，能够判断出雷电的性质。杆塔雷电监测系统，包括：四个采集装置，终端机，服务器；所述四个采集装置，用于分别采集输电线路中A、B、C三相导线以及接地回路上的雷电信号并传输至终端机，该雷电信号包括雷击发生时间和雷电流的幅值；所述终端机，用于接收所述雷电信号，根据接收到的所有雷电信号各自归属的线路，组合得到包含所有雷电信号归属线路、雷击发生时间和雷电流的幅值的报文，并发送至所述服务器；所述服务器，用于接收所述终端机发送的所述报文，并根据报文中所述所有雷电信号归属线路、雷击发生时时间和雷电流的幅值，判断出雷击的性质。

Description

杆塔雷电监测系统

技术领域

本实用新型涉及电力监控领域，尤其涉及杆塔雷电监测系统。

背景技术

输电线路一般都较长，每相隔一定距离设置有一级杆塔，通过杆塔将输电线路搭架起来。在雷雨天气下，杆塔经常会因为受到雷击而造成不同程度的损坏，从而会导致线路跳闸等后果，影响到人们的正常生活，也给社会带来经济损失；因此，为了保障输电线路的正常工作，保障人员需要对各个杆塔进行检查，以及时发现故障并解决。目前，一般通过杆塔雷电监测系统对杆塔遭受雷击的情况进行无线监测。

传统的杆塔雷电监测系统，包括雷电流传感器、无线通讯组件和服务器；雷电流传感器安装在一级杆塔上，当雷电流传感器所在的区域内发生雷击时，雷电流传感器采集到雷击波形信号，并将该雷击波形信号发送至服务器；服务器可根据接收到的雷击波形信号，得出发生雷击的区域范围；进而保障人员可以检查该区域范围内的各级杆塔，以排查出遭受雷击的杆塔，对该杆塔进行维修处理。

然而，传统的杆塔雷电监测系统，服务器根据接收到的雷击波形信号，只能分析出雷击发生的区域范围，进而在该区域范围内排查出遭受雷击的杆塔的具体位置；但无法判断出雷击的性质，例如该雷击为直击雷、绕击雷等，若保障人员需要知道雷击的性质，则只能去雷击现场查看，通过观察雷击现场遭受雷击的情况判断出雷击的性质，浪费人工和时间，较为不便。

实用新型内容

本实用新型提出了杆塔雷电监测系统，能够判断出雷击的性质。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

杆塔雷电监测系统，包括：四个采集装置，终端机，服务器；

所述四个采集装置，用于分别采集输电线路中A、B、C三相导线以及接地回路上的雷电信号并传输至终端机，该雷电信号包括雷击发生时间和雷电流的幅值；

所述终端机，用于接收所述雷电信号，根据接收到的所有雷电信号各自归属的线路，组合得到包含所有雷电信号归属线路、雷击发生时间和雷电流的幅值的报文，并发送至所述服务器；

所述服务器，用于接收所述终端机发送的所述报文，并根据报文中所述所有雷电信号归属线路、雷击发生时间和雷电流的幅值，判断出雷击的性质。

优选地，

所述四个采集装置均包括:采集组件，用于分别采集输电线路中A、B、C三相导线以及接地回路上的雷电信号；传输组件，用于将所述雷电信号传输至终端机；

所述终端机包括：接收组件，用于接收所述雷电信号；报文组件，用于根据接收到的所有雷电信号各自归属的线路，组合得到包含所有雷电信号归属线路、雷击发生时时间和雷电流的幅值的报文；发送组件，用于将所述报文发送至所述服务器。

优选地，所述四个采集装置均进一步包括：电流方向组件，用于获取所述雷电流的方向，并根据该方向确定所述雷电信号的传输频率；

所述传输组件，进一步用于以确定的所述传输频率将所述雷电信号传输至终端机；

所述终端机还包括：电流方向识别组件，用于根据接收到的所述雷电信号的传输频率，识别所述雷电流的电流方向；

所述报文组件，进一步用于组合得到包含所有雷电信号归属线路、雷击发生时间、雷电流的幅值和电流方向的报文；

所述服务器，进一步用于根据报文中所述所有雷电信号归属线路、雷击发生时间、雷电流的幅值和电流方向，判断出雷击的性质。

优选地，所述终端机进一步包括：

存储组件，用于将所述报文组件得到的所述报文进行存储；

提取组件，用于在接收到所述服务器发送的读取指令之后，从所述存储组件中提取出所述报文，并通过所述发送组件发送至所述服务器。

优选地，所述终端机进一步包括：

存储组件，用于将所述报文组件得到的所述报文进行存储；

定时组件，用于定时预设时间；

提取组件，用于每隔所述预设时间，从所述存储组件中提取出所述报文，并通过所述发送组件发送至所述服务器。

优选地，所述四个采集装置均进一步包括转换组件，用于将采集到的所述雷电信号转换为光信号；

所述传输组件，进一步用于通过光纤将该光信号传输至终端机。

优选地，所述四个采集装置均为雷电流传感器，且四个雷电流传感器分别安装在杆塔横担上对应于A、B、C三相导线的位置、以及连接接地线的塔腿上。

优选地，该系统进一步包括电阻测试仪，安装在所述接地回路上，且与所述终端机连接，用于采集接地电阻的阻值并发送至所述服务器。

优选地，所述终端机内部设置有蓄电池，用于为终端机的工作提供电源；

该系统进一步包括太阳能电池板，通过电缆与所述蓄电池连接，用于为蓄电池充电。

优选地，所述终端机设置在金属防水外壳内，且所述太阳能电池板安装在该金属防水外壳的外壁上。

与现有技术相比，本实用新型提供的杆塔雷电监测系统，终端机内的四个采集装置分别采集输电线路中A、B、C三相导线以及接地回路上的雷电信号，而且采集到的雷电信号包括雷击发生时间和雷电流的幅值；四个采集装置将采集到的雷电信号分别传输给终端机，进而终端机根据接收到的所有雷电信号各自归属的线路、雷击发生时间和雷电流的幅值，组合得到包含所有雷电信号归属线路、雷击发生时间和雷电流的幅值的报文，并发送至服务器；从而，服务器在接收到报文之后，可根据报文中所有雷电信号归属线路、雷击发生时时间和雷电流的幅值，判断出某一时刻发生的雷击的性质；例如，当报文中只包含接地回路时，则说明此刻避雷线被击中，雷击性质为直击雷；当报文中包含A相导线和接地回路时，则说明此刻A相导线被击中，雷击性质为A相绕击雷；当报文中包含C相导线和接地回路时，则说明此刻C相导线被击中，雷击性质为C相绕击雷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，以下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，以下描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本实用新型实施例一提供的一种杆塔雷电监测系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二中杆塔安装结构的示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的另一种杆塔雷电监测系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例二中太阳能电池板的安装结构图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

实施例一

本实用新型实施例一提供了一种杆塔雷电监测系统，参见图1，包括：

四个采集装置1，用于分别采集输电线路中A、B、C三相导线以及接地回路上的雷电信号并传输至终端机2，该雷电信号包括雷击发生时间和雷电流的幅值；

其中，A、B、C三相导线间隔水平排列，分别通过绝缘子悬挂在杆塔横担上，在A、B、C三相导线的上方架空有避雷线；接地回路为连接接地线的塔腿；

终端机2，用于接收所述雷电信号，根据接收到的所有雷电信号各自归属的线路，组合得到包含所有雷电信号归属线路、雷击发生时时间和雷电流的幅值的报文，并发送至所述服务器3；

服务器3，用于接收所述终端机2发送的所述报文，并根据报文中所述所有雷电信号归属线路、雷击发生时时间和雷电流的幅值，判断出雷击的性质。

本实用新型提供的杆塔雷电监测系统，四个采集装置分别采集输电线路中A、B、C三相导线以及接地回路上的雷电信号，而且采集到的雷电信号包括雷击发生时间和雷电流的幅值；四个采集装置将采集到的雷电信号分别传输给终端机，进而终端机根据接收到的所有雷电信号各自归属的线路、雷击发生时间和雷电流的幅值，组合得到包含所有雷电信号归属线路、雷击发生时间和雷电流的幅值的报文，并发送至服务器；从而，服务器在接收到报文之后，可根据报文中所有雷电信号归属线路、雷击发生时时间和雷电流的幅值，判断出某一时刻发生的雷击的性质；例如，根据雷击发生时间，对某一时刻的雷击性质进行判定，当报文中只包含接地回路时，则说明此刻避雷线被击中，雷击性质为直击雷；当报文中包含A相导线和接地回路时，则说明此刻A相导线被击中，雷击性质为A相绕击雷；当报文中包含C相导线和接地回路时，则说明此刻C相导线被击中，雷击性质为C相绕击雷。

上述实施例一提供的杆塔雷电监测系统，终端机组合得到的报文包含了所有雷电信号各自归属的线路、雷击发生时时间和雷电流的幅值，进而服务器在接收到终端机发送的报文后，根据报文中所有雷电信号各自归属的线路、雷击发生时间和雷电流的幅值，判断出某一时刻雷击的性质；一般来说，只根据所有雷电信号各自归属的线路、雷击发生时间和雷电流的幅值，能够很容易判断出直击雷或绕击雷，对于反击雷的辨别则相对较难；当然，理论上可以根据某一线路上相邻两次雷击信号的间隔时间以及雷电流的幅值（例如若雷电流的幅值较小，则一般情况下不会出现反击雷的情况），判断出该线路上是否受到反击雷，但这对雷电发生时间的采集精度要求较高，实现起来较为困难；

为了更好地实现对反击雷的辨别，在采集雷电信号之后，需要进一步判断雷电流的电流方向，依据该电流方向则容易辨别出反击雷的情况；具体地，下面给出一个优选实施例来阐述引入电流方向的监测系统，请参见实施例二。

实施例二

本实用新型实施例二提供了杆塔雷电监测系统的一种优选结构，四个采集装置均为雷电流传感器，且具体为第一雷电流传感器、第二雷电流传感器、第三雷电流传感器、第四雷电流传感器；

参见图2，第一雷电流传感器01安装在杆塔横担上与A相导线02对应的位置，第二雷电流传感器03安装在杆塔横担上与B相导线04对应的位置，第三雷电流传感器05安装在杆塔横担上与C相导线06对应的位置，第四雷电流传感器07安装在接地回路08（也就是连接有接地线的塔腿）的位置；其中，A、B、C三相导线均是通过绝缘子09悬挂在铁塔横担上；当A相导线上的绝缘子被雷电击穿时，第一雷电流传感器和第四雷电流传感器采集到雷电信号；当C相导线上的绝缘子被雷电击穿时，第三雷电流传感器和第四雷电流传感器采集到雷电信号；避雷线10位于A、B、C三相导线的上方，横亘架空在杆塔上，当避雷线被雷电击中时，第四雷电流传感器采集到雷电信号；终端机11安装在杆塔横担上，设置有五个接口，分别通过其中的四个接口连接四个雷电流传感器；且，终端机安装在金属防水壳体12内；

本实施例二提供的杆塔雷电监测系统，参见图3，包括：第一雷电流传感器31，第二雷电流传感器32，第三雷电流传感器33，第四雷电流传感器34，终端机35，服务器36；具体地，

第一雷电流传感器31，通过光纤连接至终端机的一个接口，该第一雷电流传感器31安装在杆塔横担上对应于A相导线的位置，用于采集输电线路中A相导线上的雷电信号并传输至终端机35，该雷电信号包括雷击发生时间和雷电流的幅值；该第一雷电流传感器31具体包括：采集组件311，电流方向组件312，转换组件313，传输组件314；具体地，

采集组件311，用于采集输电线路中A相导线上的雷电信号；

电流方向组件312，用于获取所述雷电流的方向，并根据该方向确定所述雷电信号的传输频率；

其中，对雷电流作出以下说明：以A相导线为例，当悬挂A相导线的绝缘子被雷电击穿时，铁塔横担上对应A相导线的位置流过雷电流；相应地，第一雷电流传感器分流出部分雷电流，并获取雷电流的电流方向；

转换组件313，用于将采集到的所述雷电信号转换为光信号；

传输组件314，用于将所述光信号通过光纤传输至终端机；

第二雷电流传感器32，通过光纤连接至终端机的一个接口，该第二雷电流传感器32安装在杆塔横担上对应于B相导线的位置，用于采集输电线路中B相导线上的雷电信号并传输至终端机35，该雷电信号包括雷击发生时间和雷电流的幅值；

其中，该第二雷电流传感器32的具体结构与第一雷电流传感器31相同；

第三雷电流传感器33，通过光纤连接至终端机的一个接口，该第三雷电流传感器53安装在杆塔横担上对应于C相导线的位置，用于采集输电线路中C相导线上的雷电信号并传输至终端机35，该雷电信号包括雷击发生时间和雷电流的幅值；

其中，该第三雷电流传感器33的具体结构与第一雷电流传感器31相同；

第四雷电流传感器34，通过光纤连接至终端机的一个接口，该第四雷电流传感器34安装在连接接地线的塔腿上，用于采集接地回路上的雷电信号并传输至终端机35，该雷电信号包括雷击发生时间和雷电流的幅值；

其中，该第四雷电流传感器34的具体结构与第一雷电流传感器31相同；

终端机35，包括：串口通信接口351，电流方向识别组件352，报文组件353，存储组件354，GPRS通讯组件355；具体地，

串口通信接口351，用于接收雷电信号；

电流方向识别组件352，用于根据接收到的所述雷电信号的频率，识别雷电流的电流方向；

具体地，终端机上针对雷电流的电流方向，设置了两种频段的端口；进而终端机在接收到光信号之后，根据该光信号具体是由哪一个频段的端口接收到的，识别该雷电流的电流方向；

报文组件353，用于组合得到包含所有雷电信号归属线路、雷击发生时间、雷电流的幅值和电流方向的报文；

存储组件354，用于将所述报文进行存储；

GPRS通讯组件355，用于接收服务器发送的读取指令；

所述终端机35，还包括：提取组件356，用于在GPRS通讯组件354接收到读取指令之后，从存储组件355提取出存储的所述报文；

所述GPRS通讯组件，进一步用于将提取组件355提取出的报文发送至服务器36；

进一步地，所述终端机35进一步包括定时组件357，用于定时预设时间，进而每隔该预设时间，通过提取组件356从存储组件355提取出存储的所述报文，并通过GPRS通讯组件将提取出的报文发送至服务器36；

当然，上述存储组件355也可以省略，也就是说，在报文组件353得到报文之后，直接通过GPRS通讯组件将报文发送至服务器，而不进行存储；但是，组合得到报文之后就进行即时存储，可防止因为再次受到雷击而丢失数据，也可以防止在雷击环境下发送不成功的情况发生；

而且，终端机并非是持续向服务器发送报文，而是在接收到服务器发送的读取指令之后才发送，这样可以节省终端机消耗的电量；

进一步地，终端机内还包括蓄电池358，用于为终端机的工作提供电源；

服务器36，包括：GPRS通讯组件361，处理器362，数据库363；具体地，

GPRS通讯组件361，与终端机35内的GPRS通讯组件355通过无线信道建立无线连接，用于接收终端机35发送的报文；

处理器362，通过RS232接口与GPRS无线通讯组件连接，用于根据报文中的所有雷电信号归属线路、雷击发生时间、雷电流的幅值和电流方向，判断出雷击的性质；

数据库363，用于存储处理器362判断出的雷击的性质，以供保障人员后期进行查看或调用。

例如，假设当悬挂一条线路的绝缘子遭受雷击时，若雷电流的电流方向为正方向时，则在数据库中存储对应该线路为I，电流方向为负方向时，则在数据库中存储对应该线路为-I；若悬挂一条线路的绝缘子未遭受雷击时，则在数据库中存储对应该线路为0；

据此，下面给出雷击性质的若干种情况，请参见表一、表二和表三；A、B、C分别表示ABC三相导线，D表示接地回路；

表一：直击雷的情况

A	B	C	D
				0	0	0	I

表二：绕击雷的情况

表二中示出了A相绕击和C相绕击的情况；原则上不存在B相绕击的情况，因为B相导线位于A、C相导线之间，雷击一般不会绕过避雷线、A相导线和C相导线而打到B相导线上；

表三：反击雷的情况

其中，反击雷的情形，是雷电在经由接地回路（也就是连接接地线的塔腿）泄放到接地网中时，由于接地网中的接地电阻较大，雷电不能较快地泄放出去，而反向经由接地回路再次返回，进而可能回流过ABC三相导线中的任意一相或多相；回流过接地回路和A、B、C三相导线时，相应位置的雷电流传感器采集到的雷电流的电流方向即为负方向；

由表三可知，B相导线对应的雷电流传感器一般只在辨别B相反击雷的情况下用到，因此考虑到节省器材的目的，实际应用中也可以省略B相导线对应的雷电流传感器，也就是说只需要设置分别对应A、C相导线以及接地回路的三个雷电流传感器；

下面以A相绕击雷为例，结合图2，具体说明A相导线遭受雷击后的雷电泄放通路；具体地，当悬挂A相导线的绝缘子遭受雷击后，绝缘子被瞬间的过电压击穿，进而A相导线对应的铁特横担的位置流过雷电流，从而第一雷电流传感器采集到雷电信号；同时，雷电流经由金属防水壳体12流入铁塔，并沿着连接有接地线的塔腿接入接地网，进而将雷电泄放到大地中；因为大地带有足够数量的相反极性的电荷，所以在瞬间就把雷电的电荷中和掉了，以实现防雷效果；

进一步地，本实施例中，还包括电阻测试仪37，连接至终端机35的一个接口，用于采集接地电阻的阻值并发送至服务器36；

相应地，服务器36内的GPRS通讯组件361，进一步用于接收电阻测试仪37发送的阻值，并存储在数据库363中。

具体地，参见图2，该电阻测试仪37安装在接地回路08处，该电阻测试仪可对接地电阻的阻值进行无线采集，并将采集到的接地电阻的阻值发送至终端机，再由终端机发送至服务器，从而服务器端的保障人员可以根据接地电阻阻值的变化分析杆塔上的防雷击设备是否适用，以作出及时调整与维护。

进一步地，本实施例中，该系统还包括太阳能电池板38，与终端机内的蓄电池358连接，用于为蓄电池充电；参见图4，太阳能电池板38安装在金属防水壳体12的外壁上。

本实施例中，终端机在组合得到报文之后，也可以发送给保障人员的手机，供保障人员实时获知雷电情况；同样，采集接地电阻的阻值信息也可以发送给保障人员的手机。

本实用新型实施例二提供的杆塔雷电监测系统，设置有分别对应A、B、C三相导线以及接地回路的四个雷电流传感器，进而当A、B、C三相导线或接地回路遭受雷击时，可分别采集到A、B、C三相导线或接地回路上的雷电信号，进而根据接收到的所有雷电信号，将这些雷电信号归属的线路、雷电发生时间、雷电流的幅值和电流方向组合得到报文，并发送给服务器，从而服务器端的保障人员可以根据报文中的所有雷电信号归属的线路、雷电发生时间、雷电流的幅值和电流方向，组合分析得出某一时刻雷电的性质；

而且，终端机在组合得到报文之后，并不是立刻发送至服务器，而是先将报文存储，这样则可以防止由于再次遭受雷击而数据丢失的情况，也可以防止在雷击环境下数据发送不成功的情况；

进一步地，终端机可以在接收到服务器的读取指令之后或者每隔预设时间，才提取存储的报文并发送给服务器，而不是持续不断地向服务器发送报文，从而可以节省终端机的耗电量。

其中，本实用新型中的上述各装置、组件可以使用现场可编程逻辑阵列（FPGA）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）等数据处理芯片实现。

本实用新型提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本实用新型的范围内。

显然，本领域技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也包含这些改动和变型在内。

Claims

1.杆塔雷电监测系统，其特征在于，包括：四个采集装置，终端机，服务器；

2.如权利要求1所述的杆塔雷电监测系统，其特征在于，所述四个采集装置均进一步包括：

转换组件，用于将采集到的所述雷电信号转换为光信号；

传输组件，用于通过光纤将该光信号传输至终端机。

3.如权利要求2所述的杆塔雷电监测系统，其特征在于，所述四个采集装置均为雷电流传感器，且四个雷电流传感器分别安装在杆塔横担上对应于A、B、C三相导线的位置、以及连接接地线的塔腿上。

4.如权利要求2所述的杆塔雷电监测系统，其特征在于，该系统进一步包括电阻测试仪，安装在所述接地回路上，且与所述终端机连接，用于采集接地电阻的阻值并发送至所述服务器。

5.如权利要求2所述的杆塔雷电监测系统，其特征在于，所述终端机内部设置有蓄电池，用于为终端机的工作提供电源；

6.如权利要求5所述的杆塔雷电监测系统，其特征在于，所述终端机设置在金属防水外壳内，且所述太阳能电池板安装在该金属防水外壳的外壁上。