CN204347122U - 用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，包括雷击检测终端和移动数据处理终端，雷击检测终端包括太阳能电板、风力发电机、蓄电池、风光互补控制器、逆变器、雷击电流传感器、AD转换器、用于根据雷击电流信号统计雷击次数的控制模块、用于接收移动数据处理终端发送的请求指令并在控制模块的控制下将雷击次数的数据通过无线方式发送给移动数据处理终端的第一通信模块；第一通信模块与进入该第一通信模块的通讯范围内的移动数据处理终端建立无线通讯连接。本实用新型充分利用野外的自然环境条件，利用风能、太阳能给蓄电池进行电能补充，有效保证了系统的供电运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及电网监测领域，更具体地说，涉及一种用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统。
背景技术
输电线路雷击跳闸率高的时候，电力部门需要进行输电线路的技术改造以降低雷击跳闸率，由于以前的技术只能在变电站通过故障录波等技术手段记录整个一条线路的跳闸情况，不知道引起雷击跳闸是在哪个杆塔，给改造工作带来了很大的盲目性，也没有办法评估降低雷击跳闸技术改造完成后带来的具体效果。为此，需要对电网进行有针对性的改造，通过检测发生雷击的具体杆塔来对降低雷击跳闸改造前的工作进行规划，即哪些杆塔容易遭受雷击，进行有针对性的改造。
合格的接地应该将雷击产生的大电流引入大地，将电网投入运行后，可以利用安装在多个杆塔上的多个雷击检测终端对接地不合格产生时的无法及时引入大地的雷击电流进行检测，进而达到对雷击次数进行记录统计的目的，根据记录到的雷击次数，可以判定接地是否合格，进而决定是否需要对输电线路进行改造，以及如何进行电网改造以降低雷击跳闸率。
因为雷电发生的概率本来就小，统计时间一般长达一年或更多，因此检测终端是需要持续长时间运行的。现有的雷击检测终端都是通过蓄电池供电，蓄电池用完需要更换或者充电，由于杆塔数量很多、分布广泛且多处于恶劣的区域环境中，山高路远，因此后期对各个雷击检测终端的供电维护的任务重且繁琐，不便于经常性的实施后期供电维护、更新等操作。因此蓄电池的更换维护操作非常麻烦，蓄电池用完经常不能及时充电或者更换。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述蓄电池后期维护任务重且繁琐、蓄电池用完经常不能及时充电或者更换的缺陷，提供一种能充分利用野外风能和太阳能进行电能补充的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，包括安装在输电线路的杆塔上的雷击检测终端和通过移动依次进入各个雷击检测终端的通讯范围的移动数据处理终端，所述雷击检测终端包括太阳能电板、风力发电机、蓄电池、用于控制所述风力发电机以及太阳能电板给所述蓄电池充电的风光互补控制器、将蓄电池输出的直流电转换为交流电的逆变器、用于感应雷击并输出雷击电流信号的雷击电流传感器、用于将所述雷击电流信号进行数模转换的AD转换器、用于根据转换后的雷击电流信号统计雷击次数的控制模块、用于接收所述移动数据处理终端发送的请求指令并在所述控制模块的控制下将雷击次数的数据通过无线方式发送给所述移动数据处理终端的第一通信模块；
风力发电机、太阳能电板均与风光互补控制器连接，风光互补控制器、蓄电池、逆变器、控制模块依次连接，所述雷击电流传感器连接至AD转换器，AD转换器和第一通信模块分别连接至所述控制模块，所述第一通信模块与进入该第一通信模块的通讯范围内的移动数据处理终端建立无线通讯连接。
本实用新型所述的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，其中，所述风光互补控制器包括：分别与风力发电机、太阳能电板以及蓄电池连接的三个电流电压采样电路；分别连接风力发电机与蓄电池、太阳能电板与蓄电池的两个DC/DC变换器；以及分别与三个电流电压采样电路和两个DC/DC变换器连接的单片机。
本实用新型所述的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，其中，所述单片机的型号为PIC16F877A。
本实用新型所述的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，其中，所述逆变器包括DSP控制器、DC/DC电路、逆变电路、交流电源；
DC/DC电路包括储能电感、具有反并联二极管的1个功率开关器件、续流二极管、滤波电容；逆变电路包括具有反并联二极管的4个功率开关器件、滤波电感；
所有的功率开关器件的控制端分别连接至DSP控制器的对应引脚以接收PWM信号，蓄电池的正极通过一个所述功率开关器件连接至所述储能电感一端和续流二极管的负极，滤波电容连接至所述储能电感的另一端与续流二极管的正极之间，续流二极管的正极连接至经蓄电池的负极，4个功率开关器件分别构成桥式电路的两个上臂和两个下臂，所述上臂和所述下臂为一个桥臂，两个桥臂均与滤波电容并联，交流电源串联所述滤波电感后连接至两个上臂和下臂的两个连接节点之间。
本实用新型所述的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，其中，所述移动数据处理终端包括：
第二通信模块，与所述第一通信模块建立无线通讯连接以交互指令和数据；
数据处理模块，发送请求指令以指示所述控制模块发送雷击次数的数据，存储接收的来自各个雷击检测终端的雷击次数的数据，并根据所述雷击次数的数据判断当前电网的接地改造是否合格。
本实用新型所述的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，其中，所述第一通信模块与第二通信模块均包括：LTE通信装置、WIMAX通信装置、TD-SCDMA通信装置、WCDMA通信装置、GPRS通信装置、CDMA通信装置、EDGE通信装置、CDMA-2000通信装置、GSM通信装置、WIFI通信装置、红外通信装置或蓝牙通信装置。
实施本实用新型的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，具有以下有益效果：本实用新型充分利用野外的自然环境条件，利用风能、太阳能给蓄电池进行电能补充，有效保证了用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统的供电运行。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统的结构示意图；
图2是图1中雷击检测终端的结构示意图；
图3是图2中风光互补控制器的结构示意图；
图4是图2中逆变器的电路图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
参考图1，本实用新型的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统包括安装在输电线路的杆塔上的雷击检测终端2和通过移动依次进入各个雷击检测终端2的通讯范围的移动数据处理终端1。图中虚线表示移动数据处理终端1的移动路径，即各个雷击检测终端2的沿线分布线路。
当电网投入运行，如果雷击统计时间足够，可以通过移动移动数据处理终端1依次进入各个雷击检测终端2的通讯范围,进而可以沿线收集各个雷击检测终端2记录的雷击次数的数据。移动数据处理终端1与各个雷击检测终端2的数据交互次数少，甚至是一次性的，所以这种移动获取数据的方式，节省资源。
因为雷击检测终端2安装在各个杆塔上，数量众多，分布广泛，且杆塔一般处于恶劣的自然环境中，所以为了保证蓄电池的供电充足，本实用新型充分利用野外的风能和太阳能以保证蓄电池的供电充足，具体的：
参考图2，所述雷击检测终端2包括太阳能电板11、风力发电机12、蓄电池14、用于控制所述风力发电机12以及太阳能电板11给所述蓄电池14充电的风光互补控制器13、将蓄电池14输出的直流电转换为交流电的逆变器20、用于感应雷击并输出雷击电流信号的雷击电流传感器33、用于将所述雷击电流信号进行数模转换的AD转换器32、用于根据转换后的雷击电流信号统计雷击次数的控制模块31、用于接收所述移动数据处理终端1发送的请求指令并在所述控制模块31的控制下将雷击次数的数据通过无线方式发送给所述移动数据处理终端1的第一通信模块34；
风力发电机12、太阳能电板11均与风光互补控制器13连接，风光互补控制器13、蓄电池14、逆变器20、控制模块31依次连接，所述雷击电流传感器33连接至AD转换器32，AD转换器32和第一通信模块34分别连接至所述控制模块31，所述第一通信模块34与进入该第一通信模块34的通讯范围内的移动数据处理终端1建立无线通讯连接。
其中，控制模块31可以采用MCU或单片机等。雷击电流传感器33选取互感CT，其可以感应雷击产生的雷击电流信号，并将其送往AD转换器32进行模数转换，AD转换器32为AD转换芯片，此为现有技术，此处不再赘述。控制模块31判断雷击电流信号超过阈值，控制其内部的计数器进行雷击计数。
所述移动数据处理终端1包括：第二通信模块和数据处理模块；第二通信模块与所述第一通信模块34建立无线通讯连接以交互指令和数据；数据处理模块发送请求指令以指示所述控制模块31发送雷击次数的数据，存储接收的来自各个雷击检测终端2的雷击次数的数据，并根据所述雷击次数的数据判断当前电网的接地改造是否合格。
第一通信模块34、第二通信模块的实现不做限制，可以包括LTE通信装置、WIMAX通信装置、TD-SCDMA通信装置、WCDMA通信装置、GPRS通信装置、CDMA通信装置、EDGE通信装置、CDMA-2000通信装置、GSM通信装置、WIFI通信装置、红外通信装置或蓝牙通信装置。通过无线通信保证了数据处理的及时、准确性。
雷电产生时，如果电网的接地不合格，则雷击时的大电流可以通过雷击电流传感器33进行检测，控制模块31记录并统计雷击次数。统计时间到达后，移动数据处理终端1通过移动依次进入雷击检测终端2的通讯范围，进入某个雷击检测终端2的通讯范围后，发送请求指令给该雷击检测终端2，于是该雷击检测终端2的控制模块31将雷击次数的数据通过第一通信模块34发送给移动数据处理终端1。移动数据处理终端1再继续移动进入下一个雷击检测终端2的通讯范围。因为雷击检测终端2与移动数据处理终端1的数据交互是一次性的获取，所以移动数据处理终端1的移动获取数据的方式，可以减小资源耗费。例如，投入运行一年后，工作人员可以巡线的方式，利用车载系统，携带笔记本作为移动数据处理终端1沿线获取各个雷击检测终端2的雷击次数的数据,如果记录到的雷击次数超过一定值，则可以认为此处的接地不合格，可以根据雷击次数进行电网改造，当然对于改造之后的电网，同样可以利用该检测系统进行改造效果的评估。
下面详细介绍本实用新型的风光互补供电的实现原理：
参考图3，所述风光互补控制器13包括：分别与风力发电机12、太阳能电板11以及蓄电池14连接的三个电流电压采样电路；分别连接风力发电机12与蓄电池14、太阳能电板11与蓄电池14的两个DC/DC变换器；以及分别与三个电流电压采样电路和两个DC/DC变换器连接的单片机。
电流电压采样电路可以利用采样电阻实现，DC/DC变换器可以采用DC/DC芯片实现，例如mc34063，本实施例中单片机的型号为PIC16F877A。电源接口可以为USB接口、或者电源通用接口等，此处并不做限制。
单片机根据电流电压采样电路获取太阳能电板11输出的电压、风力发电机12整流输出的电压、蓄电池14的电压、以及蓄电池14的充电电流等，对两个DC/DC变换器进行控制，进而实现对蓄电池14的充电控制。在风、日照充足的条件下，可以将风光二者产生的电能结合起来，存储在蓄电池14内，实现二者的互补，且通过蓄电池14调节输出的直流电压可以保持稳定。
参考图4，蓄电池14输出的直流电经过逆变器20转换为交流电,逆变器20包括DSP控制器、DC/DC电路201、逆变电路202、交流电源AC，图中DC表示蓄电池14输出的直流电源。
DC/DC电路201包括储能电感L10、具有反并联二极管的1个功率开关器件Q10、续流二极管D60、滤波电容C；逆变电路202包括具有反并联二极管的4个功率开关器件Q20、Q30、Q40、Q50以及滤波电感L20，功率开关器件可以为三极管或者MOS管，本实施例中为NPN型的三极管。
所有的功率开关器件的基极分别连接至DSP控制器的对应引脚以接收PWM信号，蓄电池14的正极通过一个所述功率开关器件连接至所述储能电感L10一端和续流二极管D60的负极，滤波电容C连接至所述储能电感L10的另一端与续流二极管D60的正极之间，续流二极管D60的正极连接至经蓄电池14的负极，4个功率开关器件分别构成桥式电路的两个上臂和两个下臂，所述上臂和所述下臂为一个桥臂，两个桥臂均与滤波电容C并联，交流电源串联所述滤波电感L20后连接至两个上臂和下臂的两个连接节点之间。
通过控制PWM1-PWM5的占空比，可以控制功率开关器件的开关切换频率。当Q10导通时，直流电源DC通过Q10、储能电感L10给后续逆变电路202供电，由于储能电感L10的自感，在Q10接通后，电流增大缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值，一定时间后，开关断开，由于储能电感L10的自感，保持电路中电流不变，电流从地线返回流到续流二极管D60的正极，经续流二极管D60返回储能电感L10形成回路，实现稳压目的，根据检测输出的电压控制PWM1的占空比，可以调节输出电压幅值，实现降压或者升压。
同样的，通过控制PWM2-PWM5，可以实现把直流电变成了交流电。当Q20、Q50导通，Q30、Q40断开时，AC为正，当Q20、Q50断开，Q30、Q40导通时，AC为负，改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。
实施本实用新型的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，可以充分利用野外的自然环境条件，利用风能、太阳能给蓄电池进行电能补充，有效保证了用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统的供电运行。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (6)
1.一种用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，其特征在于，包括安装在输电线路的杆塔上的雷击检测终端(2)和通过移动依次进入各个雷击检测终端(2)的通讯范围的移动数据处理终端(1)，所述雷击检测终端(2)包括太阳能电板(11)、风力发电机(12)、蓄电池(14)、用于控制所述风力发电机(12)以及太阳能电板(11)给所述蓄电池(14)充电的风光互补控制器(13)、将蓄电池(14)输出的直流电转换为交流电的逆变器(20)、用于感应雷击并输出雷击电流信号的雷击电流传感器(33)、用于将所述雷击电流信号进行数模转换的AD转换器(32)、用于根据转换后的雷击电流信号统计雷击次数的控制模块(31)、用于接收所述移动数据处理终端(1)发送的请求指令并在所述控制模块(31)的控制下将雷击次数的数据通过无线方式发送给所述移动数据处理终端(1)的第一通信模块(34)；
风力发电机(12)、太阳能电板(11)均与风光互补控制器(13)连接，风光互补控制器(13)、蓄电池(14)、逆变器(20)、控制模块(31)依次连接，所述雷击电流传感器(33)连接至AD转换器(32)，AD转换器(32)和第一通信模块(34)分别连接至所述控制模块(31)，所述第一通信模块(34)与进入该第一通信模块(34)的通讯范围内的移动数据处理终端(1)建立无线通讯连接。
2.根据权利要求1所述的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，其特征在于，所述风光互补控制器(13)包括：分别与风力发电机(12)、太阳能电板(11)以及蓄电池(14)连接的三个电流电压采样电路；分别连接风力发电机(12)与蓄电池(14)、太阳能电板(11)与蓄电池(14)的两个DC/DC变换器；以及分别与三个电流电压采样电路和两个DC/DC变换器连接的单片机。
3.根据权利要求2所述的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，其特征在于，所述单片机的型号为PIC16F877A。
4.根据权利要求1所述的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，其特征在于，所述逆变器(20)包括DSP控制器、DC/DC电路(201)、逆变电路(202)、交流电源；
DC/DC电路(201)包括储能电感(L10)、具有反并联二极管的1个功率开关器件、续流二极管(D60)、滤波电容(C)；逆变电路(202)包括具有反并联二极管的4个功率开关器件、滤波电感(L20)；
所有的功率开关器件的控制端分别连接至DSP控制器的对应引脚以接收PWM信号，蓄电池(14)的正极通过一个所述功率开关器件连接至所述储能电感(L10)一端和续流二极管(D60)的负极，滤波电容(C)连接至所述储能电感(L10)的另一端与续流二极管(D60)的正极之间，续流二极管(D60)的正极连接至经蓄电池(14)的负极，4个功率开关器件分别构成桥式电路的两个上臂和两个下臂，所述上臂和所述下臂为一个桥臂，两个桥臂均与滤波电容(C)并联，交流电源串联所述滤波电感(L20)后连接至两个上臂和下臂的两个连接节点之间。
5.根据权利要求1所述的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，其特征在于，所述移动数据处理终端(1)包括：
第二通信模块，与所述第一通信模块(34)建立无线通讯连接以交互指令和数据；
数据处理模块，发送请求指令以指示所述控制模块(31)发送雷击次数的数据，存储接收的来自各个雷击检测终端(2)的雷击次数的数据，并根据所述雷击次数的数据判断当前电网的接地改造是否合格。
6.根据权利要求5所述的用于降低雷击跳闸率的输电线路改造的雷击检测系统，其特征在于，所述第一通信模块(34)与第二通信模块均包括：LTE通信装置、WIMAX通信装置、TD-SCDMA通信装置、WCDMA通信装置、GPRS通信装置、CDMA通信装置、EDGE通信装置、CDMA-2000通信装置、GSM通信装置、WIFI通信装置、红外通信装置或蓝牙通信装置。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |