CN210572582U - 一种输配电线路雷电放电感应监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种输配电线路雷电放电感应监测装置，包括卡线结构及其内部安装的电路板，卡线结构包括壳体和取电部，壳体和取电部之间形成线缆通道，取电部内部安装取电线圈，壳体底部安装风速变送器，内部安装电路板和后备电源，电路板上安装控制器、线温度检测电路、温度湿度压力检测电路、通信电路和卫星定位电路，控制器分别信号连接至线温度检测电路、温度湿度压力检测电路、通信电路、卫星定位电路、电场感应探头、取电线圈、风速变送器和外部的云端平台，电连接至后备电源。本实用新型所述的输配电线路雷电放电感应监测装置，能够实时监控线路沿线微环境下气象变化信息和电网线路运行状态信息，提供雷电闪络预警和事故定位。

Description

一种输配电线路雷电放电感应监测装置

技术领域

本实用新型属于电力系统监测管理领域，尤其是涉及一种输配电线路雷电放电感应监测装置。

背景技术

目前我国大多输电线路和配电农网线路都布设在郊外和山区人迹稀少，交通不便的区域。尤其是在山区，微气象环境复杂，故障查找非常困难。在超电压的原因分析中，10％以上的超电压原因为外部雷击闪络所引起，而且以感应超电压为主，少量为直接雷击闪络。但由于线路大多布设在山区和郊外，平常的气象预报和气象信息难于细致准确的监控到线路所在区域，为雷电风险预警带来了难题，同时在闪络发生后，也难于准确、及时的发现故障。多年来对于微气象环境监测的重视和研究取得了很大的进展，但目前尚没有适合于电力传输走廊的系统平台。主要包括：普通的气象监测系统缺乏对电力传输线路附近雷电放电感应的监测，也缺乏在监控外界环境因素的同时对电力传输线路运行状态的同期监测。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种输配电线路雷电放电感应监测装置，能够在硬件条件要求不高、CPU运行时间较短、工作环境恶劣、低功耗的情况下，实时监控电力传输走廊微气象环境，实时感知走廊内大气放电情况，了解环境对电力线路运行的干扰和影响，为预警线路风险、定位线路故障提供高效的解决方案。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种输配电线路雷电放电感应监测装置,包括卡线结构及其内部安装的电路板，卡线结构包括壳体和取电部，取电部的外形为半圆环结构，壳体的一端与取电部的一端铰接，另一端和取电部的另一端卡接，壳体和取电部卡接后，壳体和取电部之间形成线缆通道，用于卡线，取电部内部安装取电线圈，一侧安装电场感应探头，壳体底部安装风速变送器，内部安装电路板和后备电源，电路板上安装控制器、线温度检测电路、温度湿度压力检测电路、通信电路和卫星定位电路，控制器分别信号连接至线线温度检测电路、温度湿度压力检测电路、通信电路、卫星定位电路、电场感应探头、取电线圈和风速变送器，电连接至后备电源。

进一步的，控制器为单片机U10，单片机U10的型号为MSP430FR5964。

进一步的，线温度检测电路包括温度传感器J2、运算放大器U6和二极管D15，二极管D15的型号为BAT54S，温度传感器J2的型号为PT1000，为线温度检测装置，运算放大器U6的型号为LM258D，温度传感器J2的第二接口连接至电源AVCC，第一接口连接至运算放大器U6的正向输入端，运算放大器U6的正向输入端分别经电阻R40连接至电源VSSA、经电容C24连接至电源VSSA、经二极管D16连接至电源VSSA；运算放大器U6的负极输入端连接至其输出端，运算放大器U6的输出端经电阻R39、二极管D15的第三端连接至单片机U10的引脚TEMP_IN，二极管D15的第一端连接至电源VSSA，第二端连接至电压AVCC，运算放大器U6的输出端经电容C23连接至电源VSSA。

进一步的，温度湿度压力检测电路包括温度湿度压力传感器U7，温度湿度压力传感器U7的型号为MS8607-2BA01，温度湿度压力传感器U7的引脚1经电容C26连接至引脚3，引脚1连接至电源电压VCC，引脚3连接至GND，引脚7连接至单片机U10的引脚SDA,温度湿度压力传感器U7的引脚8连接至单片机U10的引脚SCL，引脚8经电阻R38连接至电压VCC，温度湿度压力传感器U7的引脚7经电阻R37连接至电压VCC。

进一步的，通信电路包括通信模块M1、若干三极管和SIM卡座S1,通信模块M1的型号为M35，三极管的型号均为9014，通信模块M1的引脚12经电阻R19连接至单片机U10的引脚GPRS_ST，引脚13经电阻R20连接至单片机U10的引脚GPRS_NET，引脚20经电阻R18连接至单片机U10的引脚GPRS_DRT，引脚20经电阻R15后接地，引脚21经电阻R13连接至单片机U10的引脚RXD0，引脚22经电阻R12连接至单片机U10的引脚TXD0，经电阻R10后接地；引脚24经电阻R14连接后接地，引脚25经电阻R11连接至单片机U10的引脚GPRS_DCD，引脚26经电阻R9连接至单片机U10的引脚GPRS_RI；引脚27连接至SIM卡座S1的VCC接口，引脚28经电阻R8连接至SIM卡座S1的RST复位接口，引脚29经电阻R4连接至SIM卡座S1的I/O接口，引脚30经电阻R5连接至SIM卡座S1的CLK时钟接口，引脚31连接至SIM卡座S1的GND接口，经电容C4连接至SIM卡座S1的VCC接口；极性电容E1、极性电容E2和电容C3互相并联组成并联电路，并联电路的第一端连接至GND，第二端分别连接至GS_VCC、通信模块M1的引脚33，通信模块M1的引脚33经电阻R3、发光二极管LED1后连接至三极管G2的C极，三极管G2的E极接至GND，三极管G2的B极经电阻R7后连接至单片机U10的引脚GPRS_NET，通信模块M1的引脚33经电阻R2、发光二极管LED2后连接至三极管G1的C极，三极管G1的E极接至GND，三极管G1的B极经电阻R6后连接至单片机U10的引脚GPRS_ST，通信模块M1的引脚39经电阻R1连接至GPRS天线座RF1的第一接口，GPRS天线座RF1的第二接口接至GND；通信模块M1的引脚10连接至三极管G3的C极，三极管G3的B极经电阻R16连接至三极管G3的E极，三极管G3的E极接至GND，三极管G3的B极经电阻R21后连接至单片机U10的引脚GPRS_KEY，通信模块M1的引脚11连接至三极管G4的C极，三极管G4的B极经电阻R17连接至三极管G4的E极，三极管G4的E极接至GND，三极管G4的B极经电阻R22后连接至单片机U10的引脚GPRS_OFF。

进一步的，卫星定位电路包括卫星定位模块M2和IPX天线座T1，卫星定位模块M2的型号为NEO06M，卫星定位模块M2的引脚8连接至电阻R32的第一端，电阻R32的第二端分别接至电源VCC、经电容C21连接至GND，卫星定位模块M2的引脚9经电容C22连接至引脚7，引脚7接至GND，卫星定位模块M2的引脚9经电感L2连接至IPX天线座T1的第一接口，IPX天线座T1的第一接口分别连接至卫星定位模块M2的引脚11、经双向瞬变抑制二极管DV1后连接至卫星定位模块M2的引脚12，卫星定位模块M2的引脚11和引脚10连接后接GND，IPX天线座T1的第二接口接至GND，卫星定位模块M2的引脚20经电阻R34后连接至单片机U10的引脚RXD2，引脚21经电阻R31后连接至单片机U10的引脚TXD2，引脚23经电感L1后连接至VCC，引脚23经电容C18后接地，电容C18并联一个电容C19，卫星定位模块M2的引脚22和引脚24接至GND。

进一步的，取电线圈13包括坡莫合金导磁体及其外部缠绕的罗氏线圈，取电线圈13通过感应电压为设备供电并为电池充电，坡莫合金导磁体的取电电路包括稳压芯片U1和整流桥U2，稳压芯片U1的型号为HT7150，整流桥U2的型号为MB6S，稳压芯片U1的引脚2经二极管D1连接至单片机U10的CAP_IN引脚，稳压芯片U1的引脚2分别经二极管D1和电容C8后接至GND、经电容C7后接至GND,稳压芯片U1的引脚1接至GND,稳压芯片U1的引脚3分别经电容C6后接至GND、经二极管D3后接至GND、经二极管D2后接至GND、经电阻R23和极性电容E3后接至GND，极性电容E3并联一个电容C9，稳压芯片U1的引脚3经电阻R23后连接至整流桥U2的第一端，整流桥U2第二端接至GND，第三端经电容C10连接至第四端,电容C10并联一个滑动电阻R24，整流桥U2第三端连接至接口模块P1的第二接口，整流桥U2第四端连接至接口模块P1的第一接口；罗氏线圈的电路包括运算放大器U8、运算放大器U5和运算放大器U9，运算放大器U8、运算放大器U5和运算放大器U9的型号均为SGM8046，运算放大器U9的第五引脚经电阻R51后接地，连接至接口端子P3的第二接口，接口端子P3的第一接口连接至及接口端子P2的第二接口，接口端子P2的第一接口连接至FGND，运算放大器U9的第六引脚经电阻R47连接至FGND,经电阻R48连接至运算放大器U9的第七引脚，运算放大器U9的第七引脚经连接至电容C32的第一端，电容C32的第二端经电阻R52连接至FGND，电容C32的第二端连接至运算放大器U5的引脚3，运算放大器U5的引脚2经电阻R44后接地，经电阻R45后连接至单片机U10的AIN引脚，运算放大器U5的引脚1连接至单片机U10的AIN引脚，运算放大器U5的引脚1经电容C29连接至运算放大器U8的第五引脚，运算放大器U8的第五引脚经电阻R53后连接至FGND，运算放大器U8的第四引脚连接至AVSS，运算放大器U8的第六引脚经电阻R41后连接至FGND、经电阻R42后连接至单片机U10的BIN引脚，运算放大器U8的第七引脚连接至单片机U10的BIN引脚，运算放大器U8的第八引脚连接至VCC-OPER、经电容C28连接至AVSS。

进一步的，在卡线结构1的一侧设有电场感应探头，电场感应探头的检测电路包括MOS管Q1，MOS管Q1型号为bat54s，MOS管Q1的E极经过电阻R56连接至单片机U10的U引脚，MOS管Q1的E极经过电阻R56和电容C35连接至MOS管Q1的C极，C极连接至电源AVSS，MOS管Q1的G极经电阻R54连接至FGND、经电阻R55和电容C34后连接至端子J3的第一接口，端子J3的第二接口连接至电源AVSS。

进一步的，电池和超级电容作为后备电源对系统进行供电，后备电源的供电电路包括电池组、稳压芯片U3和稳压芯片U4，稳压芯片U3和稳压芯片U4的型号均为HT7150，电池组包括电池SOLAR1、电池SOLAR2和电池SOLAR3，电池SOLAR1与二极管D6串联组成第一电路，电池SOLAR2与二极管D7串联组成第二电路，电池SOLAR3与二极管D10串联组成第三电路，第一电路、第二电路和第三电路互相并联组成电池组，电池组的第一端接地，第二端分别连接至稳压芯片U3的第二引脚、稳压芯片U4的第二引脚，稳压芯片U4的第二引脚分别经二极管D11后接地、经电容C17后接地，电容C17并联一个电容C16，稳压芯片U4的第一引脚接地，第三引脚经电容C15后接地，电容C15并联一个电容C14，稳压芯片U4的第三引脚经二极管D9后分别经过电容CAP2后接地、经过二极管D8连接至通信电路中并联电路的第二端，即GS_VCC端；稳压芯片U3的第一引脚接地，第三引脚经电容C12后接地，电容C12并联一个电容C11，稳压芯片U3的第三引脚经二极管D5后分别经过电容CAP1后接地、经过二极管D4连接单片机U10的引脚CAP_IN。

进一步的，风速变送器的型号为DF601风速变送器，风速变送器是把风速大小的信号转换标准的模拟电压或电流信号，供自控系统识别，风速变送器的输出端连接至单片机U10的输入引脚RXD1，风速变送器的输入端连接至单片机U10的输出引脚TXD1。

相对于现有技术，本实用新型所述的输配电线路雷电放电感应监测装置具有以下优势：

(1)本实用新型所述的输配电线路雷电放电感应监测装置，专门安装于电力传输线路之上，通过电力线路在线取电和风能、太阳能相结合的方式，特别适合野外电力传输走廊的应用环境。

(2)本实用新型所述的输配电线路雷电放电感应监测装置，不仅能够监测普通温湿度等微气象环境，还通过导体发热法监测环境温度，避免机械原件长期运行带来的误差；在监测电网线路电流、电场的同时对外接电场放电感应进行录波采集，可同期详细记录电力线路运行信息及外接环境数据和放电感应扰动，对线路的安全运行起到实施监控、风险预警、故障定位的功能。

(3)本实用新型所述的输配电线路雷电放电感应监测装置，在硬件条件要求不高、设备自行线路取电并微功耗的条件下，能够实时监控线路沿线微环境下气象变化信息和电网线路运行状态信息，提供雷电闪络预警和事故定位功能，且方法基于物联网概念，可靠易实现，为进一步提升电网精细化管理，实现电网主动抢修能力提供了有力技术支撑。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的输配电线路雷电放电感应监测装置的控制原理框图；

图2为本实用新型实施例所述的温度传感器的电路图；

图3为本实用新型实施例所述的温度湿度压力检测电路；

图4为本实用新型实施例所述的通信电路；

图5为本实用新型实施例所述的卫星定位电路；

图6为本实用新型实施例所述的电场感应探头的检测电路；

图7为本实用新型实施例所述的坡莫合金导磁体的取电电路；

图8为本实用新型实施例所述的罗氏线圈的电路；

图9为本实用新型实施例所述的后备电源的供电电路；

图10为本实用新型实施例所述控制器的电路图；

图11为本实用新型实施例所述输配电线路雷电放电感应监测装置的结构示意图；

图12为本实用新型实施例所述输配电线路雷电放电感应监测装置的工作流程图。

附图标记说明：

1-卡线结构；11-壳体；111-一号槽；12-取电部；121-二号槽；13-取电线圈；2-风速变送器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

名词解释：

VCC：C＝circuit表示电路的意思,即接入电路的电压；

VDD：D＝device表示器件的意思,即器件内部的工作电压；

VSS：S＝series表示公共连接的意思，通常指电路公共接地端电压,VSS在CMOS电路中指负电源,在单电源时指零伏或接地；

VDDA，VSSA：是模拟部分的电源；

GND：电线接地端的简写,代表地线或0线；

三极管：三极管的C极，代表集电极；B极，代表基极；E极，代表发射极；

MOS管：G极代表栅极，S极代表源极，D极代表漏极。

一种输配电线路雷电放电感应监测装置，如图1至图12所示，包括卡线结构1及其内部安装的电路板，卡线结构1包括壳体11和取电部12，壳体11为上端开口的筒状结构，取电部12的外形为半圆环结构，壳体11的一端与取电部12的一端铰接，壳体11的另一端和取电部12的另一端卡接，取电部12内部设有二号槽121，壳体11上部设有两个位置相对的一号槽111，壳体11和取电部12卡接后，二号槽121和一号槽111之间形成线缆通道，用于卡线，取电部12内部安装取电线圈13，一侧安装电场感应探头，壳体11底部安装风速变送器2，内部安装电路板和后备电源，电池和超级电容作为后备电源；电路板上安装控制器、线温度检测电路、温度湿度压力检测电路、通信电路和卫星定位电路，控制器分别信号连接至线温度检测电路、温度湿度压力检测电路、通信电路、卫星定位电路、电场感应探头、取电线圈13和风速变送器2，电连接至后备电源；控制器还通过物联网连接至外部的云端平台。

监测装置利用卡线结构1安装于线路线缆之上，监测装置在采集线路电流数据的间歇时，可对装置内电池进行充电，监测装置取电的同时，实时量测线路电流值和电场值；装置内部设置的线温度检测电路用于检测电缆表面温度，温度湿度压力检测电路用于检测环境温度、湿度和气压，控制器根据内部设定的公式，可通过线路电流、线路温度、环境温度，计算环境风速同时实时量测环境周围微气象信息。装置内部带有电池和超级电容，作为后备电源；监测装置内部带有通信电路，可将采集数据上传至云端平台；监测装置内部安装卫星定位电路，可以核对时间和定位位置，并将数据上送至云端平台；装置下部安装有风碗型风力变送器，作为风速补充测量和矫正之用，并同时作为电源供电方式。控制器根据采集到的线路电流、电压波形的信号，识别突变信号，将波形信息和环境监测信息通过通信电路上传云端后台；后端云台根据监测装置接受到的信息，根据电流、电场波形特征和环境信息、位置信息，综合判断线路整体环境，估算雷电闪络风险，查找闪络故障位置。

监测装置在安装前期，风速变送器精度高，可作为调教温度湿度风力感知的基础标准数据，形成温度、电流、湿度计算风力的参数标定依据。随着安装时间的延长，机械装置精度变低，但温度湿度压力传感器和温度传感器的精度没有变化，温度风力感应采集模块作为主要测量依旧，速变送器作为参照，主要作为后备电源发电装置。

控制器为单片机U10，单片机U10的型号为MSP430FR5964。

风速变送器2的型号为DF601风速变送器，风速变送器2是把风速大小的信号转换标准的模拟电压(1-5V)或电流(4-20mA)信号，供自控系统识别，风速变送器2的输出端连接至控制器的输入引脚RXD1，风速变送器2的输入端连接至控制器的输出引脚TXD1。

线温度检测电路包括温度传感器J2、运算放大器U6和二极管D15，二极管D15的型号为BAT54S，温度传感器J2的型号为PT1000，为线温度检测装置，运算放大器U6的型号为LM258D，温度传感器J2的第二接口连接至电源AVCC，第一接口连接至运算放大器U6的正向输入端，运算放大器U6的正向输入端分别经电阻R40连接至电源VSSA、经电容C24连接至电源VSSA、经二极管D16连接至电源VSSA；运算放大器U6的负极输入端连接至其输出端，运算放大器U6的输出端经电阻R39、二极管D15的第三端连接至单片机U10的引脚TEMP_IN，二极管D15的第一端连接至电源VSSA，第二端连接至电压AVCC，运算放大器U6的输出端经电容C23连接至电源VSSA。

温度湿度压力检测电路包括温度湿度压力传感器U7，温度湿度压力传感器U7的型号为MS8607-2BA01，温度湿度压力传感器U7的引脚1经电容C26连接至引脚3，引脚1连接至电源电压VCC，引脚3连接至GND，引脚7连接至单片机U10的引脚SDA,温度湿度压力传感器U7的引脚8连接至单片机U10的引脚SCL，引脚8经电阻R38连接至电压VCC，温度湿度压力传感器U7的引脚7经电阻R37连接至电压VCC。

通信电路包括通信模块M1、若干三极管和SIM卡座S1,通信模块M1的型号为M35，三极管的型号均为9014，通信模块M1的引脚12经电阻R19连接至单片机U10的引脚GPRS_ST，引脚13经电阻R20连接至单片机U10的引脚GPRS_NET，引脚20经电阻R18连接至单片机U10的引脚GPRS_DRT，引脚20经电阻R15后接地，引脚21经电阻R13连接至单片机U10的引脚RXD0，引脚22经电阻R12连接至单片机U10的引脚TXD0，经电阻R10后接地；引脚24经电阻R14连接后接地，引脚25经电阻R11连接至单片机U10的引脚GPRS_DCD，引脚26经电阻R9连接至单片机U10的引脚GPRS_RI；引脚27连接至SIM卡座S1的VCC接口，引脚28经电阻R8连接至SIM卡座S1的RST复位接口，引脚29经电阻R4连接至SIM卡座S1的I/O接口，引脚30经电阻R5连接至SIM卡座S1的CLK时钟接口，引脚31连接至SIM卡座S1的GND接口，经电容C4连接至SIM卡座S1的VCC接口；极性电容E1、极性电容E2和电容C3互相并联组成并联电路，并联电路的第一端连接至GND，第二端分别连接至GS_VCC、通信模块M1的引脚33，通信模块M1的引脚33经电阻R3、发光二极管LED1后连接至三极管G2的C极，三极管G2的E极接至GND，三极管G2的B极经电阻R7后连接至单片机U10的引脚GPRS_NET，通信模块M1的引脚33经电阻R2、发光二极管LED2后连接至三极管G1的C极，三极管G1的E极接至GND，三极管G1的B极经电阻R6后连接至单片机U10的引脚GPRS_ST，通信模块M1的引脚39经电阻R1连接至GPRS天线座RF1的第一接口，GPRS天线座RF1的第二接口接至GND；通信模块M1的引脚10连接至三极管G3的C极，三极管G3的B极经电阻R16连接至三极管G3的E极，三极管G3的E极接至GND，三极管G3的B极经电阻R21后连接至单片机U10的引脚GPRS_KEY，通信模块M1的引脚11连接至三极管G4的C极，三极管G4的B极经电阻R17连接至三极管G4的E极，三极管G4的E极接至GND，三极管G4的B极经电阻R22后连接至单片机U10的引脚GPRS_OFF。

卫星定位电路包括卫星定位模块M2和IPX天线座T1，卫星定位模块M2的型号为NEO06M，卫星定位模块M2的引脚8连接至电阻R32的第一端，电阻R32的第二端分别接至电源VCC、经电容C21连接至GND，卫星定位模块M2的引脚9经电容C22连接至引脚7，引脚7接至GND，卫星定位模块M2的引脚9经电感L2连接至IPX天线座T1的第一接口，IPX天线座T1的第一接口分别连接至卫星定位模块M2的引脚11、经双向瞬变抑制二极管DV1后连接至卫星定位模块M2的引脚12，卫星定位模块M2的引脚11和引脚10连接后接GND，IPX天线座T1的第二接口接至GND，卫星定位模块M2的引脚20经电阻R34后连接至单片机U10的引脚RXD2，引脚21经电阻R31后连接至单片机U10的引脚TXD2，引脚23经电感L1后连接至VCC，引脚23经电容C18后接地，电容C18并联一个电容C19，卫星定位模块M2的引脚22和引脚24接至GND。

取电线圈13包括坡莫合金导磁体及其外部缠绕的罗氏线圈，取电线圈13通过感应电压为设备供电并为电池充电，坡莫合金导磁体的取电电路包括稳压芯片U1和整流桥U2，稳压芯片U1的型号为HT7150，整流桥U2的型号为MB6S，稳压芯片U1的引脚2经二极管D1连接至单片机U10的CAP_IN引脚，稳压芯片U1的引脚2分别经二极管D1和电容C8后接至GND、经电容C7后接至GND,稳压芯片U1的引脚1接至GND,稳压芯片U1的引脚3分别经电容C6后接至GND、经二极管D3后接至GND、经二极管D2后接至GND、经电阻R23和极性电容E3后接至GND，极性电容E3并联一个电容C9，稳压芯片U1的引脚3经电阻R23后连接至整流桥U2的第一端，整流桥U2第二端接至GND，第三端经电容C10连接至第四端,电容C10并联一个滑动电阻R24，整流桥U2第三端连接至接口模块P1的第二接口，整流桥U2第四端连接至接口模块P1的第一接口；

罗氏线圈的电路包括运算放大器U8、运算放大器U5和运算放大器U9，运算放大器U8、运算放大器U5和运算放大器U9的型号均为SGM8046，运算放大器U9的第五引脚经电阻R51后接地，连接至接口端子P3的第二接口，接口端子P3的第一接口连接至及接口端子P2的第二接口，接口端子P2的第一接口连接至FGND，运算放大器U9的第六引脚经电阻R47连接至FGND,经电阻R48连接至运算放大器U9的第七引脚，运算放大器U9的第七引脚经连接至电容C32的第一端，电容C32的第二端经电阻R52连接至FGND，电容C32的第二端连接至运算放大器U5的引脚3，运算放大器U5的引脚2经电阻R44后接地，经电阻R45后连接至单片机U10的AIN引脚，运算放大器U5的引脚1连接至单片机U10的AIN引脚，运算放大器U5的引脚1经电容C29连接至运算放大器U8的第五引脚，运算放大器U8的第五引脚经电阻R53后连接至FGND，运算放大器U8的第四引脚连接至AVSS，运算放大器U8的第六引脚经电阻R41后连接至FGND、经电阻R42后连接至单片机U10的BIN引脚，运算放大器U8的第七引脚连接至单片机U10的BIN引脚，运算放大器U8的第八引脚连接至VCC-OPER、经电容C28连接至AVSS。在卡线结构1中设计有罗氏线圈13，可测量电缆线路电流值。

在卡线结构1中，设计有电场感应探头，测量导线表皮附近到输配电线路雷电放电感应监测装置自带地线之间的电场压降，并将该数据传递给控制器，电场感应探头的检测电路包括MOS管Q1，MOS管Q1型号为bat54s，MOS管Q1的E极经过电阻R56连接至单片机U10的U引脚，MOS管Q1的E极经过电阻R56和电容C35连接至MOS管Q1的C极，C极连接至电源AVSS，MOS管Q1的G极经电阻R54连接至FGND、经电阻R55和电容C34后连接至端子J3的第一接口，端子J3的第二接口连接至电源AVSS。

电池和超级电容作为后备电源对系统进行供电，后备电源的供电电路采用微功耗设计，具体包括电池组、稳压芯片U3和稳压芯片U4，稳压芯片U3和稳压芯片U4的型号均为HT7150，电池组包括电池SOLAR1、电池SOLAR2和电池SOLAR3，电池SOLAR1与二极管D6串联组成第一电路，电池SOLAR2与二极管D7串联组成第二电路，电池SOLAR3与二极管D10串联组成第三电路，第一电路、第二电路和第三电路互相并联组成电池组，电池组的第一端接地，第二端分别连接至稳压芯片U3的第二引脚、稳压芯片U4的第二引脚，稳压芯片U4的第二引脚分别经二极管D11后接地、经电容C17后接地，电容C17并联一个电容C16，稳压芯片U4的第一引脚接地，第三引脚经电容C15后接地，电容C15并联一个电容C14，稳压芯片U4的第三引脚经二极管D9后分别经过电容CAP2后接地、经过二极管D8连接至通信电路中并联电路的第二端，即GS_VCC端；稳压芯片U3的第一引脚接地，第三引脚经电容C12后接地，电容C12并联一个电容C11，稳压芯片U3的第三引脚经二极管D5后分别经过电容CAP1后接地、经过二极管D4连接单片机U10的引脚CAP_IN。

二号槽121和一号槽111均为弧形槽。

风速变送器2为风碗型风速变送器，作为风力的补充采集，并为卡线结构1内部的电路板补充电力。

一种输配电线路雷电放电感应监测装置的工作原理为：

将线缆入壳体11和取电部12之间的线缆通道内，使得用于监测的电路板安装于线路线缆之上，电路板在采集线路电流数据的间歇时，可对壳体11内电池进行充电，电路板取电的同时，实时量测线路电流值和电场值；电路板上设置的线温度检测电路用于检测电缆表面温度，并将数据实时传递给控制器，温度湿度压力检测电路用于检测环境温度、湿度和气压，并将数据实时传递给控制器，控制器根据内部设定的公式，通过采集到的线路电流、线路温度、环境温度，计算环境风速。壳体11内部安装的电池和超级电容，作为后备电源；电路板内部带有通信电路，通信电路将采集的数据上传至云端平台；电路板内部安装卫星定位电路，卫星定位电路用来核对时间和定位位置，并将数据上送至云端平台；卡线结构1下部安装有风碗型风力变送器，作为风速补充测量和矫正之用，并同时作为电源供电方式。控制器根据采集到的线路电流、电压波形的信号，识别突变信号，将波形信息和环境监测信息通过通信电路上传云端后台；后端云台根据接受到的信息，根据电流、电场波形特征和环境信息、位置信息，综合判断线路整体环境，估算雷电闪络风险，查找闪络故障位置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输配电线路雷电放电感应监测装置，其特征在于：包括卡线结构及其内部安装的电路板，卡线结构包括壳体和取电部，取电部的外形为半圆环结构，壳体的一端与取电部的一端铰接，另一端和取电部的另一端卡接，壳体和取电部卡接后，壳体和取电部之间形成线缆通道，用于卡线，取电部内部安装取电线圈，一侧安装电场感应探头，壳体底部安装风速变送器，内部安装电路板和后备电源，电路板上安装控制器、线温度检测电路、温度湿度压力检测电路、通信电路和卫星定位电路，控制器分别信号连接至线温度检测电路、温度湿度压力检测电路、通信电路、卫星定位电路、电场感应探头、取电线圈、风速变送器和外部的云端平台，电连接至后备电源。

2.根据权利要求1所述的一种输配电线路雷电放电感应监测装置，其特征在于：控制器为单片机U10，单片机U10的型号为MSP430FR5964。

3.根据权利要求2所述的一种输配电线路雷电放电感应监测装置，其特征在于：线温度检测电路包括温度传感器J2、运算放大器U6和二极管D15，二极管D15的型号为BAT54S，温度传感器J2的型号为PT1000，为线温度检测装置，运算放大器U6的型号为LM258D，温度传感器J2的第二接口连接至电源AVCC，第一接口连接至运算放大器U6的正向输入端，运算放大器U6的正向输入端分别经电阻R40连接至电源VSSA、经电容C24连接至电源VSSA、经二极管D16连接至电源VSSA；运算放大器U6的负极输入端连接至其输出端，运算放大器U6的输出端经电阻R39、二极管D15的第三端连接至单片机U10的引脚TEMP_IN，二极管D15的第一端连接至电源VSSA，第二端连接至电压AVCC，运算放大器U6的输出端经电容C23连接至电源VSSA。

4.根据权利要求2所述的一种输配电线路雷电放电感应监测装置，其特征在于：温度湿度压力检测电路包括温度湿度压力传感器U7，温度湿度压力传感器U7的型号为MS8607-2BA01，温度湿度压力传感器U7的引脚1经电容C26连接至引脚3，引脚1连接至电源电压VCC，引脚3连接至GND，引脚7连接至单片机U10的引脚SDA,温度湿度压力传感器U7的引脚8连接至单片机U10的引脚SCL，引脚8经电阻R38连接至电压VCC，温度湿度压力传感器U7的引脚7经电阻R37连接至电压VCC。

5.根据权利要求2所述的一种输配电线路雷电放电感应监测装置，其特征在于：通信电路包括通信模块M1、若干三极管和SIM卡座S1,通信模块M1的型号为M35，三极管的型号均为9014，通信模块M1的引脚12经电阻R19连接至单片机U10的引脚GPRS_ST，引脚13经电阻R20连接至单片机U10的引脚GPRS_NET，引脚20经电阻R18连接至单片机U10的引脚GPRS_DRT，引脚20经电阻R15后接地，引脚21经电阻R13连接至单片机U10的引脚RXD0，引脚22经电阻R12连接至单片机U10的引脚TXD0，经电阻R10后接地；引脚24经电阻R14连接后接地，引脚25经电阻R11连接至单片机U10的引脚GPRS_DCD，引脚26经电阻R9连接至单片机U10的引脚GPRS_RI；引脚27连接至SIM卡座S1的VCC接口，引脚28经电阻R8连接至SIM卡座S1的RST复位接口，引脚29经电阻R4连接至SIM卡座S1的I/O接口，引脚30经电阻R5连接至SIM卡座S1的CLK时钟接口，引脚31连接至SIM卡座S1的GND接口，经电容C4连接至SIM卡座S1的VCC接口；极性电容E1、极性电容E2和电容C3互相并联组成并联电路，并联电路的第一端连接至GND，第二端分别连接至GS_VCC、通信模块M1的引脚33，通信模块M1的引脚33经电阻R3、发光二极管LED1后连接至三极管G2的C极，三极管G2的E极接至GND，三极管G2的B极经电阻R7后连接至单片机U10的引脚GPRS_NET，通信模块M1的引脚33经电阻R2、发光二极管LED2后连接至三极管G1的C极，三极管G1的E极接至GND，三极管G1的B极经电阻R6后连接至单片机U10的引脚GPRS_ST，通信模块M1的引脚39经电阻R1连接至GPRS天线座RF1的第一接口，GPRS天线座RF1的第二接口接至GND；通信模块M1的引脚10连接至三极管G3的C极，三极管G3的B极经电阻R16连接至三极管G3的E极，三极管G3的E极接至GND，三极管G3的B极经电阻R21后连接至单片机U10的引脚GPRS_KEY，通信模块M1的引脚11连接至三极管G4的C极，三极管G4的B极经电阻R17连接至三极管G4的E极，三极管G4的E极接至GND，三极管G4的B极经电阻R22后连接至单片机U10的引脚GPRS_OFF。

6.根据权利要求2所述的一种输配电线路雷电放电感应监测装置，其特征在于：卫星定位电路包括卫星定位模块M2和IPX天线座T1，卫星定位模块M2的型号为NEO06M，卫星定位模块M2的引脚8连接至电阻R32的第一端，电阻R32的第二端分别接至电源VCC、经电容C21连接至GND，卫星定位模块M2的引脚9经电容C22连接至引脚7，引脚7接至GND，卫星定位模块M2的引脚9经电感L2连接至IPX天线座T1的第一接口，IPX天线座T1的第一接口分别连接至卫星定位模块M2的引脚11、经双向瞬变抑制二极管DV1后连接至卫星定位模块M2的引脚12，卫星定位模块M2的引脚11和引脚10连接后接GND，IPX天线座T1的第二接口接至GND，卫星定位模块M2的引脚20经电阻R34后连接至单片机U10的引脚RXD2，引脚21经电阻R31后连接至单片机U10的引脚TXD2，引脚23经电感L1后连接至VCC，引脚23经电容C18后接地，电容C18并联一个电容C19，卫星定位模块M2的引脚22和引脚24接至GND。

7.根据权利要求2所述的一种输配电线路雷电放电感应监测装置，其特征在于：取电线圈13包括坡莫合金导磁体及其外部缠绕的罗氏线圈，取电线圈13通过感应电压为设备供电并为电池充电，坡莫合金导磁体的取电电路包括稳压芯片U1和整流桥U2，稳压芯片U1的型号为HT7150，整流桥U2的型号为MB6S，稳压芯片U1的引脚2经二极管D1连接至单片机U10的CAP_IN引脚，稳压芯片U1的引脚2分别经二极管D1和电容C8后接至GND、经电容C7后接至GND,稳压芯片U1的引脚1接至GND,稳压芯片U1的引脚3分别经电容C6后接至GND、经二极管D3后接至GND、经二极管D2后接至GND、经电阻R23和极性电容E3后接至GND，极性电容E3并联一个电容C9，稳压芯片U1的引脚3经电阻R23后连接至整流桥U2的第一端，整流桥U2第二端接至GND，第三端经电容C10连接至第四端,电容C10并联一个滑动电阻R24，整流桥U2第三端连接至接口模块P1的第二接口，整流桥U2第四端连接至接口模块P1的第一接口；罗氏线圈的电路包括运算放大器U8、运算放大器U5和运算放大器U9，运算放大器U8、运算放大器U5和运算放大器U9的型号均为SGM8046，运算放大器U9的第五引脚经电阻R51后接地，连接至接口端子P3的第二接口，接口端子P3的第一接口连接至及接口端子P2的第二接口，接口端子P2的第一接口连接至FGND，运算放大器U9的第六引脚经电阻R47连接至FGND,经电阻R48连接至运算放大器U9的第七引脚，运算放大器U9的第七引脚经连接至电容C32的第一端，电容C32的第二端经电阻R52连接至FGND，电容C32的第二端连接至运算放大器U5的引脚3，运算放大器U5的引脚2经电阻R44后接地，经电阻R45后连接至单片机U10的AIN引脚，运算放大器U5的引脚1连接至单片机U10的AIN引脚，运算放大器U5的引脚1经电容C29连接至运算放大器U8的第五引脚，运算放大器U8的第五引脚经电阻R53后连接至FGND，运算放大器U8的第四引脚连接至AVSS，运算放大器U8的第六引脚经电阻R41后连接至FGND、经电阻R42后连接至单片机U10的BIN引脚，运算放大器U8的第七引脚连接至单片机U10的BIN引脚，运算放大器U8的第八引脚连接至VCC-OPER、经电容C28连接至AVSS。

8.根据权利要求1所述的一种输配电线路雷电放电感应监测装置，其特征在于：在卡线结构的一侧设有电场感应探头，电场感应探头的检测电路包括MOS管Q1，MOS管Q1型号为bat54s，MOS管Q1的E极经过电阻R56连接至单片机U10的U引脚，MOS管Q1 的E极经过电阻R56和电容C35连接至MOS管Q1的C极，C极连接至电源AVSS，MOS管Q1的G极经电阻R54连接至FGND、经电阻R55和电容C34后连接至端子J3的第一接口，端子J3的第二接口连接至电源AVSS。

9.根据权利要求5所述的一种输配电线路雷电放电感应监测装置，其特征在于：电池和超级电容作为后备电源对系统进行供电，后备电源的供电电路包括电池组、稳压芯片U3和稳压芯片U4，稳压芯片U3和稳压芯片U4的型号均为HT7150，电池组包括电池SOLAR1、电池SOLAR2和电池SOLAR3，电池SOLAR1与二极管D6串联组成第一电路，电池SOLAR2与二极管D7串联组成第二电路，电池SOLAR3与二极管D10串联组成第三电路，第一电路、第二电路和第三电路互相并联组成电池组，电池组的第一端接地，第二端分别连接至稳压芯片U3的第二引脚、稳压芯片U4的第二引脚，稳压芯片U4的第二引脚分别经二极管D11后接地、经电容C17后接地，电容C17并联一个电容C16，稳压芯片U4的第一引脚接地，第三引脚经电容C15后接地，电容C15并联一个电容C14，稳压芯片U4的第三引脚经二极管D9后分别经过电容CAP2后接地、经过二极管D8连接至通信电路中并联电路的第二端，即GS_VCC端；稳压芯片U3的第一引脚接地，第三引脚经电容C12后接地，电容C12并联一个电容C11，稳压芯片U3的第三引脚经二极管D5后分别经过电容CAP1后接地、经过二极管D4连接单片机U10的引脚CAP_IN。

10.根据权利要求2所述的一种输配电线路雷电放电感应监测装置，其特征在于：风速变送器的型号为DF601风速变送器，风速变送器是把风速大小的信号转换标准的模拟电压或电流信号，供自控系统识别，风速变送器的输出端连接至单片机U10的输入引脚RXD1，风速变送器的输入端连接至单片机U10的输出引脚TXD1。

Images