一種避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在線監(jiān)測系統(tǒng)，更具體的說是涉及一種避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力系統(tǒng)全面開展輸變電設(shè)備狀態(tài)評價和狀態(tài)檢修工作，以及目前智能電網(wǎng)建設(shè)工作的全面展開，開展輸變電一次設(shè)備的在線監(jiān)測工作已經(jīng)是一項(xiàng)迫在眉睫的工作。金屬氧化物避雷器(避雷器)是電力系統(tǒng)中廣泛使用的一種輸變電一次設(shè)備，是電力系統(tǒng)中的重要的過電壓保護(hù)裝置。由于避雷器有良好的非線性電阻特性，所以避雷器內(nèi)部是沒有間隙的。正是由于沒有間隙，在正常運(yùn)行中閥片長期承受電力系統(tǒng)運(yùn)行電壓的作用，以及內(nèi)部受潮或過熱等因素的影響，容易造成閥片非線性電阻特性的劣化。這種劣化的主要表現(xiàn)是正常電壓下的阻性電流的增加，阻性電流的加大造成發(fā)熱量的增加，避雷器內(nèi)部溫度的上升，溫度的上升又加速閥片的老化，形成惡性循壞，最后導(dǎo)致避雷器由于過熱而損壞，嚴(yán)重時可能引起避雷器的爆炸，引起大面積停電事故，因此，研究開發(fā)出可靠、先進(jìn)、便捷的避雷器阻性電流在線監(jiān)測系統(tǒng)，是推進(jìn)避雷器在線監(jiān)測的在線監(jiān)測工作和狀態(tài)評價和狀態(tài)檢修工作的基礎(chǔ)和前提。
[0003]目前國內(nèi)、外所用的避雷器在線監(jiān)測終端，大多都采用阻性電流法進(jìn)行避雷器的在線監(jiān)測，存在以下問題:1.絕大多數(shù)在線監(jiān)測裝置的功能方式都采用外部電源供電、太陽能供電、電池供電等三種方式。這些方式都有一定的局限性。比如采用外部供電方式成本較高，且在避雷器釋放雷電流時對整個站用變有不安全因素;采用太陽能供電方式很大程度上依賴天氣因素，可靠性不高;采用電池供電方式需要定期對所有監(jiān)測裝置進(jìn)行更換，不經(jīng)濟(jì)且工作量巨大。2、采用阻性電流法的在線監(jiān)測裝置，都需要引入電壓互感器(PT)的電壓信號作為參考信號，需要在整個變電站進(jìn)行布線，將母線PT的二次測量端的信號牽引到每個間隔的避雷器監(jiān)測裝置處，工程量非常巨大。
[0004]如申請?zhí)枮?01100288860.1申請日為2010年9月25日，授權(quán)公告日為2013年I月16日，名稱為“一種金屬氧化物避雷器阻性電流提取方法”的發(fā)明專利。該發(fā)明專利還是同時采集避雷器泄漏電流信號以及施加于避雷器上的電壓信號，但是其獲得避雷器電壓信號的方式是通過互感器或電容分壓器來獲得，因此就必須在整個變電站進(jìn)行布線，將母線PT的二次測量端的電壓信號牽引到每個間隔的避雷器監(jiān)測裝置處，工程量非常巨大，不利于實(shí)際現(xiàn)場情況的安裝實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)，該在線監(jiān)測系統(tǒng)采用避雷器泄漏電流供能、無線射頻通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，該系統(tǒng)由避雷器在線監(jiān)測終端、電壓匯集裝置、同步控制通信機(jī)和數(shù)據(jù)分析處理平臺四大部分構(gòu)成，避雷器在線監(jiān)測終端利用金屬氧化物避雷器固有的泄漏電流來獲取該裝置的工作能源，同時采用無線射頻通訊方式來同步避雷器在線監(jiān)測終端、電壓匯集裝置的時鐘及同步采樣、數(shù)據(jù)傳輸。使得避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)在無源、無需布置大量信號、通信電纜的情況下進(jìn)行工作，極大的提高了避雷器在線監(jiān)測終端的可靠性和實(shí)用性，同時又易于現(xiàn)場裝置的安裝調(diào)試和維護(hù)。
[0006]為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括避雷器在線監(jiān)測終端、電壓匯集裝置、同步控制通信機(jī)和數(shù)據(jù)分析處理平臺，避雷器在線監(jiān)測終端和電壓匯集裝置兩者接收來自同步控制通信機(jī)發(fā)出的采樣通知信號后，分別進(jìn)行電流信號或電壓信號的采集，并將采集得來的電流信號或電壓信號發(fā)送給同步控制通信機(jī)，同步控制通信機(jī)對接收到的電流信號或電壓信號進(jìn)行計(jì)算處理得到避雷器的阻性電流值后，將避雷器的阻性電流值傳送至數(shù)據(jù)分析處理平臺進(jìn)行分析處理以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。
[0007]所述避雷器在線監(jiān)測終端包括CPU、避雷器泄漏電流采樣模塊、避雷器泄漏電流儲能供電模塊、無線通信模塊、時鐘同步模塊，CPU、避雷器泄漏電流采樣模塊、避雷器泄漏電流儲能供電模塊三者相連，無線通信模塊的一端和CHJ相連，無線通信模塊的另一端和天線端口相連，時鐘同步模塊和CPU相連。
[0008]所述避雷器泄漏電流儲能供電模塊包括電阻片、動作儲能電容、能源儲能電容、觸發(fā)電路、整流橋電路、電磁繼電器、能源管理模塊，所述電阻片和整流橋電路并聯(lián)，整流橋電路的正極和觸發(fā)電路相連，觸發(fā)電路和電磁繼電器串聯(lián)，觸發(fā)電路并聯(lián)有一電流表，動作儲能電容的一端和整流橋電路的正極相連，動作儲能電容的另一端和電磁繼電器相連，動作儲能電容的另一端還連接有能源儲能電容的正極，能源儲能電容的負(fù)極和整流橋電路的負(fù)極相連，能源儲能電容上還并聯(lián)有能源管理模塊。
[0009]所述避雷器泄漏電流采樣模塊包括套接在避雷器引下線上的穿心互感器、LPF低通濾波器、PGA可編程增益放大器和ADC，穿心互感器側(cè)接LPF低通濾波器，LPF低通濾波器、PGA可編程增益放大器、ADC依次相連，PGA可編程增益放大器、ADC同時和CPU相連。
[0010]還包括IXD，所述IXD和CPU、無線通信電路、避雷器泄漏電流儲能供電模塊均相連。
[0011]所述電壓匯集裝置包括端口、LPF低通濾波器、AMP放大器、ADC單元、電源、時鐘同步模塊和CPU，端口、LPF低通濾波器、AMP放大器、ADC單元、CPU依次相連，CPU還連接有無線通信電路，無線通信電路和天線端口相連，時鐘同步模塊和(PU相連。
[0012]端口、LPF低通濾波器、AMP放大器數(shù)目一一對應(yīng)且為2個及以上。
[0013]所述同步控制通信機(jī)包括CPU、RAM、無線通信電路、時鐘同步模塊、以太網(wǎng)接口，所述RAM和CPU相連，CPU和無線通信電路、時鐘同步模塊、以太網(wǎng)接口相連。
[0014]整個監(jiān)測系統(tǒng)的能源消耗計(jì)算方法為:能源收集，取現(xiàn)場MOA最小泄漏電流200uA，裝置設(shè)計(jì)為T分鐘進(jìn)行一次MOA泄漏電流采樣;常態(tài)情況下裝置處于休眠模式，若避雷器在線監(jiān)測終端有事件則即蘇醒進(jìn)行處理，待處理完后繼續(xù)進(jìn)入休眠模式，監(jiān)測終端每次喚醒后無線接收1mS，由于無線通信速率為256KbpsS卩其有效數(shù)據(jù)傳輸載荷為32768字節(jié)/秒;無線時鐘同步數(shù)據(jù)包長度為128字節(jié)，泄漏電流測量數(shù)據(jù)包為256字節(jié)，MOA雷擊動作數(shù)據(jù)包為128字節(jié)；整個系統(tǒng)休眠電流為5uA; CHJ喚醒后工作電流為8.5mA;泄漏電流采樣電流為1.2mA，T分鐘獲取能源:W獲取=單位時間(秒)XMOA泄漏電流(uA)，T分鐘通信消耗能源:W消耗1=單位時間(秒)X靜態(tài)電流+單位時間內(nèi)喚醒次數(shù)X喚醒接收時間(秒)X接收電流+時鐘同步時間(秒)X (接收電流+發(fā)送電流)+數(shù)據(jù)傳輸時間(秒)X (接收電流+發(fā)送電流)，Τ分鐘采樣消耗能源:W消耗2=采樣時間X采樣電流+計(jì)數(shù)時間X數(shù)字電路工作電流，T分鐘數(shù)字處理能源消耗W消耗3=單位時間(秒)X休眠電流(uA)+單位時間內(nèi)喚醒次數(shù)X喚醒時間X數(shù)字電路工作電流。
[0015]監(jiān)測終端的中央處理器采用STM32L系列，無線通信電路采用GFSK編解碼基帶處理和電流型D類放大器，無線通信電路射頻通信頻率為433Mhz，數(shù)據(jù)傳輸速率為256Kbps。
[0016]避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟:
步驟1:在整個變電站安裝避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)；
步驟2:電壓匯集裝置、同步控制通信機(jī)采用站用電進(jìn)行工作，此時電壓匯集裝置實(shí)時的主動請求同步控制通信機(jī)進(jìn)行時鐘同步；
步驟3:避雷器在線監(jiān)測終端利用避雷器泄漏電流進(jìn)行能源存儲；
步驟4:避雷器在線監(jiān)測終端能源存儲到可工作的狀態(tài)后，主動請求同步控制通信機(jī)進(jìn)行時鐘授時，此時同步控制通信機(jī)同步避雷器在線監(jiān)測終端和電壓匯集裝置的時鐘誤差小于±luS并下發(fā)采樣間隔時間；
步驟5:避雷器在線監(jiān)測終端根據(jù)同步控制通信機(jī)下發(fā)的采樣間隔進(jìn)行設(shè)置并按照采用時間間隔進(jìn)行休眠；
步驟6:采樣間隔時間到時，避雷器在線監(jiān)測終端喚醒，請求同步控制通信機(jī)進(jìn)行采樣時鐘同步；
步驟7:避雷器在線監(jiān)測終端和電壓匯集裝置在時鐘同步后同步進(jìn)行采樣工作；
步驟8:避雷器在線監(jiān)測終端和電壓匯集裝置將采樣數(shù)據(jù)通過無線射頻通信傳輸至同步控制通信機(jī)；
步驟9:同步控制通信機(jī)判定系統(tǒng)采樣間隔是否有更改，若有此時下發(fā)至避雷器在線監(jiān)測終端；
步驟10:避雷器在線監(jiān)測終端設(shè)置采樣時間間隔進(jìn)行休眠；
步驟11:同步控制通信機(jī)分析避雷器在線監(jiān)測終端、電壓匯集裝置發(fā)送來的采樣信號并計(jì)算避雷器的泄漏電流、阻性電流，并利用以太網(wǎng)通信傳輸至系統(tǒng)后臺，此后系統(tǒng)循環(huán)執(zhí)行步