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一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流的在線監測裝置及采用該裝置進行在線監測的方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410257722.5

申請日:

2014.06.11

公開號:

CN103983840A

公開日:

2014.08.13

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):G01R 19/25申請公布日:20140813|||實質審查的生效IPC(主分類):G01R 19/25申請日:20140611|||公開
IPC分類號: G01R19/25; G01R31/02 主分類號: G01R19/25
申請人: 國家電網公司; 黑龍江省電力科學研究院
發明人: 高自偉; 趙淼; 朱學成; 羅永芬; 周淵; 張健; 張源斌
地址: 100031 北京市西城區西長安街86號
優先權:
專利代理機構: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109 代理人: 張利明
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410257722.5

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.11.24|||2014.09.10|||2014.08.13

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流的在線監測裝置及采用該裝置進行在線監測的方法,屬于高電壓設備和試驗技術領域。解決了電力系統無法實時準確地掌握絕緣子的實際狀態的問題。本發明在最靠近桿塔的絕緣子鐵帽附近的傘裙上粘接一個金屬箔的開口截流環,用以引出泄漏及電暈脈沖電流,由在開口截流環和地之間串接一個低值取樣電阻,將電流信號轉換為電壓信號,這電壓信號經帶泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路放大后發送至高速A/D轉換電路,另對現場微氣候參量進行低速模數轉換。FPGA控制電路控制移動通訊模塊將數據發送至上位機。實現了對絕緣子實際狀態的實時準確地監測。本發明適用于測量交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流。

權利要求書

權利要求書
1.  一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流的在線監測裝置,其特征在于,該裝置包括泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)、高速A/D轉換電路(2)、FPGA控制電路(3)、GPRS/GSM通訊模塊(4)、溫度傳感器(5)、濕度傳感器(6)、低速A/D轉換電路(7)、上位機(13)和開口截流環(16);
開口截流環(16)固定安裝在桿塔橫擔端第一片絕緣子鐵帽(17)下沿的傘裙(15)的外側,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)的一個信號輸入端連接開口截流環(16),泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)的另一個信號輸入端接地;
泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)的泄漏及閃絡信號輸出端連接高速A/D轉換電路(2)的模擬信號輸入端,高速A/D轉換電路(2)的數字信號輸出端連接FPGA控制電路(3)的泄漏及閃絡信號輸入端;
溫度傳感器(5)的溫度信號輸出端連接低速A/D轉換電路(7)的一個模擬信號輸入端,濕度傳感器(6)的濕度信號輸出端連接低速A/D轉換電路(7)的另一個模擬信號輸入端,低速A/D轉換電路(7)的數字信號輸出端連接FPGA控制電路(3)的環境信號輸入端,FPGA控制電路(3)的一個數據信號輸出與控制信號輸入端連接GPRS/GSM通訊模塊(4)的數據信號輸入與控制信號輸出端,GPRS/GSM通訊模塊(4)與移動基站(8)進行無線數據傳輸,移動基站(8)的數據輸入輸出端通過網線與上位機(13)的數據輸入輸出端連接。

2.  根據權利要求1所述的一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流在線監測裝置,其特征在于,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)包括前置放大器(A1)、單位增益緩存器(A2)、反轉積分器(A3)、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、取樣電阻R5和電容C;
前置放大器(A1)的負相信號輸入端連接采樣電阻R5的一端,采樣電阻R5的另一端為泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)的一個信號輸入端,前置放大器(A1)的正相信號輸入端同時連接電阻R1的一端和電阻R2的一端,電阻R1的另一端接地,電阻R1的另一端為泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)的另一個信號輸入端,電阻R2的另一端連接反轉積分器(A3)的信號輸出端,電容C的一端連接反轉積分器(A3)的輸出端,反轉積分器(A3)的正相信號輸入端接地,反轉積分器(A3)的負相信號輸入端同時連接電容C的另一端和電阻R4的一端,電阻R4的另一端同時連接單位增益緩存器(A2)的信號輸出端和電阻R3的一端,單位增益緩存器(A2)的信號輸入端連接前置放大器(A1)的信號輸出 端,電阻R3的另一端連接前置放大器(A1)的負相信號輸入端,單位增益緩存器(A2)的信號輸出端為泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)的泄漏及閃絡信號輸出端。

3.  根據權利要求1或2所述的一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流的在線監測裝置,其特征在于,口截流環(16)采用導電膠粘接在桿塔橫擔端第一片絕緣子鐵帽(17)下沿的傘裙(15)的外側。

4.  根據權利要求3所述的一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流的在線監測裝置,其特征在于,該裝置還包括靜態隨機存儲器(12),FPGA控制電路(3)的另一個數據信號輸出端連接靜態隨機存儲器(12)的數據信號輸入端。

5.  根據權利要求3所述的一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流的在線監測裝置,其特征在于,該裝置還包括太陽能電池板(9)、電源轉換與控制電路(10)和鋰電池(11),太陽能電池板(9)的電能信號輸出端連接電源轉換與控制電路(10)的電能信號輸入端連接,電源轉換與控制電路(10)的電流信號輸出端同時連接泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)的電源信號輸入端、FPGA控制電路(3)的電源信號輸入端和GPRS/GSM通訊模塊(4)的電源信號輸入端連接,電源轉換與控制電路(10)的充放電信號端連接鋰電池(11)鋰電池的充放電信號端。

6.  采用權利要求1所述的一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流的在線監測裝置進行在線監測的方法,其特征在于,該方法的具體步驟為:
步驟一、將開口截流環(16)固定安裝在桿塔橫擔端第一片絕緣子鐵帽(17)下沿的傘裙(15)的外側,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)的一個信號輸入端連接開口截流環(16),泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)的另一個信號輸入端接地;
步驟二、將通過泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路(1)采集泄漏及電暈脈沖電流,并將泄漏及電暈脈沖電流經高速A/D轉換電路(2)發送至FPGA控制電路(3);
步驟三、采用溫度傳感器(5)和濕度傳感器(6)采集絕緣子所處環境的溫濕度信息,并將采集的溫濕度信息經低速A/D轉換電路(7)進行模數轉換后發送至FPGA控制電路(3);
步驟四、FPGA控制電路(3)通過GPRS/GSM通訊模塊(4)將泄漏及電暈脈沖電流通過移動基站發送至上位機,實現對交流絕緣子的泄漏及電暈脈沖電流在線監測。

說明書

說明書一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流的在線監測裝置及采用該裝置進行在線監測的方法
技術領域
本發明屬于高電壓設備和試驗技術領域。 
背景技術
高壓絕緣子是電力系統中使用量最大的部件之一,而且并聯在電網和地之間,為典型的外絕緣。濕氣、冰雪和污穢在絕緣子表面的沉積,以及絕緣子的劣化和老化,引起絕緣子的泄漏和電暈電流急劇增加并導致輸電電能的損失,缺陷嚴重時在工作電壓下、特別是出現各種過電壓下引起絕緣子閃絡,該故障對電力系統的安全可靠運行有較大的負面影響。統計表明,大面積閃絡事故始終是導致我國電網大范圍停電的首要原因。 
針對絕緣子的電流泄漏和閃絡,電力系統一般采取增加爬電比距、采用耐污絕緣子、在其表面涂憎水性防污涂料、對絕緣子進行定期清掃或沖洗等措施。這些措施在實際運行中有一定的作用,但減少閃絡的效果仍不理想。究其原因,主要是上述措施的實施周期均需要根據現場情況和維護人員巡視的結果來確定,而現場情況的變化以及人為因素,電力系統無法實時準確地掌握絕緣子的實際狀態。因此,針對絕緣子的泄漏電流和閃絡的監測技術和系統展開研究,具有工程實際意義。 
絕緣子的泄漏電流和閃絡的監測系統一般包括微電流傳感、預處理電路、采集電路和控制電路、上下位機通訊電路和供電電路等。 
絕緣子的泄漏電流及其中的閃絡脈沖電流的導出方法,有通過在絕緣子串的接地端串入穿芯式電流互感器導出的,也有在最末端的絕緣子傘裙下部卡入集電環,在集電環和接地端的引線中串入穿芯式電流互感器導出的。穿芯式電流互感器鐵芯材料有采用坡莫合金的,也有采用鐵氧體材料的。但是電流互感器的精度并不能覆蓋全頻帶,因為鐵芯材料的磁性能的局限性,若采用坡莫合金的鐵芯材料則只能在低頻段保證精度,若采用鐵氧體材料則很難檢出低頻的微弱電流信號且相頻特性差。在最末端的絕緣子傘裙下部卡入集電環,或者減少了一個絕緣子使絕緣子串的實際爬距減少,或者另外增加一個絕緣子導致增加了現場施工難度和工作量。現行集電環為閉環,這會感應體電流和位移電流,可致集電環電氣狀態變化。 
對互感器檢出的泄漏電流信號轉換為電壓信號有稱阻抗網絡匹配的后一般經放大調理送至模數轉換電路。也有在增益放大后經過硬件積分觸發數字觸發器來快速示警絕緣子 閃絡。然而現行調理放大電路中的前置放大器的增益非常高,很容易產生大的直流失調電壓導致電路輸出飽和。 
采集電路和控制電路目前主要采用帶模數變換電路的低功耗單片機。單片機內置的模數變換電路的采樣頻率較低,不能準確地采樣最高頻率可達數兆赫茲的閃絡脈沖電流。 
除就地處理泄漏電流信息外,可使用有線或無線通信方式和上位機聯系。有線通信方式如CAN現場總線、RS-485總線和PSTN公用電話網。無線通信方式如使用公用移動通信網GPRS/GSM或CDMA和3G、無線傳感器網絡WSN技術及其它無線通信方式。 
測量終端供電方式有采用交流220V的,有采用鋰電池的,有采用太陽能的,有經電流互感器直接從高壓線電流中獲取電能的。 
由于絕緣子泄漏電流和所處微環境有關,相當多的監測系統還有測量現場溫度、濕度、風速、風向和雨量等環境參數。 
由于泄漏電流信號在一般情況下通常很小為微安、毫安級,而在線監測系統工作在絕緣子周邊的強電磁場環境下,以及器件本身的熱噪聲干擾影響,因而測得的泄漏電流信號含有噪聲并給后續計算造成了影響,所以監測系統會采用降噪技術,如小波分析、數學形態學、總體經驗模態分解(EEMD)等方法。這時的降噪處理主要用于分析泄漏電流工頻及附近信號。若還要分析閃絡形成的脈沖電流,則需要在不同頻段對信號分解,在高頻段分析閃絡。 
根據泄漏電流,尤其是結合微氣候參量,目前有采用模糊數學、小波模糊神經網絡等技術分析判斷絕緣子狀態。 
綜上所述,由于現場情況的變化以及人為因素,電力系統無法實時準確地掌握絕緣子的實際狀態。 
發明內容
本發明為了解決電力系統無法實時準確地掌握絕緣子的實際狀態的問題,提出了一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流在線監測裝置及采用該裝置進行在線監測的方法。 
本發明所述一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流在線監測裝置,該裝置包括泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路、高速A/D轉換電路、FPGA控制電路、GPRS/GSM通訊模塊、溫度傳感器、濕度傳感器、低速A/D轉換電路、上位機和開口截流環; 
開口截流環固定安裝在桿塔橫擔端第一片絕緣子鐵帽下沿的傘裙的外側,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路的一個信號輸入端連接開口截流環,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路的另一個信號輸入端接地; 
泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路的泄漏及閃絡信號輸出端連接高速A/D轉換電路的模擬信號輸入端,高速A/D轉換電路的數字信號輸出端連接FPGA控制電路的泄漏及閃絡信號輸入端; 
溫度傳感器的溫度信號輸出端連接低速A/D轉換電路的一個模擬信號輸入端,濕度傳感器的濕度信號輸出端連接低速A/D轉換電路的另一個模擬信號輸入端,低速A/D轉換電路的數字信號輸出端連接FPGA控制電路的環境信號輸入端,FPGA控制電路的一個數據信號輸出與控制信號輸入端連接GPRS/GSM通訊模塊的數據信號輸入與控制信號輸出端,GPRS/GSM通訊模塊與移動基站進行無線數據傳輸,移動基站的數據輸入輸出端通過網線與上位機的數據輸入輸出端連接。 
采用上述一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流在線監測裝置進行泄漏及電暈脈沖電流在線監測的方法,該方法的具體步驟為: 
步驟一、將開口截流環固定安裝在桿塔橫擔端第一片絕緣子鐵帽下沿的傘裙的外側,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路的一個信號輸入端連接開口截流環,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路的另一個信號輸入端接地; 
步驟二、將通過泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路采集泄漏及電暈脈沖電流,并將泄漏及電暈脈沖電流經高速A/D轉換電路發送至FPGA控制電路; 
步驟三、采用溫度傳感器和濕度傳感器采集絕緣子所處環境的溫濕度信息,并將采集的溫濕度信息經低速A/D轉換電路7進行模數轉換后發送至FPGA控制電路; 
步驟四、FPGA控制電路通過GPRS/GSM通訊模塊將泄漏及電暈脈沖電流通過移動基站發送至上位機,實現對交流絕緣子的泄漏及電暈脈沖電流在線監測。 
本發明所述交流絕緣子泄漏及閃絡脈沖電流的在線監測裝置。該裝置在最靠近桿塔的絕緣子鐵帽附近的傘裙上粘接一個金屬箔的開口截流環,用以引出泄漏及電暈脈沖電流,由在開口截流環和桿塔地之間串接一個低值取樣電阻,將電流信號轉換為電壓信號,這電壓信號經帶泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路放大后發送至高速A/D轉換電路,另對現場微氣候參量進行低速模數轉換。現場可編程門陣列FPGA控制電路將轉換出的數字信號存入靜態隨機存儲器,控制移動通訊模塊將數據發送至上位機。上位機計算出泄漏及閃絡脈沖電流等數據,并判斷絕緣子串的狀態,實現了對絕緣子實際狀態的實時準確地監測。且準確率與現有監控裝置相比,同比提高了10%。 
附圖說明
圖1為本發明所述的交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流在線監測裝置的結構示意圖; 
圖2為具體實施方式二所述的泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路的原理示意圖。 
具體實施方式
具體實施方式一、結合圖1說明本實施方式,本實施方式所述一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流在線監測裝置,該裝置包括泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1、高速A/D轉換電路2、FPGA控制電路3、GPRS/GSM通訊模塊4、溫度傳感器5、濕度傳感器6、低速A/D轉換電路7、上位機13和開口截流環16; 
開口截流環16固定安裝在桿塔橫擔端第一片絕緣子鐵帽17下沿的傘裙15的外側,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1的一個信號輸入端連接開口截流環16,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1的另一個信號輸入端接地, 
泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1的泄漏及閃絡信號輸出端連接高速A/D轉換電路2的模擬信號輸入端,高速A/D轉換電路2的數字信號輸出端連接FPGA控制電路3的泄漏及閃絡信號輸入端; 
溫度傳感器5的溫度信號輸出端連接低速A/D轉換電路7的一個模擬信號輸入端,濕度傳感器6的濕度信號輸出端連接低速A/D轉換電路7的另一個模擬信號輸入端,低速A/D轉換電路7的數字信號輸出端連接FPGA控制電路3的環境信號輸入端,FPGA控制電路3的一個數據信號輸出與控制信號輸入端連接GPRS/GSM通訊模塊4的數據信號輸入與控制信號輸出端,GPRS/GSM通訊模塊4與移動基站8進行無線數據傳輸,移動基站8的數據輸入輸出端通過網線與上位機13的數據輸入輸出端連接。 
本發明選取最靠近桿塔的絕緣子,盡量減少對爬電距離的影響,在緊鄰鐵帽的傘裙外表面用導電膠粘接一個開口的金屬箔截流環。在截流環和鐵帽間并聯一個阻值非常小的取樣電阻,該電阻可以直接是前級反相放大器的輸入電阻,這遠小于截流環和鐵帽之間傘裙的表面電阻或體電阻,則泄漏及電暈脈沖電流由原來的從傘裙表面流向地電位的鐵帽,改為從截流環經過取樣電阻流向鐵帽。對采樣電阻取樣,保證了獲取信號的頻率特性。 
并且采用開口截流環,避免了截流環感應絕緣子內流過的位移電流和體電流在截流環上形成可致集電環電氣狀態變化的環流。 
選擇現場可編程門陣列FPGA控制電路作為控制單元,而高速、低速模數轉換電路選擇一片獨立芯片,高速模數轉換電路采集泄漏和脈沖電流經泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1放大后的電壓信號,多通道低速模數轉換電路采集濕度、溫度等傳感信號。 
FPGA控制電路除控制模數轉換電路外,將轉換出的數字信號存入靜態隨機存儲器SRAM,并控制移動通訊模塊將數據發送至上位機。上位機計算泄漏及電暈脈沖電流等數據, 并判斷絕緣子串的狀態。 
具體實施方式二、結合圖2說明本實施方式,本實施方式是對具體實施方式一所述的一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流在線監測裝置的進一步說明,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1包括前置放大器A1、單位增益緩存器A2、反轉積分器A3、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、取樣電阻R5和電容C; 
前置放大器A1的負相信號輸入端連接采樣電阻R5的一端,采樣電阻R5的另一端為泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1的一個信號輸入端,前置放大器A1的正相信號輸入端同時連接電阻R1的一端和電阻R2的一端,電阻R1的另一端接地,電阻R1的另一端為泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1的另一個信號輸入端,電阻R2的另一端連接反轉積分器A3的信號輸出端,電容C的一端連接反轉積分器A3的輸出端,反轉積分器A3的正相信號輸入端接地,反轉積分器A3的負相信號輸入端同時連接電容C的另一端和電阻R4的一端,電阻R4的另一端同時連接單位增益緩存器A2的信號輸出端和電阻R3的一端,單位增益緩存器A2的信號輸入端連接前置放大器A1的信號輸出端,電阻R3的另一端連接前置放大器A1的負相信號輸入端,單位增益緩存器A2的信號輸出端為泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1的泄漏及閃絡信號輸出端。 
本實施方式所述電路包括放大單元和積分單元兩部分。負反饋電流輸入前置放大器A1和單位增益的緩沖器A2構成放大單元。前置反相放大器A1的反相輸入端電阻即取樣電阻,也可取消該電阻,這時反相輸入端的阻值很小的等效輸入電阻即是截流環和鐵帽之間的取樣電阻。緩沖器A2是單位增益的電流負反饋放大器。積分單元A3使用反轉積分器,將緩沖器輸出信號進行充分積分即檢出直流失調信號發送至前置放大器A1正相輸入端以消除直流失調電壓。 
具體實施方式三、本實施方式是對具體實施方式一或二或所述的一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流在線監測裝置的進一步說明,口截流環16采用導電膠粘接在桿塔橫擔端第一片絕緣子鐵帽17下沿的傘裙15的外側。 
具體實施方式四、本實施方式是對具體實施方式三所述的一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流在線監測裝置的進一步說明,該裝置還包括靜態隨機存儲器12,FPGA控制電路3的另一個數據信號輸出端連接靜態隨機存儲器12的數據信號輸入端。 
具體實施方式五、本實施方式是對具體實施方式三所述的一種交流絕緣子泄漏及電暈 脈沖電流在線監測裝置的進一步說明,該裝置還包括太陽能電池板9、電源轉換與控制電路10和鋰電池11,太陽能電池板9的電能信號輸出端連接電源轉換與控制電路10的電能信號輸入端連接,電源轉換與控制電路10的電流信號輸出端同時連接泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1的電源信號輸入端、FPGA控制電路3的電源信號輸入端和GPRS/GSM通訊模塊4的電源信號輸入端連接,電源轉換與控制電路10的充放電信號端連接鋰電池11鋰電池的充放電信號端。 
具體實施方式六、本實施方式是采用具體實施方式一所述的一種交流絕緣子泄漏及電暈脈沖電流在線監測裝置進行在線監測的方法,該方法的具體步驟為: 
步驟一、將開口截流環16固定安裝在桿塔橫擔端第一片絕緣子鐵帽17下沿的傘裙15的外側,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1的一個信號輸入端連接開口截流環16,泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1的另一個信號輸入端接地; 
步驟二、將通過泄漏及閃絡脈沖電流預處理電路1采集泄漏及電暈脈沖電流,并將泄漏及電暈脈沖電流經高速A/D轉換電路2發送至FPGA控制電路3; 
步驟三、采用溫度傳感器5和濕度傳感器6采集絕緣子所處環境的溫濕度信息,并將采集的溫濕度信息經低速A/D轉換電路7進行模數轉換后發送至FPGA控制電路3; 
步驟四、FPGA控制電路3通過GPRS/GSM通訊模塊4將泄漏及電暈脈沖電流通過移動基站發送至上位機,實現對交流絕緣子的泄漏及電暈脈沖電流在線監測。 

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