[发明专利]基于微分环的架空输电线路雷电流在线监测系统

摘要

一种基于微分环的架空输电线路雷电流在线监测系统，涉及架空输电线路的雷电流在线监测系统的结构。本发明主要包括电流传感器、雷击信号采集单元、数据接收和GPRS传输单元、供电单元、用户单元。本发明实现了架空输电线路雷电流的非接触式在线监测，具有使用安全、工作可靠、智能操作；监测的准确性好、灵敏度高、精度高；能帮助工作人员快速排查架空输电线路的雷击故障，减少损失；电路结构简单，成本低，便于推广应用等特点。本发明可广泛应用于架空输电线路的雷电流在线监测，特别适用于110-500kV高压架空输电线路的雷电流在线监测。

主权项

一种基于微分环的架空输电线路雷电流在线监测系统，包括电流传感器(1)、雷击信号采集单元(2)、数据接收和GPRS传输单元(8)，其特征在于所述的在线监测系统还包括供电单元(7)、用户单元(12)；所述的电流传感器(1)安装在架空输电线路杆塔横担上并垂直于三相导线1 ~ 5m处，所述的电流传感器(1)为微分环电流传感器(1)，包括引出线(13)、接线箱(14)、屏蔽外壳(15)、屏蔽内壳(17)、微分环线圈(16)、积分电阻(18)、同轴电缆接头(19)、同轴电缆(20)，所述的屏蔽内壳(17)、屏蔽外壳(15)和接线箱(14)的材料均为铝，所述的屏蔽内壳(17)的形状为上端和底端均带外凸边的空心圆柱形壳体，所述的屏蔽内壳(17)的空心圆柱形壳体的壁厚为2 ~ 10mm、高度为40 ~ 200mm、空心的内径为40 ~ 200mm；所述屏蔽内壳(17)的上端外凸边的宽度为4 ~ 10mm、厚度为3 ~ 10mm；所述屏蔽内壳(17)的底端外凸边的宽度为2 ~ 10mm、厚度6 ~ 14mm，在所述的屏蔽内壳(17)的上端外凸边的上端设置有内凹的卡扣，所述的微分环线圈(16)采用线径为0.5 ~ 1.5mm的铜芯漆包线均匀绕制在所述的屏蔽内壳(17)的外表面上，所述微分环线圈(16)的匝数为60 ~ 400匝，内径为45 ~ 205mm，所述的微分环线圈(16)的两端通过所述引出线(13)引出，所述的屏蔽外壳(15)装设在所述的微分环线圈(16)的外侧，所述的屏蔽外壳(15)的形状为空心圆柱形壳体，所述的屏蔽外壳(15)的空心圆柱形壳体的壁厚为2 ~ 10mm，高度为37 ~ 186mm，内径与所述的屏蔽内壳(17)下端的外凸边的外径相匹配，在所述的屏蔽外壳(15)和所述的屏蔽内壳(17)的一侧，分别并对应的轴线方向设置一宽度为1 ~ 2mm的贯通的缝隙，在所述的屏蔽外壳(15)上端设置有凸出的卡扣，所述的屏蔽外壳(15)通过该凸出的卡扣与所述的屏蔽内壳(17)上端的外凸边下端的内凹卡扣卡紧连接，所述的屏蔽外壳(15)的下端通过螺钉与所述的屏蔽内壳(17)的底端外凸边固接，在所述的屏蔽外壳(15)的另一侧的下端设有一半径为5 ~ 10mm的圆形通孔，即引线孔，所述的接线箱(14)为两端不封闭的空心圆柱形壳体，所述接线箱(14)的长度为20 ~ 30mm、壁厚为3 ~ 5mm、内径与所述屏蔽外壳(15)下端的引线孔的孔径相匹配，所述的一闭端固接在所述屏蔽外壳(15)下端的引线孔处，所述的积分电阻(18)，即阻值为0.1 ~ 5Ω的无感电阻装设在所述的接线箱(14)内；所述的同轴电缆接头(19)固接在所述接线箱(14)的外端，所述的微分环线圈(16)的一端引出线(13)与所述的积分电阻(18)一端并接后，再与所述的同轴电缆接头(19)的芯线连接，所述的微分环线圈(16)的另一端引出线(13)与所述的积分电阻(18)另一端并接后，再与所述的同轴电缆接头(19)的地线连接，所述的同轴电缆(20)的另一端与所述的雷击信号采集单元(2)的BNC通道(21)相连接；所述的雷击信号采集单元(2)安装在架空输电线路杆塔中部的防雨箱中，所述的雷击信号采集单元(2)，包括BNC通道(21)、信号调理(22)、数据采样处理模块(23)和FPGA微控制器(24)、总线控制单元(29)、调试用串口(25)、RS232通讯串口(26)、存储器(27)、实时时钟(28)，所述的BNC通道(21)通过4根同轴电缆(20)与所述的电流传感器(1)相连接，所述的信号调理(22)的输入端与BNC通道(21)的输出端分别通过4根导线相连接，所述的信号调理(22)的输出端与所述的数据采样处理模块(23)的输入端通过4根导线相连接，所述的数据采样处理模块(23)的输入端还通过导线与所述的总线控制单元(29)输出端相连接，所述的数据采样处理模块(23)的输出端通过导线与FPGA的输入端相连接，所述的FPGA微控制器(24)的输入端分别通过导线分别与所述的数据采样处理模块(23)和所述实时时钟(28)的输出端相连接，所述的FPGA微控制器(24)的输出端通过导线与所述的总线控制单元(29)输入端相连接，所述的总线控制单元(29)的输出端通过导线与所述的数据采样处理模块(23)的输入端相连接，所述的FPGA微控制器(24)的输出端分别通过导线分别与所述的调试用串口(25)和所述的RS232通讯串口(26)及所述的存储器(27)相连接；所述的数据接收和GPRS传输单元(8)安装在架空输电线路杆塔中部的防雨箱中，所述的数据接收和GPRS传输单元(8)，包括嵌入式处理器(31)、系统总线(38)、系统存储器(36)、GPS接收单元(35)、逻辑控制单元(33)、GRPS天线接口(37)，在所述的嵌入式处理器(31)上装设有所述的RS232串口(30)和所述的扩展串口RS232 (32)；所述的嵌入式处理器(31)通过RS232串口(30)和导线与所述的雷击信息采集单元的RS232通讯串口(26)相连接，所述的嵌入式处理器(31)、所述的系统存储器(36)、所述的GPS接收单元(35)、所述的逻辑控制单元(33)、所述的GPRS天线接口(37)之间通过所述的系统总线(38)相连接，在所述的逻辑控制单元(33)中装设有预留的多功能I/O口和通用LED显示接口(34)，所述的GPRS天线接口(37)通过导线与所述的系统总线(38)相连接；  所述的供电单元(7)，包括电源控制器(5)、太阳能电池板(6)、蓄电池(4)、电源模块(3)，所述的电源控制器(5)、所述的蓄电池(4)、所述的电源模块(3)均安装在架空输电线路杆塔中部的防雨箱中；所述太阳能电池板(6)安装在所述防雨箱的同一杆塔上，所述的电源控制器(5)分别通过电源线分别与所述的太阳能电池板(6)、所述的蓄电池(4)、所述的电源模块(3)相连接，所述的太阳能电池板(6)的输出端通过电源线与所述的电源控制器(5)输入端相连接，所述的蓄电池(4)通过导线与所述电源控制器(5)相连接，所述电源模块(3)输入端通过电源线与所述的电源控制器(5)的输出端相连接，实现对所述电源模块供电，所述电源模块(3)的输出端分别通过导线分别与所述的雷击信号采集单元(2)及所述的数据接收和GPRS传输单元(8)输入端相连接，将12V直流电压转化为5V、3.3V、2.5V、1.8V的4种直流电压，为所述的数据接收和GPRS传输单元(8)及所述的雷击信号采集单元(2)提供电源；所述的用户单元(12)，包括因特网(9)、用户终端(10)、FTP服务器(11)，所述的FTP服务器(11)安放在控制室内；所述的用户终端(10)安放在用户使用室内，所述的因特网(9)为远端公共互联网，通过网线与所述的用户终端(10)和所述的FTP服务器(11)相连接，进行无线信息传输，所述的FTP服务器(11)为装有NetAssist软件的PC机，能及时从所述的因特网(9)上获得雷电流参数并保证从公共互联网上能访问到该PC机，所述用户终端(10)为监测系统软件，所述用户终端通过网线与所述的因特网(9)相连接，随时通过所述的因特网(9)从所述的FTP服务器(11)中提取雷电流参数并进行长期存储与处理分析。