专利名称：基于微分环的架空输电线路雷电流在线监测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统电气设备在线监测技术领域，具体涉及架空输电线路的雷电流在线监测系统的结构。
背景技术：
架空输电线路覆盖面广，又架设在空中，极易遭受雷击而造成停电事故。为了减小雷害事故，提高电力系统供电的可靠性，必须采取切实有效的防雷保护措施。雷电流参数在架空输电线路防雷中具有非常重要的作用，准确的雷电流参数不仅是电力系统防雷设计的基础，还是研究雷电特性、分析雷害事故等的前提。目前我国雷电流参数的取值主要是来自局部地区线路监测和间接推算，具有很大的局限性并不能完全反映电力系统的雷电流特点。广泛开展雷电流的直接监测获得准确的雷电流参数，能有效的解决雷电流参数缺乏的难题，保证电力系统的安全稳定运行，提高供电可靠性，具有非常重要的实用意义。现有架空输电线路的雷电流在线监测系统，如申请号为201010265316. 5的“一种架空输电线路雷电流和雷电压波形参数在线监测装置”，该专利公开的装置主要包括电压传感器、电流传感器、取电线圈、电压调理及储能模块、信号采集和处理模块、GPRS模块。监测系统直接安装在架空输电线路单相导线或分裂导线的子导线上，电流传感器采用自积分钳口式罗果夫斯基线圈，灵敏度是0. 17V/kA，带宽是IOOHz 5MHz，能监测雷电流幅值5kA 200kA，信号采集和处理模块和GPRS模块的在线供电方式是基于钳口式罗果夫斯基取电线圈的直接供电和锂电子蓄电池供电相结合的方式。该装置主要缺点是①电流传感器采用自积分钳口式罗果夫斯基线圈，直接安装在架空输电线路单相导线或分裂导线的子导线上，对架空输电线路的正常运行带来危险，限制了该装置的实用性电流传感器带宽最高上限截止频率较低，不利于对含有大量高频分量的雷电流波形进行监测，会使原始雷电流波形失真，不能准确地监测雷电流参数电流传感器监测最低雷电流幅值较高，限制了对低幅值雷电流波形的监测，不能完全解决雷电流参数缺乏的难题装置的供电方式是基于钳口式罗果夫斯基取电线圈的直接供电和锂电子蓄电池供电相结合的方式，通过钳口式罗果夫斯基取电线圈所获得的电能较少，而锂电子蓄电池成本高、容量小，不能保证对装置的长期供电，装置不能长期正常工作，特别是对多雷区等供电要求较高地区的架空输电线路。

发明内容
本发明的目的是针对现有架空输电线路的雷电流在线监测系统的不足之处，提供一种基于微分环的架空输电线路雷电流在线监测系统。本发明具有非接触式的雷电流监测，电流传感器灵敏度高(0.02 0. lV/kA)、宽频带(300Hz 25MHz)、宽雷电流幅值监测范围(IkA IOOkA)、多通道高速采样(3 4通道IOM采样率)、高精度采样(10 12位双极性采样)，供电电源安全正常，能保证其长期正常工作等特点。 实现本发明目的的技术方案一种基于微分环的架空输电线路雷电流在线监测系统，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。其特征是
所述的电流传感器安装在架空输电线路杆塔横担上并垂直于三相导线I 5m处。所述的电流传感器为微分环电流传感器，包括引出线、接线箱、屏蔽外壳、屏蔽内壳、微分环线圈、积分电阻、同轴电缆接头、同轴电缆。所述的屏蔽内壳、屏蔽外壳和接线箱的材料均为铝。所述的屏蔽内壳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 ;所述屏蔽内壳的上端外凸边的宽度为4 10mm、厚度为3 IOmm ;所述屏蔽内壳的底端外凸边的宽度为2 10mm、厚度6 14mm。所述的屏蔽内壳用以作为微分环线圈的骨架。在所述的屏蔽内壳的上端外凸边的上端设置有内凹的卡扣，用以与所述的屏蔽外壳上端的外凸卡扣卡紧连接。所述的微分环线圈采用线径为0.5 I. 5mm的铜芯漆包线均匀绕制在所述的屏蔽内壳的外表面上，所述微分环线圈的匝数为60 400匝，内径为45 205mm。所述的微分环线圈的两端通过所述弓丨出线引出，用以利用法拉第电磁感应定律将雷电流转化为电压模拟信号进行信号采集。所述的屏蔽外壳装设在所述的微分环线圈的外侧，所述的屏蔽外壳的形状为空心圆柱形壳体，所述的屏蔽外壳的空心圆柱形壳体的壁厚为2 IOmm,高度为37 186_，内径与所述的屏蔽内壳下端的外凸边的外径相匹配。在所述的屏蔽外·壳和所述的屏蔽内壳的一侧，分别并对应的轴线方向设置一宽度为I 2_的贯通的缝隙，用以防止形成涡流而影响所述电流传感器的监测精度。在所述的屏蔽外壳上端设置有凸出的卡扣，所述的屏蔽外壳通过该凸出的卡扣与所述的屏蔽内壳上端的外凸边下端的内凹卡扣卡紧连接，用以防止雨水进入所述的电流传感器内。所述的屏蔽外壳的下端通过螺钉与所述的屏蔽内壳的底端外凸边固接。在所述的屏蔽外壳的另一侧的下端设有一半径为5 IOmm的圆形通孔(即引线孔)，以便所述微分环线圈两端的引出线引出。所述的接线箱为两端不封闭的空心圆柱形壳体。所述接线箱的长度为20 30mm、壁厚为3 5mm、内径与所述屏蔽外壳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下端的引线孔处。所述的积分电阻(即阻值为0. I 5Q的无感电阻)装设在所述的接线箱内；所述的同轴电缆接头固接在所述接线箱的外端。所述的微分环线圈的一端引出线与所述的积分电阻一端并接后，再与所述的同轴电缆接头的芯线连接，所述的微分环线圈的另一端引出线与所述的积分电阻另一端并接后，再与所述的同轴电缆接头的地线连接，所述的同轴电缆的另一端与所述的雷击信号采集单元的BNC通道相连接，用以将微分环线圈采集的感应雷电流的电压模拟信号输送给所述的雷击信号采集单元。所述的雷击信号采集单元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，包括BNC通道、信号调理、数据采样处理模块和FPGA微控制器、总线控制单元、调试用串口、RS232通讯串口、存储器、实时时钟。所述的BNC通道的输入端通过4根同轴电缆与所述的电流传感器相连接，用以实现雷击故障模式的识别，能够帮助工作人员快速巡线处理雷击故障点，减少雷击停电带来的经济损失。所述的信号调理的输入端与所述的BNC通道的输出端分别通过4根导线相连接，用以将微分环线圈采集的感应雷电流的电压模拟信号输送给所述的雷击信号采集单元中的信号调理。所述的信号调理的输出端与所述的数据采样处理模块的输入端分别通过4根导线相连接，用以将分压、滤波处理后的电压模拟信号送至所述的数据采样处理模块，能够提高采样抗干扰能力。所述的数据采样处理模块(市购元件)的输入端还通过导线与所述的总线控制单元输出端相连接，用以在所述的总线控制单元的调节下将分压、滤波处理后的电压模拟信号转化为数字信号，实现10 12位双极性高精度采样、IOMHz高速采样。所述的数据采样处理模块的输出端通过导线与FPGA的输入端相连接，用以将数字信号送至所述的FPGA微控制器。所述的FPGA微控制器的输入端分别通过导线分别与所述的数据采样处理模块和所述实时时钟的输出端相连接，用以实现数据接收、信号检测、信号提取等功能，能精确快速控制数据采集处理模块及存储器，实现多通道高速采样功能以保证能够快速全面获取雷电流参数。所述的FPGA微控制器的输出端通过导线与所述的总线控制单元相连接，用以将控制信号传送给所述总线控制单元。所述的总线控制单元的输出端通过导线与所述的数据采样处理模块的输入端相连接，用以实现对所述数据采样处理模块的控制。所述的FPGA微控制器的输出端分别通过导线分别与所述的调试用串口和所述的RS232通讯串口及所述的存储器相连接。所述的调试用串口用以系统配置和调试时用；所述的RS232通讯串口用以将所处理后的电压模拟信号 传输给所述的数据接收和GPRS传输单元，实现采样数据的异步传输；所述存储器实现数据存储交换功能。所述的数据接收和GPRS传输单元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，包括嵌入式处理器、系统总线、系统存储器、GPS接收单元、逻辑控制单元、GRPS天线接口。所述的嵌入式处理器、系统总线、系统存储器、GPS接收单元、逻辑控制单元、GRPS天线接口均为市购元件。在所述的嵌入式处理器上装设有所述的RS232串口和所述的扩展串口 RS232 ;所述的嵌入式处理器通过RS232串口和导线与所述的雷击信息采集单元的RS232通讯串口相连接，用以实现数据交换；所述的嵌入式处理器的扩展串口 RS232用以在系统扩展时与其他嵌入式处理器实现数据通讯。所述的嵌入式处理器、所述的系统存储器、所述的GPS接收单元、所述的逻辑控制单元、所述的GPRS天线接口之间通过所述的系统总线相连接，用以实现各单元接口之间的数据传输。在所述的逻辑控制单元中装设有预留的多功能I/O 口和通用LED显示接口，用以运行调试过程中的状态监测。所述的GPRS天线接口通过导线与所述的系统总线相连接，用以实现无线传输功能。
所述的供电单元，包括电源控制器、太阳能电池板、蓄电池、电源模块。所述的电源控制器和太阳能电池板及蓄电池以及电源模块均为市购元件。所述的电源控制器、所述的蓄电池、所述的电源模块均安装在架空输电线路杆塔中部的防雨箱中；所述太阳能电池板安装在所述防雨箱的同一杆塔上。所述的电源控制器分别通过电源线分别与所述的太阳能电池板、所述的蓄电池、所述的电源模块相连接，用以在所选模式的调节作用下智能地对所述的蓄电池、所述的太阳能电池板调整工作状态以实现对所述电源模块不间断供电，能够保证在线监测系统的长期可靠供电，保障本发明系统能长期正常工作。所述的太阳能电池板的输出端通过电源线与所述的电源控制器输入端相连接，用以将从阳光转化的直流电送至所述电源控制器；所述的太阳能电池板功率为40 60W。所述的蓄电池通过导线与所述电源控制器相连接，用以储存和供给电能；所述的蓄电池容量为34AH 55AH。所述电源模块输入端通过电源线与所述的电源控制器的输出端相连接，实现对所述电源模块供电。所述电源模块的输出端分别通过导线分别与所述的雷击信号采集单元及所述的数据接收和GPRS传输单元输入端相连接，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传输单元及所述的雷击信号采集单元提供电源。
所述的用户单元，包括因特网、用户终端、FTP服务器。所述的FTP服务器安放在控制室内；所述的用户终端安放在用户使用室内。所述的因特网为远端公共互联网，通过网线与所述的用户终端和所述的FTP服务器相连接，进行无线信息传输。所述的FTP服务器为装有NetAssist软件的PC机，能及时从所述的因特网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。所述用户终端为监测系统软件，所述用户终端通过网线与所述的因特网相连接，随时通过所述的因特网从所述的FTP服务器中提取雷电流参数并进行长期存储与处理分析。本发明的雷电流在线监测系统具有非接触式的雷电流监测，电流传感器灵敏度为O. 02 O. lV/kA、频带为300Hz 25MHz、雷电流幅值监测范围为IkA 100kA、高速采样通道数为3 4通道、采样率为10M、精度位数为10 12位双极性，供电电源安全正常，能保证其长期正常工作等，具体参数根据安装架空输电线路的需要确定。本发明采用上述的技术方案后，主要具有如下的效果
I、本发明采用微分环电流传感器，从而实现了架空输电线路雷电流的非接触式在线监测。同时，由于微分环电流传感器体积小，质量轻，对杆塔原始结构不会带来影响，又不会增加杆塔的雷击概率，从而不存在传统罗果夫斯基线圈所带来的运行安全危险，使用安全。2、本发明采用多通道采集雷电流波形以实现雷击故障模式的识别。当线路发生绕击故障时，被雷击相传感器记录的波形幅值最大，与邻近相极性相反，与第三相极性相同；当线路发生反击事故时，故障相记录的波形幅值最大，但三相极性相同。通过从杆塔三相横担处安装的传感器记录的波形幅值及极性进行分析，能实现雷击故障模式的识别，监测的准确性高，并能帮助工作人员快速巡线处理雷击故障点，减少雷击停电带来的经济损失。3、本发明采用FPGA微控制器以实现各通道的数据接收、信号检测、信号存储等功能，能精确快速控制数据采集处理模块及存储器，实现多通道高速采样功能以保证能够快速全面获取雷电流参数，与传统的采用IC器件的控制方式相比，具有电路结构简单、处理速度快、集成度高、成本低、便于推广应用等优点。4、本发明采用“太阳能电池板+蓄电池+电源控制器+电源模块”结构形式的供电方式。在电源控制器的所选模式调节下，当阳光充足时，太阳能电池板一方面对蓄电池进行充电，另一方面通过电源模块进行电压转化后对雷击信号采集单元及数据接收和GPRS传输单元供电；当阳光缺乏时，蓄电池开始直接通过电源模块进行电压转化后对雷击信号采集单元及数据接收和GPRS传输单元供电。因此，能够保证在线监测系统的长期可靠供电，保障本发明系统能长期正常工作。5、本发明采用GPS接收单元，从而能自动触发得到获取雷电流波形时的时间(精度为秒级)、经纬度等地理信息，精度高，能够实现架空输电线路上的雷电定位及反演计算雷击点的雷电流波形，帮助工作人员快速排查架空输电线路的雷击故障，减少雷击故障检修带来的损失。6、本发明实现了架空输电线路雷电流的非接触式在线监测，工作可靠，操作智能，电流传感器灵敏度高、宽频带、宽雷电流幅值监测范围、多通道高速采样、高精度采样的架 空输电线路雷电流在线监测系统，本发明的架空输电线路雷电流在线监测系统，保证了能够广泛开展雷电流的直接监测获得准确的雷电流参数，能有效的解决了雷电流参数缺乏的难题。
本发明可广泛应用于架空输电线路的雷电流在线监测，特别是适用于IlOkV 500kV的高压架空输电线路雷电流在线监测。


图I为本发明的原理框 图2为本发明电流传感器的结构示意图；
图3为图2的A—A剂面不意 图4为图I中雷击信号采集单元的原理框 图5为图I中数据接收和GPRS传输单元的原理框 图6为实施例I的大雷西线19#杆塔处于2012年4月24日凌晨2时42分30秒实测的三相雷电流波形图。图中I电流传感器，2雷击信号采集单元，3电源模块，4蓄电池，5电源控制器，6太阳能电池板，7供电单元，8数据接收和GPRS传输单元，9因特网，10用户终端，11 FTP服务器，12用户单元，13引出线，14接线箱，15屏蔽外壳，16微分环线圏，17屏蔽内壳，18积分电阻，19同轴电缆接头，20同轴电缆，21 BNC通道，22信号调理，23数据采样处理模块，24FPGA微控制器，25调试用串ロ，26 RS232通讯串ロ，27存储器，28实时时钟，29总线控制单元，30 RS232串ロ，31嵌入式处理器，32扩展串ロ RS232，33逻辑控制单元，34通用LED显示接ロ，35 GPS接收单元，36系统存储器，37 GRPS天线接ロ，38系统总线。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，进ー步说明本发明。实施例I
如图I 5所示，一种用于IlOkV的基于微分环的架空输电线路雷电流在线监测系统，主要包括电流传感器I、雷击信号采集单元2、数据接收和GPRS传输单元8、供电单元7、用户单元12。其特征是
所述的电流传感器I安装在架空输电线路杆塔横担上并垂直于三相导线I. 4m处。所述的电流传感器I为微分环电流传感器，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4mm、高度为120mm、空心的内径为58mm ;所述屏蔽内壳17的上端外凸边的宽度为4mm、厚度为6mm ;所述屏蔽内壳17的底端外凸边的宽度为4_、厚度8mm。所述的屏蔽内壳17用以作为微分环线圈16的骨架。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，用以与所述的屏蔽外壳15上端的外凸卡扣卡紧连接。所述的微分环线圈16采用线径为I. 2mm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70匝，内径为66mm。所述的微分环线圈16的两端通过所述引出线13引出，用以利用法拉第电磁感应定律将雷电流转化为电压模拟信号进行信号采集。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4mm,高度为118mm,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的ー侧,分别并对应的轴线方向设置ー宽度为Imm的贯通的缝隙，用以防止形成涡流而影响所述电流传感器I的监测精度。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，用以防止雨水进入所述的电流传感器I内。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的另ー侧的下端设有一半径为5_的圆形通孔(即引线孔)，以便所述微分环线圈16两端的引出线13引出。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_、壁厚为3_、内径与所述屏蔽外壳15下端的引线孔的孔径相匹配，所述的ー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0.5Ω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 —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，用以将微分环线圈16采集的感应雷电 流的电压模拟信号输送给所述的雷击信号采集单元2。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、调试用串ロ 25、RS232通讯串ロ 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I相连接，用以实现雷击故障模式的识别，能够帮助工作人员快速巡线处理雷击故障点，減少雷击停电带来的经济损失。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，用以将微分环线圈16采集的感应雷电流的电压模拟信号输送给所述的雷击信号采集单元2中的信号调理22。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，用以将分压、滤波处理后的电压模拟信号送至所述的数据采样处理模块23，能够提高采样抗干扰能力。所述的数据采样处理模块23 (市购元件)的输入端还通过导线与所述的总线控制単元29输出端相连接，用以在所述的总线控制単元29的调节下将分压、滤波处理后的电压模拟信号转化为数字信号，实现10 12位双极性高精度采样、IOMHz高速采样。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，用以将数字信号送至所述的FPGA微控制器24。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，用以实现数据接收、信号检测、信号提取等功能，能精确快速控制数据采集处理模块及存储器27，实现多通道高速采样功能以保证能够快速全面获取雷电流參数。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単元29输入端相连接，用以将控制信号传送给所述总线控制单元29。所 述的总线控制単元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，用以实现对所述数据采样处理模块23的控制。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ロ 25和所述的RS232通讯串ロ 26及所述的存储器27相连接。所述的调试用串ロ 25用以系统配置和调试时用；所述的RS232通讯串ロ 26用以将所处理后的电压模拟信号传输给所述的数据接收和GPRS传输单元8，实现采样数据的异步传输；所述存储器实现数据存储交換功能。
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天线接ロ 37。所述的嵌入式处理器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天线接ロ 37均为市购元件。在所述的嵌入式处理器31上装设有所述的RS232串ロ 30和所述的扩展串ロ RS232 32 ;所述的嵌入式处理器31通过RS232串ロ 30和导线与所述的雷击信息采集单元的RS232通讯串ロ 26相连接，用以实现数据交换；所述的嵌入式处理器31的扩展串ロ RS232 32用以在系统扩展时与其他嵌入式处理器实现数据通讯。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天线接ロ 37之间通过所述的系统总线38相连接，用以实现各単元接ロ之间的数据传输。在所述的逻辑控制単元33中装设有预留的多功能I/O 口和通用LED显示接ロ 34，用以运行调试过程中的状态监測。所述的GPRS天线接ロ 37通过导线与所述的系统总线38相连接，用以实现无线传输功能。
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和太阳能电池板6及蓄电池4以及电源模块3均为市购元件。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安装在所述的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，用以在所选模式的调节作用下智能地对所述的蓄电池4、所述的太阳能电池板6调整工作状态以实现对所述电源模块3不间断供电，能够保证在线监测系统的长期可靠供电，保障本发明系统能长期正常工作。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，用以将从阳光转化的直流电送至所述电源控制器5 ;所述的太阳能电池板6功率为50W。所述的蓄电池4通过导线与所述电源控制器5相连接，用以储存和供给电能；所述的蓄电池4容量为45AH。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3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上获得雷电流參数并保证从公共互联网上能访问到该PC机。所述用户終端10为监测系统软件，所述用户終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中提取雷电流參数并进行长期存储与处理分析。电流传感器I灵敏度为O. 05V/kA，频带是768Hz 18MHz，雷电流幅值监测范围是IkA IOOkA,高速采样通道数为3通道、采样率为10M、精度位数为11位双极性，供电电源安全正常，能保证其长期正常工作。实施例2
一种用于220kV的基于微分环的架空输电线路雷电流在线监测系统，同实施例1，其中 所述的电流传感器I安装在架空输电线路杆塔横担上并垂直于三相导线2m处；所述微分环线圈16的阻数为90 Bi ;在所述的屏蔽外壳15的另ー侧的下端设有一半径为6_的圆形通孔(即引线孔)；所述接线箱14的长度为25mm ;所述的积分电阻18 (即阻值为O. 25 Ω的无感电阻)装设在所述的接线箱14内；电流传感器I灵敏度为O. 04V/kA，频带是575Hz 25MHz，雷电流幅值监测范围是I. 25kA IOOkA,高速采样通道数为4通道。实施例3
一种用于500kV的基于微分环的架空输电线路雷电流在线监测系统，同实施例1，其
中
所述的电流传感器I安装在架空输电线路杆塔横担上并垂直于三相导线5m处；所述的屏蔽内壳17的空心圆柱形壳体的壁厚为10mm、高度为200mm、空心的内径为200mm ;所述屏蔽内壳17的上端外凸边的宽度为10mm、厚度为IOmm ;所述屏蔽内壳17的底端外凸边的宽度为10mm、厚度14mm ;所述的微分环线圈16采用线径为I. 5mm的铜芯漆包线均勻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400匝，内径为205mm ;所述的屏蔽外壳15的空心圆柱形壳体的壁厚为10mm，高度为186mm ;在所述的屏蔽外壳15和所述的屏蔽内壳17的ー侧，分别并对应的轴线方向设置ー宽度为2mm的贯通的缝隙；在所述的屏蔽外壳15的另ー侧的下端设有一半径为10_的圆形通孔(即引线孔)；所述接线箱14的长度为30mm、壁厚为5mm ;所述的积分电阻18(即阻值为5Ω的无感电阻)装设在所述的接线箱14内；所述的太阳能电池板6功率为60W ;所述的蓄电池4容量为55AH ；电流传感器I灵敏度为O. 02V/kA，频带是300Hz 20MHz，雷电流幅值监测范围是2. 5kA IOOkA,高速采样通道数为4通道、精度位数为10位双极性。实施例4
一种基于微分环的架空输电线路雷电流在线监测系统，同实施例1，其中
所述的电流传感器安装在被测导线Im的试验平台放置处；所述的屏蔽内壳17的空心圆柱形壳体的壁厚为2mm、高度为40mm、空心的内径为40mm ;所述屏蔽内壳17的上端外凸边的宽度为4mm、厚度为3mm ;所述屏蔽内壳17的底端外凸边的宽度为2mm、厚度6mm。;所述的微分环线圈16采用线径为O. 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的阻数为60 0L内径为45mm ;所述的屏蔽外壳15的空心圆柱形壳体的壁厚为2mm，高度为37mm ;所述的积分电阻18 (即阻值为O. I Ω的无感电阻)装设在所述的接线箱14内；所述的太阳能电池板6功率为40W ;所述的蓄电池4容量为34AH ;电流传感器I灵敏度为O. lV/kA，频带是768Hz 23MHz，雷电流幅值监测范围是IkA 50kA，精度位数为12位双极性。实测结果
用本实施例I的基于微分环的架 空输电线路雷电流在线监测系统于2012年4月20日前安装于某供电公司IlOkV大雷西线。运行后，于2012年4月24日凌晨2时42分30秒监测到流过19#杆塔的雷击架空输电线路三相雷电流波形，如图6所示。图中初峰时间12. 5 M S，峰值时间14 Zi s,幅值_5. 15kA，半峰值时间18.5 Jtf s,雷击故障模式为雷击架空输电线路A相绕击故障。由实测结果可知本发明能够实现架空输电线路雷电流非接触式在线监测、电流传感器灵敏度高、宽频带、宽雷电流幅值监测范围、多通道高速采样、高精度采样的架空输电线路雷电流监测，供电电源安全正常，能实现长期正常工作，保证了能够广泛开展雷电流的直接监测获得准确的雷电流參数，能有效的解决了雷电流參数缺乏的难题；本发明对于雷击故障模式的识别、获取雷电流波形时的时间及经纬度等地理信息的自动触发得到，有利于快速进行雷电定位及反演雷击点的雷电流波形并安排巡线处理雷击故障点工作，減少 雷击停电带来的经济损失；同时本发明工作可靠，操作智能能有效满足监测系统的需要，便于推广应用。
权利要求
1.一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(I)、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(I)安装在架空输电线路杆塔横担上并垂直于三相导线I 5m处， 所述的电流传感器(I)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 IOmm;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O. 5 I. 5_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I 2_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 IOmm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O. I 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) —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⑵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(I)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￠)、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￠)、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￠)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、I. 8V的4种直流电压，为所述的数据接收和GPRS传输单元⑶及所述的雷击信号采集单元⑵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。
2.按照权利要求I所述的基于微分环的架空输电线路雷电流在线监测系统，其特征在于所述的太阳能电池板(6)功率为40 60W ;所述的蓄电池⑷容量为34AH 55AH。
全文摘要
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。
文档编号G01R1/18GK102707135SQ20121021923
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者吴昊, 姚陈果, 李成祥, 王琪, 米彦, 陈锐, 龙羿 申请人:重庆大学