专利名称：输电线路雷电行波监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统雷电监测领域，特别是涉及输电线路雷电行波监测领域。
背景技术：
在输电线路电压等级向超高压和特高压发展的今天，雷击事故仍然是弓I起输电线 路故障开断的重要原因之一。目前市场上没有直接监测线路雷电行波的相关装置，使输电 线路上雷击的研究与防护无法深入开展。

发明内容本实用新型所要解决的技术问题是实时记录雷电行波波形，并用GPRS通信技术 将数据传到Internet网络数据中心。 本实用新型所采用的技术方案是监测装置包括电源单元、电流传感器单元、数据 采集与处理单元以及通信单元，电流传感器单元、数据采集与处理单元、通信单元均与电源 单元相连，电流传感器的输出端接至数据采集与处理单元的输入端，数据采集与处理单元 的输出端接至通信单元的输入端；监测装置通过GPRS通信技术将数据传到Internet网络 数据中心。 相对于现有技术，本装置具有以下优点 1)不用每基杆塔安装监测装置，每隔10公里左右安装一个点，可以实现少量装置 对输电线路全线段的雷电特性监测； 2)实现了输电线路雷电行波监测的自动化、智能化和信息化。
图1是现场监测装置原理框图。 图2是现场监测装置的轴向剖面图。 图3是耦合变压器结构图。 图4是电源模块变换电路的原理图。 图5是电流传感器的原理图。 图6是现场采集与处理单元的原理图。 图7是通信单元的原理图。 图8是具体实施例的示意图。
具体实施方式雷电行波监测装置原理框图如图1所示，其包括电源单元、电流传感器单元、数据 采集与处理单元以及通信单元，电流传感器单元、数据采集与处理单元、通信单元均与电源 单元相连，电流传感器的输出端接至数据采集与处理单元的输入端，数据采集与处理单元的输出端接至通信单元的输入端；现场监测装置通过无线通信技术与上位机建立通信连接。 雷电行波监测装置剖面图如图2所示现场终端外壳6由金属制成，其上半部与下半部通过卡槽连接，现场终端外壳6的下半部支架7、电流传感器2、主板盒3。耦合变压器1在现场终端外壳6的内部，耦合变压器1安装在支架7上。输电线路导线通过现场终端外壳6端部的导线穿孔4穿过耦合变压器1的耦合线圈和电流传感器2的线圈。电源单元包括耦合变压器1和变换电路，电流传感器单元包括电流传感器2。电源单元的变换电路、数据采集与处理单元、通信单元安装在主板盒3中。通信单元配置的专用天线通过主板盒3和现场终端外壳6端部的天线穿孔5伸出该外壳壳体，以保障通信信号的良好。[0018] 耦合变压器1结构图如图3所示。其由截面积相同的两个半环形的硅钢片铁芯材料组成，并在其中一个半环形铁芯上缠绕30 60匝导线，硅钢片铁芯的中间穿过输电线路导线。硅钢片铁芯的截面为长40mm、宽20mm的长方形。 电源单元通过耦合输电线路导线中的输入电流而变换出整个现场监测装置工作
所需的电源。电源单元的变换电路框图如图4所示，输入电流先进入共模滤波电路，共模滤
波电路的输出端接至全波整流电路的输入端，全波整流电路的输出端接至差模滤波电路的
输入端，差模滤波电路的输出端通过过压保护电路接至输出电源。共模滤波电路主要消除
装置共模高频干扰，其采用铁氧体芯的绕线电感，电感大小8mH左右。全波整流电路主要将
输入电流整流成脉动的直流电源，其采用KRB206整流模块。差模滤波电路主要消除装置差
模干扰，其使用差模电感。过压保护电路在装置过压时，保护输出电源不受损害。 电流传感器单元的原理如图5所示，其采用了罗柯夫斯基线圈，罗柯夫斯基电流
传感器与传统的电磁式互感器相比，它没有铁心饱和问题，具有传输频带宽、抗干扰性能优
异、尺寸小、质量轻等优点。电流传感器单元具有高达几十兆的频率响应特性，它将输电线
路导线上传播的雷电流和工频故障电流转换为数据采集与处理单元能采集的信号。罗柯夫
斯基线圈是将导线均匀地绕在一个非铁磁性环形骨架上，一次母线置于线圈中央，因此绕
组线圈与母线之间的电位是隔离的。设磁感应密度为①(t)，母线电流为I (t)，线圈匝数N，
线圈横截面积S，线圈半径r，时间为t，则在线圈上的感应电动势e(t)为
<formula>formula see original document page 4</formula> 式中ii是空气(或真空)磁导率。 数据采集与处理单元再将输入模拟信号的雷电流和工频电流转换为数字信号，其电路图如图6所示。该单元主要包括微处理器MSP430F169、 FPGA EP1C144C8 (EP1系列)、高速AD采集器AD9280和大容量的SRAM存贮器。晶振、看门狗及复位电路、信号调整电路I的输入端、FPGA的一个输入端、SRAM存贮器的一个输入端均与MSP430F169的相应引脚相连。信号调整电路II输出端接至AD9280的输入端，AD9280的输出端接至FPGA的另一个输入端。输入模拟信号的一路通过信号调整电路I进入内嵌AD转换器的MSP430F169采集，另一路通过信号调整电路II送入AD9280采集，输入模拟信号经过采集后，进入FPGA并由其来控制，然后存储在大容量的外部SRAM里，以供传输。两路信号可根据需要实时可靠传输。 通信单元可采用GPRS通信系统或CDMA通信系统。以GPRS通信系统为例，如图7所示，通信单元主要包括微处理器MSP430F169的串口接口 、西门子GPRS通信模块MC35i、SM卡电路和SRAM存储器。微处理器MSP430F169的串口接口接至MC35i的输入端，MC35i还与SM卡电路和SRAM存贮器相连。经过数据采集与处理单元采集到的数据通过串口接口进入MC35i传送，MC35i和微处理器MSP430F169间通过串口操作，使用各种AT指令来互相通信，同时在GPRS模块的软件中嵌入TCP/IP协议，以实现数据的网络传输。SIM卡电路主要由目前移动运营商所提供的SIM卡、6个引脚的抽屉式卡座等组成。SIM卡是带有微处理器的芯片，它是一张符合GSM规范的智能卡，其内部包含了运营商提供的与用户有关的、被存储在用户这一方的信息，以提供GSM系统鉴别SIM的合法性，是基于GPRS通信的必要条件。SIM卡的6个引脚通过抽屉式卡座与通信模块MC35i相连，完成数据交换。SRAM存贮器主要存储微处理器MSP430F169处理过程中的临时变量和大量各种采集波形数据，以供传输。通信单元将数字化的波形信号上传到上位机管理系统。考虑到冲击电晕对雷电流波形的衰减影响，每隔约10公里左右安装现场监测装置于各相导线上，并通过GPRS或CDMA
无线通信技术与上位机建立通信连接。[0025] 实施例 如图8所示，某地区电力公司有一条长50公里的220kv输电线路，该线路的雷击跳闸事故较多，可以安装一套输电线路雷电行波监测装置以掌握雷击的详细情况，以便研
究防护措施。在输电线路的各相导线上安装现场监测装置四套，分别为离甲变电站io公里
处的Al、20公里处的A2、30公里处的A3和40公里处的A4。在有固定IP的可上Internet
网络的计算机上安装数据接受软件。 该装置主要功能性能指标如下 电流行波采样率10M 数据上传时间《5秒 在当前乃至今后相当长的一段时间，对雷电的研究将是气象及电力部门的一项重要工作，本装置的应用将对雷电的分布规律、破坏特性等研究提供基础。
权利要求一种输电线路雷电行波监测装置，其特征在于监测装置包括电源单元、电流传感器单元、数据采集与处理单元以及通信单元，电流传感器单元、数据采集与处理单元、通信单元均与电源单元相连，电流传感器单元的输出端接至数据采集与处理单元的输入端，数据采集与处理单元的输出端接至通信单元的输入端；监测装置通过GPRS通信技术将数据传到Internet网络数据中心。
2. 如权利要求1所述的输电线路雷电行波监测装置，其特征在于所述电流传感器单 元包括罗柯夫斯基线圈。
专利摘要本实用新型涉及输电线路雷电行波监测，提供了一种输电线路雷电行波监测装置。该装置包括电源单元、电流传感器单元、数据采集与处理单元以及通信单元，电流传感器单元、数据采集与处理单元、通信单元均与电源单元相连，电流传感器的输出端接至数据采集与处理单元的输入端，数据采集与处理单元的输出端接至通信单元的输入端；监测装置通过GPRS通信技术将数据传到Internet网络数据中心。
文档编号G01R31/08GK201464534SQ20092008422
公开日2010年5月12日 申请日期2009年3月18日 优先权日2009年3月18日
发明者刘熠, 姚捷, 孙志祥, 张 杰 申请人:云南电网公司曲靖供电局;武汉华高特电力科技有限公司