一種輸電線路多通道雷電流監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種輸電線路多通道雷電流監(jiān)測裝置，屬于高電壓試驗設備及測量【技術領域】。包括：多個金屬棒、多個雷電流傳感器、信號處理模塊和太陽能電池板。多個金屬棒置于輸電線路桿塔的頂部，多個雷電流傳感器套裝在金屬棒上，多個雷電流傳感器分別通過電磁耦合將接收到的雷電流轉(zhuǎn)化為電壓信號，完成信號的采集。多個金屬棒、多個雷電流傳感器分別通過信號線與信號處理模塊相連接。太陽能電池板置于輸電線路桿塔上，太陽能電池板為信號處理模塊提供電源。本監(jiān)測裝置簡單易用，操作簡便，管理人員在辦公室就可及時、準確地了解到雷電流特征參數(shù)。而且檢測過程具有準確的實時性，監(jiān)測信號質(zhì)量有保證，使雷電流信號的監(jiān)測更加可靠。
【專利說明】一種輸電線路多通道雷電流監(jiān)測裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及ー種輸電線路多通道雷電流監(jiān)測裝置，屬于高電壓試驗設備及測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]據(jù)不完全統(tǒng)計，我國毎年因雷擊造成人員傷亡達3000?4000人，財產(chǎn)損失更是達到驚人的200億元，雷電災害已成為破壞性日趨嚴重的氣象災害之一。雷電帶來的電磁暫態(tài)現(xiàn)象屬于電磁污染范圍，而電磁污染是世界公認的繼水質(zhì)污染、大氣污染、噪聲污染之后的第四大污染。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的現(xiàn)代化，對鐵路、航空、金融、電力、電信、電視、網(wǎng)絡等服務系統(tǒng)和設施可靠性及服務質(zhì)量要求也越來越高，人類活動對這些公用事業(yè)的依賴性也越來越大，對雷電防護提出了更高的要求，因此對雷電流準確測量顯得越來越重要。
[0003]從電カ系統(tǒng)的角度出發(fā)，雷電已經(jīng)成為了電カ系統(tǒng)故障的最主要原因，無論是線路、變電站還是用電設備，如何使它們能夠更好地抵御雷電和雷電感應產(chǎn)生的電磁暫態(tài)過程的沖擊是電カ系統(tǒng)雷電防護中最為關心的問題，這需要建立在對雷電的放電過程和雷電流的各項參數(shù)有充分認識和了解的基礎上。
[0004]目前對雷電流特征參數(shù)的研究大都依靠模擬和仿真的方法，而對自然界的雷電流特征參數(shù)，包括波形、幅值、上升時間、持續(xù)時間等都缺少實際數(shù)據(jù)。如何能夠獲得真實的雷電流數(shù)據(jù)，這對于雷電放電過程的認識和雷電流及其空間場的研究都十分有意義。而獲得自然界雷電參數(shù)最直接的方法就是測量，以現(xiàn)在最常見的人工火箭引雷或者自然雷直擊高大物體為例，都是將測量裝置的探頭置于雷電流入地通道上，而將主機置于通道附近或者室內(nèi)進行測量和記錄的。但由于雷電流幅值往往很高，基本為千安培量級，且上升沿往往只有幾百納秒到幾微秒，所以選擇什么樣的測量探頭能夠滿足大的動態(tài)測量范圍和寬的頻率響應是最為關心的問題，羅氏線圈是目前比較通用的選擇，它可以滿足上述兩點的要求，而且它的性能已經(jīng)為很多實驗所證實。
[0005]因為雷電是ー種隨機程度很高的自然現(xiàn)象，所以要大量的測量雷電流參數(shù)，最好的方法就是大量的安裝測量裝置，但是受到各種實際條件的制約，這樣的做法顯然是不合適的，所以在測量裝置安裝地點的選擇上首先要考慮以往的雷電活動規(guī)律，特別是雷擊點的分布規(guī)律和雷擊次數(shù)的統(tǒng)計規(guī)律。根據(jù)不同的雷電活動強度可以將測量地點劃分為多雷擊區(qū)域和少雷擊區(qū)域，比如通信基站的信號塔，廣播電視發(fā)射塔這些獨立、高大的建筑物，以及容易遭受雷擊的輸電線路的局部和某些變電站，這些都屬于高雷擊區(qū)域。所以在這些地點安裝相對較復雜，數(shù)據(jù)記錄能力較強的測量裝置。而在其它的少雷擊區(qū)域可以選擇記錄功能較單ー(只記錄幅值)，結(jié)構(gòu)較為簡單，造價較低的測量裝置。這樣可以充分利用可用的測量資源，最大限度地測量和收集自然界雷電流的參數(shù)信息。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明目的是提出一種輸電線路多通道雷電流監(jiān)測裝置，對已有的監(jiān)測裝置進行改進，以實現(xiàn)多通道雷電流測量，并應用于野外環(huán)境中運行的高壓輸電線路雷擊情況的實時在線監(jiān)測。
[0007]本發(fā)明提出的輸電線路多通道雷電流監(jiān)測裝置，包括:多個金屬棒、多個雷電流傳感器、信號處理模塊和太陽能電池板；所述的多個金屬棒置于輸電線路桿塔的頂部，所述的多個雷電流傳感器套裝在金屬棒上，多個雷電流傳感器分別通過電磁耦合將接收到的雷電流轉(zhuǎn)化為電壓信號，完成信號的采集；所述的多個金屬棒、多個雷電流傳感器分別通過信號線與信號處理模塊相連接；所述的太陽能電池板置于輸電線路桿塔上，太陽能電池板為信號處理模塊提供電源；
[0008]所述的信號處理模塊包括:
[0009]全球?qū)Ш较到y(tǒng)，用于通過全球?qū)Ш较到y(tǒng)對雷電流進行同步定位，確定雷電流發(fā)生的時間和地址，并將雷電流發(fā)生的時間和地址信息發(fā)送給中央數(shù)據(jù)處理器，全球?qū)Ш较到y(tǒng)與中央數(shù)據(jù)處理器相連；
[0010]中央數(shù)據(jù)處理器，用于分別接收雷電流傳感器的電壓信號，設定ー個電壓幅值的閾值以及電壓上升時間的閾值，根據(jù)設定閾值，對采集的電壓信號進行判斷，若電壓信號的電壓幅值高于設定閾值，或電壓上升時間小于設定閾值，則判定該電壓信號為由雷電流引起，并記錄該電壓信號，通過網(wǎng)絡將該電壓信號發(fā)送至計算機，同時接收全球?qū)Ш较到y(tǒng)發(fā)送的雷電流發(fā)生的時間和地址；
[0011]計算機，用于接收來自中央處理器的電壓信號以及雷電流發(fā)生的時間和地址，并對信號進行存儲和處理，根據(jù)處理結(jié)果對雷電流監(jiān)測裝置進行遠程控制，保證雷電流監(jiān)測裝置正常運行。
[0012]本發(fā)明提出的輸電線路多通道雷電流監(jiān)測裝置，其優(yōu)點是:
[0013](I)本發(fā)明的雷電流監(jiān)測裝置簡單易用，專家系統(tǒng)界面友好易懂，操作簡便，管理人員在辦公室就可及時、準確地了解到雷電流特征參數(shù)。
[0014](2)本發(fā)明的雷電流監(jiān)測裝置，具有準確的實時性，該裝置通過連接GPRS網(wǎng)絡，實現(xiàn)了監(jiān)測裝置與遠程計算機的無線通信，因此覆蓋范圍廣，監(jiān)測信號質(zhì)量有保證，可以確保遠程通訊的實時性。
[0015](3)本發(fā)明的雷電流監(jiān)測裝置，具有良好的可擴展性，通過無線網(wǎng)絡，使多通道雷電流監(jiān)測裝置不受電網(wǎng)規(guī)模的影響，可以根據(jù)需要，在不同的監(jiān)測地點安裝，方便地增加監(jiān)測點，使雷電流信號的監(jiān)測更加可靠。
[0016](4)本發(fā)明的雷電流監(jiān)測裝置，利用太陽能電池供電，便于監(jiān)測裝置的運行和維護。
[0017](5)本發(fā)明的監(jiān)測裝置，利用GPRS網(wǎng)絡，實現(xiàn)輸電線路雷電特征參數(shù)的遠程監(jiān)控，管理人員只需在辦公室，就可及時、準確地了解到雷電流的特征參數(shù)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明提出的輸電線路多通道雷電流監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖1中，I是金屬棒，2是雷電流傳感器，3是信號處理模塊，4是太陽能電池板。
[0020]圖2是圖1所示的雷電流監(jiān)測裝置中的中央數(shù)據(jù)處理器的結(jié)構(gòu)框圖?！揪唧w實施方式】
[0021]本發(fā)明提出的輸電線路多通道雷電流監(jiān)測裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:多個金屬棒1、多個雷電流傳感器2、信號處理模塊3和太陽能電池板4。多個金屬棒I置于輸電線路桿塔的頂部，多個雷電流傳感器2套裝在金屬棒I上，多個雷電流傳感器2分別通過電磁耦合將接收到的雷電流轉(zhuǎn)化為電壓信號，完成信號的采集。多個金屬棒1、多個雷電流傳感器2分別通過信號線與信號處理模塊3相連接，太陽能電池板4置于輸電線路桿塔上，太陽能電池板4為信號處理模塊3提供電源。
[0022]上述監(jiān)測裝置中的信號處理模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，包括:
[0023]全球?qū)Ш较到y(tǒng)，用于通過全球?qū)Ш较到y(tǒng)對雷電流進行同步定位，確定雷電流發(fā)生的時間和地址，并將雷電流發(fā)生的時間和地址信息發(fā)送給中央數(shù)據(jù)處理器，全球?qū)Ш较到y(tǒng)與中央數(shù)據(jù)處理器相連；
[0024]中央數(shù)據(jù)處理器，用于分別接收雷電流傳感器的電壓信號，設定ー個電壓幅值的閾值以及電壓上升時間的閾值，根據(jù)設定閾值，對采集的電壓信號進行判斷，若電壓信號的電壓幅值高于設定閾值，或電壓上升時間小于設定閾值，則判定該電壓信號為由雷電流引起，并記錄該電壓信號，通過網(wǎng)絡將該電壓信號發(fā)送至計算機，同時接收全球?qū)Ш较到y(tǒng)發(fā)送的雷電流發(fā)生的時間和地址；
[0025]計算機，用于接收來自中央處理器的電壓信號以及雷電流發(fā)生的時間和地址，并對信號進行存儲和處理，根據(jù)處理結(jié)果對雷電流監(jiān)測裝置進行遠程控制，保證雷電流監(jiān)測裝置正常運行。
[0026]本發(fā)明的雷電流監(jiān)測裝置中，所用的雷電流傳感器、信號處理模塊、太陽能電池板和蓄電池，都可以由北京恒源利通公司生產(chǎn)，其中，信號處理模塊的型號為EPL-1，太陽能電池板的型號為TPT-100W，蓄電池的型號為NP24-12。與本監(jiān)測裝置相配的計算機選用Windows XP以上系統(tǒng)，并需安裝由北京恒源利通公司開發(fā)的雷電流采集裝置監(jiān)控管理軟件。
[0027]本發(fā)明的雷電流監(jiān)測裝置，包括柔性羅氏線圈和積分器，通過電磁耦合把大的雷電流轉(zhuǎn)化為低電壓信號。羅氏線圈傳感器具有以下的優(yōu)點:絕緣結(jié)構(gòu)簡單，無易燃易爆等危險，能夠保證該雷電流監(jiān)測系統(tǒng)安全可靠地運行；采集線圈無鐵心，消除了鐵磁飽和等問題，同時頻率范圍寬，能夠保證該系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的精度和頻率寬度符合雷電流采集的要求；低壓側(cè)無過電壓危險，可以使該系統(tǒng)與高壓線路隔離，避免了設備過壓損壞和人員觸電危險；體積小、造價低，使得該系統(tǒng)更易于大量生產(chǎn)和廣泛安裝。
[0028]本發(fā)明監(jiān)測裝置的工作原理是，羅氏線圈對電流進行采集和轉(zhuǎn)換。羅氏線圈是均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈，輸出信號是電流對時間的微分。通過ー個對輸出的電壓信號進行積分的電路，就可以真實還原輸入電流。該線圈具有電流可實時測量、響應速度快、不會飽和、幾乎沒有相位誤差的特點，可應用于對雷電流的實時測量。
[0029]當雷擊桿塔時，雷電流沿地線向兩邊傳播，當雷電流通過套裝在地線上的羅氏線圈時，線圈產(chǎn)生相應的信號，經(jīng)過積分電路，產(chǎn)生與輸入電流成正比、波形一致的電壓信號。通過電路的連接，該電壓信號被送至中央處理器進行高速采集和處理，經(jīng)過緩存器緩存，通過處理器判斷數(shù)據(jù)是否由雷電流產(chǎn)生，最后將緩存中處理好的雷電流數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS測得的時間、位置參數(shù)，經(jīng)由GPRS網(wǎng)絡發(fā)送到Internet上的后臺主站計算機，完成整個裝置的工作流程。
[0030]本發(fā)明的監(jiān)測裝置，所有外露信號傳遞導線均采用雙層屏蔽線，其中外層屏蔽在靠近鐵塔絕緣子的鐵頭接地，而內(nèi)層屏蔽在監(jiān)測裝置位置接地。除雷電流傳感器外，整個監(jiān)測裝置都置于完全屏蔽的屏蔽盒中，而對于雷電流傳感器的輸入接ロ，也采用了防滲、防干擾等措施，以確保信號接ロ的可靠性。由于本監(jiān)測裝置的工作環(huán)境除了有強電場干擾外，還存在強磁場干擾，所以本監(jiān)測裝置特別采用雙層屏蔽線引入采集到的信號，屏蔽盒內(nèi)層隔離的方法，防止強磁場干擾。
【權(quán)利要求】
1.一種輸電線路多通道雷電流監(jiān)測裝置，其特征在干，該監(jiān)測裝置包括:多個金屬棒、多個雷電流傳感器、信號處理模塊和太陽能電池板；所述的多個金屬棒置于輸電線路桿塔的頂部，所述的多個雷電流傳感器套裝在金屬棒上，多個雷電流傳感器分別通過電磁耦合將接收到的雷電流轉(zhuǎn)化為電壓信號，完成信號的采集；所述的多個金屬棒、多個雷電流傳感器分別通過信號線與信號處理模塊相連接；所述的太陽能電池板置于輸電線路桿塔上，太陽能電池板為信號處理模塊提供電源； 所述的信號處理模塊包括: 全球?qū)Ш较到y(tǒng)，用于通過全球?qū)Ш较到y(tǒng)對雷電流進行同步定位，確定雷電流發(fā)生的時間和地址，并將雷電流發(fā)生的時間和地址信息發(fā)送給中央數(shù)據(jù)處理器，全球?qū)Ш较到y(tǒng)與中央數(shù)據(jù)處理器相連； 中央數(shù)據(jù)處理器，用于分別接收雷電流傳感器的電壓信號，設定ー個電壓幅值的閾值以及電壓上升時間的閾值，根據(jù)設定閾值，對采集的電壓信號進行判斷，若電壓信號的電壓幅值高于設定閾值，或電壓上升時間小于設定閾值，則判定該電壓信號為由雷電流引起，并記錄該電壓信號，通過網(wǎng)絡將該電壓信號發(fā)送至計算機，同時接收全球?qū)Ш较到y(tǒng)發(fā)送的雷電流發(fā)生的時間和地址； 計算機，用于接收來自中央處理器的電壓信號以及雷電流發(fā)生的時間和地址，并對信號進行存儲和處理，根據(jù)處理結(jié)果對雷電流監(jiān)測裝置進行遠程控制，保證雷電流監(jiān)測裝置正常運行。
【文檔編號】G08C17/02GK103558448SQ201310474043
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】李 雨, 余占清, 王運超, 王澤眾, 彭瓏, 趙媛, 陳水明, 何金良, 曾嶸, 端木林楠, 牛曉民, 王萍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 華北電力科學研究院有限責任公司, 華北電網(wǎng)有限公司, 清華大學