基于北斗短报文的输电线路磁暴感应电流采集方法及装置与流程

本发明涉及电力系统自然灾害事件监测技术领域，特别是涉及基于北斗短报文的输电线路磁暴感应电流采集方法及装置。

背景技术：

太阳活动引起地球磁场的变化称为地磁暴。地磁暴在电网中引发的地磁暴感应电流会对电网的安全稳定运行造成威胁。随着我国高电压、大容量、远距离输电网的建设，越来越多的高电压长距离输电系统都受到地磁暴感应电流的影响。为了能够监测记录地磁暴感应电流数据，需要在线路中加入地磁暴感应电流监测装置。

虽然国内外已有地磁暴感应电流在线监测装置，但这些装置通常安装在变压器中性点上，缺点是变压器一旦出现短路故障中性点电压升高会损坏耐压水平较低的采集传感器。此外，目前的装置是通过常用的2g/3g/4g无线网络传输数据，这种无线传输装置依靠公用移动通信基站，当基站出现装置故障或者移动信号较差时都将对数据的传输造成影响,数据传输的可靠性与卫星传输数据相比相对低。

目前国内外的地磁暴感应电流在线监测装置都将霍尔电流传感器安装在变压器中性点上,利用2g/3g/4g无线网络传输数据。一旦系统发生故障变压器中心点电压升高会损坏采集设备，此外当基站维护或者移动信号弱时会影响数据的传输。

因此希望有一种输电线路磁暴感应电流采集方法及装置以解决现有技术中安装于变压器中性点接地排上设备易受破坏的问题。

技术实现要素：

本发明公开了一种基于北斗短报文通信的输电线路磁暴感应电流采集方法，所述输电线路磁暴感应电流采集方法包括以下步骤：

步骤1：将一只磁感应强度传感器安装于变压器a相出线构架上采集电流产生的磁场，另一只磁感应强度传感器安装于变电站附近采集环境中的干扰磁场；

步骤2：将采集的磁场数据送入预处理模块中，判断输电线路中是否存在地磁暴感应电流；若存在地磁暴感应电流则将磁场数据通过北斗短报文通信模块发送到上位机，否则将临时存储区数据清空；

步骤3：上位机收到磁场数据后对数据进行处理得到地磁暴感应电流数值。

优选地,所述步骤3上位机对所述北斗短报文通信模块发送来的北斗短报文进行处理，根据北斗短报文编号实现多个北斗短报文信息包的组包与正确解析，得到地磁暴感应电流产生的磁感应强度数据，并根据毕奥-沙伐尔定律对地磁暴感应电流产生的磁感应强度数据取暴露在空气中的磁导率μ0＝4π×10^-7，a相输电线路周围的磁场强度x轴分量为变压器出线构架周围环境的磁场强度x轴分量为输电线路间距为l，传感器位于输电线路正上方h处，则对于三相输电线路，采用叠加定理计算三相输电线路中流通的地磁暴感应电流在传感器所在位置产生磁感应强度：

进一步得地磁暴感应电流数值为：

优选地,所述输电线路地磁暴感应电流采集装置包括：数据采集端、北斗短报文接收模块、上位机和电源模块，所述数据采集端依此连接北斗短报文接收模块和上位机，电源模块连接数据采集端为其提供稳定电能。

优选地,所述数据采集端包括：磁感应强度测量模块、预处理模块、北斗短报文发送模块和输电线路，所述电源模块通过输电线路为所述数据采集端提供稳定电能，磁感应强度测量模块通过预处理模块与北斗短报文发送模块连接。

优选地,所述磁感应强度测量模块分别安装于变压器a相出线构架上和变电站附近采集环境中的干扰磁场。

本发明提出了一种基于北斗短报文通信的输电线路地磁暴感应电流采集方法及装置，本发明的有益效果包括：

1.将采集传感器安装在变压器出线构架上，当系统发生故障时避免了安装在变压器中性点的测量设备因中性点电压升高而遭到破坏；

2.一些偏远地区由于有线通信线路建设成本高，无线公网信号难以覆盖，信息采集无法通过现在常用的2g/3g/4g无线网络进行传输，故本发明采用北斗短报文传输设备，以扩大使用范围。本发明受环境制约小，北斗系统具有“功耗低、通讯快捷”特点，能很好的满足输电线路地磁暴感应电流监测点实时数据传输的要求；

3.北斗短报文通信兼具定位功能，短报文包含定位信息，可以此判定监测点的位置。

附图说明

图1是安装于变压器a相输电线路构架上的磁感应强度传感器示意图。

图2是数据采集端数据采集与处理流程图。

图3是上位机收到磁场强度数据后对数据进一步校准时输电线路磁场计算结构示意图。

图4是本发明基于北斗短报文通信的输电线路地磁暴感应电流采集装置。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

输电线路电压等级高和电磁式传感器存在饱和问题，从输电线路中准确提取被测信号是保证测量结果准确度的关键。对采集输电线路的地磁暴感应电流，由于目前霍尔传感器绝缘水平的限制，直接采用霍尔传感器的采集方法不可能实现，因此对于输电线路的地磁暴感应电流信号采集，本实施例采用磁感应强度传感器测量恒定磁场，再经由数据处理得到地磁暴感应电流大小的间接测量方法。

本实施例采用非接触间接测量方式，不采用市面上已经存在的霍尔电流传感器采集变压器中性点电流而是采用磁感应强度传感器。

如图1所示，将一只磁感应强度传感器安装于变压器a相输电线路构架上。监测装置上电后，如图2所示数据采集处理主程序启动数据采集与处理流程，采集a相电流产生的磁感应强度数据，另一只磁感应强度传感器采集环境中的杂散磁场用于数据校准。

根据地磁暴感应电流为“准直流”，其将产生恒定磁场这一特征，预处理模块对磁感应强度传感器传输的数据进行分析判断，若存在恒定磁场则先通过预处理模块mcu中滤波程序将交流电流产生的交变磁场滤除，再经由北斗通信模块发送至远程数据处理中心。

基于北斗短报文通信协议实现了北斗一体式采集终端信息的自动发送，由于一条短报文可传输的长度有限，因此对于某些较长的信息，需要对其进行压缩、拆包、编号，分传输到数据中心。

上位机收到北斗短报文后根据编号实现多个北斗短报文信息包的组包与正确解析，得到地磁暴感应电流产生的磁感应强度数据，进一步处理后得到地磁暴感应电流大小。具体处理过程为：由于输电线路存在三相输电线，a相输电线路周围的磁场为三条输电线所产生磁场的叠加，上位机收到磁场强度数据后需要对数据进一步校准，输电线路磁场计算结构图如图3所示。根据毕奥-沙伐尔定律可计算，取暴露在空气中的磁导率μ0＝4π×10^-7，a相输电线路周围的磁场强度x轴分量为变压器出线构架周围环境的磁场强度x轴分量为输电线路间距为l，传感器位于输电线路正上方h处，则对于三相输电线路，采用叠加定理可计算三相输电线路中流通的地磁暴感应电流在传感器所在位置产生磁感应强度：

进一步推算可得地磁暴感应电流大小为：

本发明所有采集端设备包括采集传感器、预处理模块、北斗短报文通信发送模块均采用输电线路取能装置提供电源，避免了外接电源带来的接线不便问题。输电线路取能装置能够在导线正常电流范围内提供稳定的电源输出，并且在短路及冲击电流下实现自我保护，实现长期低热耗稳定运行。

如图4所示，本发明所述基于北斗短报文通信输电线路地磁暴感应电流测量装置，其硬件由磁感应强度测量模块、通讯模块、电源模块和上位机构成，磁感应强度测量模块安装于变压器出线构架上，并且与通讯模块相连。选取stc89c52芯片作为mcu模块。选取hmc5843芯片作为磁感应强度测量模块，测磁芯片hmc5843的测量范围为-6～+6gauss，分辨率为120μgauss(1.2×10^-8t)，按上述指标推算，当线路中电流i＝3000a时，不致使hmc5843磁感应强度测量芯片满量程，并且可识别主传输线6ma以上的电流变化。选用北斗短报文通信模块作为数据收发装置。电源模块选用tlps输电线路取能装置。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。