一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置，包括依次连接的泄漏电流采集装置、光纤电流传感器、主控模块，泄漏电流采集装置包括安装在绝缘子表面上的采集环，采集环通过顶丝固定在绝缘子的钢帽上。解决了现有技术中泄漏电流传感器受强电磁干扰大、监测节点需外接电源等问题。
【专利说明】
一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置
技术领域
[0001]本实用新型属于输电线路在线监测技术领域，涉及一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置。
【背景技术】
[0002]绝缘子在架空输电线路中起到重要作用，为了增加爬电距离，高压输电线路上安装了绝缘子串。绝缘子泄漏电流指运行电压下受污表面受潮后流过绝缘子表面的电流。无论是在输电线路(TL)还是在户外的配电线路上，任何高压绝缘体都会产生泄漏电流。沉积在绝缘子表面的污秽主要是烟尘，炉灰，以及从海边附近产业化地区所生产的化学品和盐雾。在潮湿的大气条件下，绝缘子表面的污秽会溶解于水中并为泄漏电流提供一个从高压到地电位的绝缘路径。虽然这些电流大小在容许电流大小之内，但是当乘以位于特定输电线路的绝缘子总数时，总电流可以达到很高的值，接合的继电保护装置会切除产生大电流线路的故障，造成停电事故。
[0003]此外，夜间露水或小雨增大了污染层的电导率，从而产生电弧。严重时，这些电弧可能变为绝缘闪络，当绝缘子周围空气电离成为导体，甚至造成整个绝缘子的损坏。因此，绝缘子泄漏电流是衡量电器绝缘性好坏的重要标志之一，并且作为污闪事故的指示参数，在绝缘子的预测维护规划中显得尤为重要。
[0004]目前，以监测输电线路绝缘子的泄漏电流的方法被广泛应用，相应的泄漏电流传感器也是研究的一个重点。电流传感器主要有两种，一种是以电磁感应为基础的传统电流传感器(CT)，但是传统的电流传感器有很一系列的缺陷:爆炸引起灾难性事故;大故障电流引起铁芯磁饱和;铁芯共振效应;滞后效应;体积大、重量大、价格昂贵等，已经难以满足新一代数字电力网的发展需要。另一种是基于光纤的电流传感器，与传统传感技术相比，光纤电流传感器主要有如下几大优势:重量轻、结构紧凑、易多路复用;在传感点无需用电、可以长距离分布式传感;可低成本大规模生产。在国内，大多数监测系统通信光缆所用的光纤，基本上都是采用石英光纤，是一种用纯度特别高的石英玻璃(以S12为主要成分)制作的纤维状波导结构，但其成本较高，且耦合损耗很大。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置，解决了现有技术中泄漏电流传感器受强电磁干扰大、监测节点需外接电源等问题。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置，包括依次连接的泄漏电流采集装置、光纤电流传感器、主控模块，泄漏电流采集装置包括安装在绝缘子表面上的采集环，采集环通过顶丝固定在绝缘子的钢帽上。
[0007]本实用新型的特点还在于:
[0008]光纤电流传感器包括由多个二极管组成的桥式全波整流电路和塑料光纤。
[0009]桥式全波整流电路的结构为，JP1为信号的输入/输出端，JP1接口与电阻Rl和电感LI串联连接，防止过高频率的信号通过；电感LI后接由四个二极管D2-1、D2-2、D2-3、D2-4组成的全桥整流电路，在二极管D2-3和D2-4的两端接入发光二极管Dl;在电阻R1、桥式全波整流电路的两端并入两个瞬态电压抑制二极管D3、D4。
[0010]电流传感器通过固定铝板固定在塔梁上，其中塑料光纤与外部裹有绝缘复合物的光纤电缆相连接，电流传感器还与塑料光纤相连接;铜线用于引导泄漏电流采集装置所感应到的泄漏电流。
[0011]主控模块包括信号处理单元、光电探测器和数据接口，信号处理单元分别与光电探测器和数据接口连接，数据接口还与光电探测器连接;信号处理单元连接有CPU，CPU与GPRS调制解调器、数据存储单元和供电电源分别连接，CPU还与供电电源相互连接。
[0012]供电电源为蓄电池。
[0013]主控模块设置在铝制的箱体中，箱体外部设置有天线和电缆接口，天线与GPRS调制解调器连通，电缆接口置于铝制箱体正面的左下方，与塑料光纤连接。
[0014]本实用新型的有益效果是:本实用新型使用新型材料塑料光纤(POF)，制作了光纤电流传感器，并将其用于监测泄漏电流装置中，与采集装置和主控模块配合，可以解决现有技术中泄漏电流传感器受强电磁干扰大、监测节点需外接电源等问题。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置的结构示意图；
[0016]图2是本实用新型一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置中泄漏电流采集装置的安装结构示意图；
[0017]图3是本实用新型一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置中泄漏电流采集装置的安装位置示意图；
[0018]图4是本实用新型的一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置中的光纤电流传感器的硬件结构示意图；
[0019]图5是本实用新型的一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置中的光纤电流传感器的安装示意图；
[0020]图6是本实用新型的一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置中主控模块的外部整体结构示意图。
[0021]图中，1.泄漏电流采集装置，2.光纤电流传感器，2-1.桥式全波整流电路，2-2.塑料光纤，3.主控模块，3-1.数据接口，3-2.光电探测器，3-3.信号处理单元，3-4.CPU，3-5.供电电源，3-6.GPRS调制解调器，3-7.数据存储单元；1_1.采集环；1_2.绝缘子表面；1_3.顶丝;2-3.外部裹有绝缘复合物的光纤电缆，2-4.铜线，2-5.固定铝板，4.塔梁;箱体;6.电缆接口；7.天线。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0023]本实用新型一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置，如图1所示，包括依次连接的泄漏电流采集装置1、光纤电流传感器2、主控模块3，其中，泄漏电流采集装置I包括安装在绝缘子表面1-2上的采集环1-1，采集环通过顶丝1-3固定在绝缘子的钢帽上；
[0024]如图3所示，泄漏电流采集装置中的采集环1-1被安装于绝缘子的悬挂处，在潮湿条件下，瓷绝缘子串表面附着污秽时，其表面产生泄漏电流，电流穿过绝缘子串，经杆塔流入大地，此时泄漏电流采集装置将感应到泄漏电流。
[0025]其中，光纤电流传感器2包括由多个二极管组成的桥式全波整流电路2-1和塑料光纤 2-2，
[0026]桥式全波整流电路2-1的结构如图4所示，JPI为信号的输入/输出端，JPI接口与电阻Rl和电感LI串联连接，防止过高频率的信号通过；电感LI后接由四个二极管D2-UD2-2、D2-3、D2-4组成的全桥整流电路，在二极管D2-3和D2-4的两端接入发光二极管(LED)Dl;在电阻R1、桥式全波整流电路的两端并入两个瞬态电压抑制二极管(TVS)D3、D4。
[0027]传感器内部的二极管串联组成的桥式全波整流电路，当泄漏电流的某个极性的泄漏电流会驱使发光二极管(LED)发光，但是同时相应的另一极性的泄漏电流就不能经过发光二极管，这些反极性的半周波泄漏电流就无法顺利流过发光二极管D1。故本实用新型利用二极管的单向导通性，采用由四个二极管组成的桥式全波整流电路，全波整流电路将泄漏电流转变为直流电，然后用于驱动发光二极管。若为泄漏电流的正半波，即当泄漏电流从JPl流入时，其正半波从JPl的上边两个接口流入先通过RL带通滤波电路，然后通过D2-2驱动发光二极管D2发光，再通过D2-4后从JPl的下边两个接口流出；若为泄漏电流的负半波，即当泄漏电流从JPl流入时，其负半波从JPl的下边两个接口流入电路中原理与负半波类似。两个瞬态电压抑制二极管(TVS)D3、D4能够在电路中出现极高的反向电压时降低电阻，使电流分流，从而保护电路中的其他元器件在瞬间电压过高的情况下不被烧毁。
[0028]如图5所示，电流传感器2通过固定铝板2-5固定在塔梁2-6上，其中塑料光纤(POF)2-2与外部裹有绝缘复合物的光纤电缆2-3相连接，电流传感器2还与塑料光纤(P0F)2-2相连接;铜线2-4用于引导泄漏电流采集装置所感应到的泄漏电流。
[0029]其中，主控模块3包括信号处理单元3-3、光电探测器3-2和数据接口3-1，信号处理单元3-3分别与光电探测器3-2和数据接口 3-1连接，数据接口 3-1还与光电探测器3-2连接；信号处理单元3-3连接有CPU3-4，CPU3-4与GPRS调制解调器3-6、数据存储单元3-7和供电电源3-5分别连接，CPU3-4还与供电电源3-5相互连接，供电电源3-5为蓄电池。
[0030]主控模块3设置在如图6所示的铝制箱体5中，箱体5外部设置有天线7和电缆接口6，天线7与GPRS调制解调器3-6连通，电缆接口 6置于铝制箱体5正面的左下方，与塑料光纤(POF) 2-2 连接。
[0031]本实用新型主要由泄漏电流采集装置、光纤电流传感器、主控模块组成;泄漏电流采集装置与光纤电流传感器相连;温湿度传感器和光纤电流传感器与主控模块相连;主控模块包括了数据接口、光电探测器、信号处理单元、相互连接的CPU、供电电源、GPRS调制解调器、数据存储单元;数据接口和塑料光纤(POF)相连;信号处理单元分别接于光电探测器和数据接口；CPU与GPRS调制解调器、数据存储单元和供电电源(蓄电池)相连。
[0032]泄漏电流采集装置为环状，由两个尼龙卡环组成，卡环底部设有卡槽，卡槽内装有电流收集线，通过顶固螺钉将集流环固定在钢帽上。
[0033]光纤电流传感器无需外接电源为其供电，泄漏电流经过引导流过并激发其内部的发光二极管(LED)发光，实现将电能转化为光能，发光二极管的输出功率与其直流成正比。
[0034]主控模块部分的光电探测器负责接收由塑料光纤(POF)传输过来的光信号，光电探测器将光信号变为电信号，然后再通过电缆接口将信号传输至信号处理单元;信号处理单元对电信号进行降噪处理以优化输出结果。主控模块的CPU将所解调的电信号连同温湿度传感器所测量的绝缘子局部温度和空气相对湿度(数字信号)一同存储在存储器中，再通过一系列的计算处理后，通过GPRS调制解调器把数据传输到蜂窝通信网络。
[0035]本实用新型提出了使用一种近两年所开发的新型材料:塑料光纤(POF)，它是用一种透光聚合物制成的光纤，可以利用聚合物成熟的简单拉制工艺，故成本比较低，且比较柔软，坚固，直径较大(约达1mm)，与石英光纤相比，具有以下优点:模量低，芯径大(0.3-1.0mm)，接续时可使用简单的POF连接器，即使是光纤接续中心对准产生30μπι的偏差也不会影响耦合损耗;数值孔径大(ΝΑ0.5左右)，受光角可达60°，而石英光纤只有16°，耦合效率高;挠曲性好，易于加工和使用;在可见光区有低损耗窗口；重量轻;成本及加工费用低。
【主权项】
1.一种基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，包括依次连接的泄漏电流采集装置(1)、光纤电流传感器(2)、主控模块(3)，所述的泄漏电流采集装置(I)包括安装在绝缘子表面(1-2)上的采集环(1-1)，所述的采集环通过顶丝(1-3)固定在绝缘子的钢帽上。2.根据权利要求1所述的基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，所述的光纤电流传感器(2)包括由多个二极管组成的桥式全波整流电路(2-1)和塑料光纤(2-2)03.根据权利要求2所述的基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，所述的桥式全波整流电路(2-1)的结构为，JPI为信号的输入/输出端，JPI接口与电阻Rl和电感LI串联连接，防止过高频率的信号通过；电感LI后接由四个二极管D2-1、D2-2、D2-3、D2-4组成的全桥整流电路，在二极管D2-3和D2-4的两端接入发光二极管Dl;在电阻R1、桥式全波整流电路的两端并入两个瞬态电压抑制二极管D3、D4。4.根据权利要求2所述的基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，所述的电流传感器(2)通过固定铝板(2-5)固定在塔梁(2-6)上，其中塑料光纤(2-2)与外部裹有绝缘复合物的光纤电缆(2-3)相连接，电流传感器(2)还与塑料光纤(2-2)相连接;铜线(2-4)用于引导泄漏电流采集装置所感应到的泄漏电流。5.根据权利要求1所述的基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，所述的主控模块(3)包括信号处理单元(3-3)、光电探测器(3-2)和数据接口(3-1)，所述的信号处理单元(3-3)分别与光电探测器(3-2)和数据接口(3-1)连接，所述的数据接口(3-1)还与光电探测器(3-2)连接;所述的信号处理单元(3-3)连接有CPU(3-4)，CPU(3-4)与GPRS调制解调器(3-6)、数据存储单元(3-7)和供电电源(3-5)分别连接，CPU(3-4)还与供电电源(3-5)相互连接。6.根据权利要求5所述的基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，供电电源(3-5)为蓄电池。7.根据权利要求1所述的基于塑料光纤的绝缘子泄漏电流监测装置，其特征在于，所述的主控模块(3)设置在铝制的箱体(5)中，所述的箱体(5)外部设置有天线(7)和电缆接口(6)，所述的天线(7)与GPRS调制解调器(3-6)连通，所述的电缆接口(6)置于铝制箱体(5)正面的左下方，与塑料光纤(2-2)连接。
【文档编号】G01R31/02GK205539294SQ201620050470
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月19日
【发明人】黄新波, 解程, 赵伟强, 赵隆, 司伟杰
【申请人】西安工程大学