专利名称：超高压输电线路雷电全参数测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种输电线路雷电流参数的测量系统，特别是超高压输电线路雷电全参 数测量系统，其适用于对架空输电线路遭受雷击的形式和闪络路径的判断分析和雷电流参数 与波形的测量。
背景技术：
超高压输电线路每年雷电事故在电网的运行中十分突出，随着线路长度的迅猛增加，线 路雷击跳闸事故明显增多。绕击和反击没有明确的判据，故障点的査找十分困难，尤其在山 区和高海拔地区更是难上加难。雷电现象极其复杂，常用的电气几何法(EGM)对线路的雷电 屏蔽性能给出了过于乐观的估计，与实际情况有很大的偏差。据申请人所知，由于实际情况 下雷击电流可从几kA到几百kA，来雷的方位也变化很大，同一防护系统对不同落雷的防护 效果很不相同，再加上对防护效果影响显著的地形地貌和气象因素的复杂多变，输电线路在 某些地段常常出现防护失效，成为绕击跳闸事故的易击段。架空输电线路避雷线的保护角究 竟取多大合适，多大雷电流才会使输电线路出现绕击或反击，绝缘子串哪相发生闪络，雷击 线路的雷电流幅值多大，实际雷电流波形如何等， 一直是国际上争论的问题。在超高压输电 线路上安装一种雷电测量系统，便于及时发现故障杆塔，给电力部门根据测量信息和有针对 性地采取防雷保护措施，为今后铁塔设计提供第一手资料，也为雷电流波形和幅值标准的制 定提供有力的支持，对提高我国的防雷技术在国际上的地位有非常积极的作用。 发明内容
本实用新型的目的是，针对上述现有技术的不足进行改进，提供一种超高压输电线路雷 电全参数测量系统。该测量系统可以对遭受雷击的输电线路上的雷电流幅值、波形和持续时 间等参数进行测量，可以给出雷击线路的杆塔号、受雷击的避雷线或导线的相别、雷电流幅 值、极性和雷害事故形式，实现故障快速定位。
为了实现上述任务，本实用新型的技术解决方案是采用了供电电源、多个电流传感器, 其特征在于，多个电流传感器与雷击信号采样单元、数据接收和GPRS、 BT传输单元分别相连; 供电电源系直流电源，由蓄电池、太阳能电池板和电压变换器组成，蓄电池分别与太阳能电池板、电压变换器相接；由直流电源分别为雷击信号采样单元、数据接收和GPRS、 BT传输单 元供电；数据接收和GPRS、 BT传输单元将各路采集到的雷电流信号通过天线发送到INTERNET 网，并存储至FTP服务器；用户终端与INTERNET网连接后，可直接调用FTP服务器中的存储 数据。
其特征在于，电流传感器采用传统罗戈夫斯基线圈。
其特征在于，雷击信号采样单元包括高速采样通道信号调理、高速数据采集模块、总线 控制单元、单片机微控制器、调试用键盘、调试用液晶显示器、RS232串口、实时时钟、地 址发生、通道识别和协调控制单元、基准电压产生器和低速采样通道信号调理；高速采样通 道信号调理与高速数据采集模块相连，单片机微控制器分别与高速数据采集模块、总线控制 单元、地址发生单元、通道识别单元和协调控制单元相连接，总线控制单元分别与高速数据 采集模块、单片机微控制器、地址发生单元、通道识别单元和协调控制单元相连，在单片机 微控制器上装有调试用键盘、调试用液晶显示器、RS232通讯口、实时时钟，基准电压发生 器分别与高速采样通道信号调理、低速采样通道信号调理相连；低速采样通道信号调理与单 片机微控制器相连。
本实用新型的工作过程是，从太阳光转化的直流电由太阳能电池板送至蓄电池，同时连 至电压变换器，把蓄电池电压变换成测量系统各单元所需的电压，为雷击信号采样单元、数 据接收和GPRS、 BT传输单元供电。在雷击信号采样单元分别与电流传感器、数据接收和GPRS、 BT传输单元相连的条件下，作为采集雷电流信号的电流传感器将雷电流变换为电压信号，用 同轴电缆送至雷击信号采样单元，经数据接收和处理后，通过连接接口送至GPRS、 BT传输单 元,并将各路雷电流传感器得到的数据通过移动网络传送至INTERNET网，存储在FTP服务器。 用户终端可从服务器下载接收数据。高速数据采样通道对应杆塔避雷线地线支架和绝缘子串 上电流传感器检测的雷击采样电流，按并行方式工作。高速数据采样通道的采样方式是10 位双极性采样、10MHz采样速率。低速数据采样通道考虑扩展测试环境温湿度、绝缘子串泄 漏电流等的要求而设置的。单片机微控制器实现各通道的采样控制和采样数据的转存、实时 时钟(精度为微秒级)、串口发送等。这部分是系统正常工作的核心。
本实用新型具有以下优点和效果
1) 雷电测量系统的电流测量范围为土3kA 150kA，包括了输电线路可能遭受雷电流的几 乎全部范围，满足实际工程的需要。
2) 全数字化数据处理系统，A/D转换速率10M次/秒，5通道并行采样，每通道纪录字长ls，满足多重雷记录需要。
3) 各通道可同时测量流过相线和地线的雷电流，记录雷电流波形及雷击发生时刻，智能 判定雷击线路形式，实现雷击线路的快速精确定位。
4) 采用GPRS无线传输技术和蓝牙技术，实现采样数据文件遥传至接收方，方便数据实 时监测和共享。
5) 测量系统设置了每日模拟冲击电流自检方式和户外设备供电电源报告模式，确保测量
设备的长期正常工作。
图1、本实用新型结构示意图。
图2、本实用新型的电流传感器结构示意图。
图3、本实用新供电电源组成框图。
图4、本实用新型的雷击信号采样单元原理框图。
图5、本实用新型的主程序流程示意图。
图6、本实用新型的用户应用程序流程示意图。
其中l一电流传感器；2—电压变换器；3 —蓄电池；4一太阳能电池板；5 —数据接收与
GPRS、 BT传输单元；6 — INTERNET网；7—用户终端；8—FTP服务器；9一雷击信号采样单元； 91一高速采样通道信号调理；92 —高速数据采集模块；93 —总线控制单元；94一单片机微控 制器；941一调试用键盘；942 —调试用液晶显示器；943 —RS232通讯口； 944一实时时钟； 95 —地址发生单元；通道识别单元；协调控制单元；96 —基准电压产生器；97 —低速采样通
道信号调理。
具体实施方式
下面根据附图，详细描述本实用新型的实施例。
如图l、图2、图3、图4、图5、图6所示，本实用新型采用了供电电源、多个电流传 感器l，供电电源系直流电源，由蓄电池3、太阳能电池板4和电压变换器组成，多个电流传 感器l分别与雷击信号采样单元9相连，雷击信号采样单元9再与数据接收和GPRS、 BT传输
单元5相连，蓄电池3分别与太阳能电池板4、电压变换器2相接，电压变换器2输出分别 与雷击信号采样单元9、数据接收和GPRS、 BT传输单元5相连。数据接收和GPRS、 BT传输 单元5将各路雷电流信号通过移动网络传送给INTERNET网6、存储至FTP服务器8中。用户 终端7与INTERNET网6接后连，可直接调用FTP服务器8的存储数据。系和作用如下
电流传感器1与雷击信号采样单元9相连，接收采集到的雷电流信号，再与数据接收和 GPRS、 BT传输单元5相连，进行数据处理和发送。蓄电池3分别与太阳能电池板4、电压变 换器2相接，作为设备的供电电源。供电电源为直流电源。数据接收和GPRS、 BT传输单元5 将各路雷电流传感器1得到的数据通过移动网络传送至INTERNET网6、存储至FTP服务器8。 用户终端7可直接通过INTERNET网6调用FTP服务器8的存储数据。电流传感器1和(5路 10M次/秒的)雷击信号采样单元9为自行研制，太阳能电池板4和蓄电池3为外购常规产品， 数据接收和GPRS、 BT传输单元5中的处理板为工业级PC104，购置的带天线的GPRS为通用 工业级模块。本实用新型的电流传感器l采用传统罗戈夫斯基线圈，线圈绕制如图2所示。 本实用新型的供电电源，由蓄电池3、太阳能电池板4、电压变换器2组成。蓄电池3分别 与太阳能电池板4、电压变换器2相接，太阳能电池板4经光电转换的直流电向蓄电池3充 电，蓄电池3向电压变换器2供电，变换成测量系统所需工作电压；电压变换器2分别与雷 击信号采样单元9、数据接收和GPRS、 BT传输单元5相连。
如图4所示，雷击信号采样单元9包括高速采样通道信号调理91、高速数据采集模块92、 总线控制单元93、单片机微控制器94、调试用键盘941、调试用液晶显示器942、 RS232串 口 943、实时时钟944、地址发生、通道识别和协调控制单元95、基准电压产生器96和低速 采样通道信号调理97。高速采样通道信号调理91与高速数据采集模块92相连，单片机微控 制器94分别与高速数据采集模块92、总线控制单元93、地址发生单元、通道识别单元和协 调控制单元95相连接，总线控制单元93分别与高速数据采集模块92、单片机微控制器94、 地址发生单元、通道识别单元和协调控制单元95相连，在单片机微控制器13上装有调试用 键盘941、调试用液晶显示器942、 RS232通讯口 943、实时时钟944,基准电压发生器96分 别与高速采样通道信号调理91、低速采样通道信号调理97相连；低速采样通道信号调理97 与单片机微控制器94相连。高速数据采样通道对应杆塔避雷线或绝缘子上的雷击采样电流的 各通道，按并行方式工作(按6路设计，l路备用)。高速数据采样通道的采样方式是10位 双极性采样、10謝z采样速率。低速数据采样通道考虑扩展测试环境温湿度、绝缘子串泄漏 电流等的需要。单片机微控制器94实现各通道的采样控制和采样数据的转存、实时时钟、串 口发送等工作，这部分是系统正常工作的核心。采样通过单片机微控制器94控制各路的采样； 数据传送及存取过程通过总线控制单元93完成，地址发生、通道识别和协调控制单元95完 成存取地址和通道的协调；低速采样通道信号调理97对风速、温度等信号采集后送至单片机微控制器94;高速与低速采样信号调理的基准电压由基准电压发生器96产生；采集的数据
由单片机控制通过RS232通讯口 943传给数据接收和GPRS、 BT传输单元5，以实现采样数据 的异步传输；实时时钟芯片944产生的时钟信号送至单片机微控制器94。图4中的调试用键 盘941和调试用液晶显示器942接口供调试用。
雷击信号采样单元9由单片机微控制器94实行全面管理，其主程序流程如图5所示。该 程序普通技术人员根据其基本知识均能编写，采用Basic语言或Pascal语言或0〃++语言或 Fortran语言编程，也可采用普通程序(市场均有购置)，以实现对雷击信号采样单元进行控 制。
启动程序后，会对状态标志及相关数据存储单元进行初始化(过程A)，然后读取GPS实 时时钟信号，校准系统时间(过程B)，下面判断系统是否处于调试状态(过程C)，如果是， 则调用键盘和LCD显示程序，方便调试人员査看程序执行的中间状态(过程D)，如果不是调 试状态，为节省程序运行时间，则不用调键盘显示程序，接着判断采样是否被触发(过程E)， 如果尚未被触发，则返回至过程B，如果采样已被触发，则记录触发时间(过程F)，并等待 直至采样数据准备好为止(过程G)，然后启动串口发送服务程序，该子程序采用了串口中断 方式(过程H)，直至采样数据发送完毕(过程J)，发送完毕后返回过程B，等待下一轮采样 触发。
图6所示为数据接收和GPRS、 BT传输单元5进行控制管理时的用户应用程序流程示意 图，该程序普通技术人员根据基本知识均能编写，采用Basic语言或Pascal语言或C/C+十语 言或Fortran语言编程，也可采用普通程序(市场均有购置)，其功能是实现接收雷击信号采
样单元的采样数据，并控制传输单元模块通过无线方式与远端公共互联网上的FTP服务器连
接，向远端FTP服务器所指定的目录传送采样数据文件。同时，为减少无线传送数据量，软 件中设计有滤波程序，将1.5MHz以上谐波滤除。启动程序后，会对状态标志及相关数据存储 单元进行初始化(过程A)，然后开RS232通讯串口 943接收中断(过程B),则这个时候微 控制器将可能响应RS232 口接收到的中断信号，收到中断信号后转入中断服务子程序，先读 取接收缓冲区中的状态量(过程C)，判断系统是否处于调试状态(过程D)，如果是，则调 用键盘和LCD显示程序，方便调试人员查看程序执行的中间状态(过程E),如果不是调试 状态，为节省程序运行时间，则不用调键盘显示程序，然后判断是否收到来自微控制器的联 络信号(过程E)，如果尚未收到，则返回至过程C,循环等待，如果已经收到来自微控制器 的联络信号，则向单片机发送应答信号，并判断接收数据的类型(过程G)，然后获取接收缓冲区中的数据量(过程H)，直到接收完规定字节(过程I)，下面连接GPRS网络，准备无线 数据传输(过程J)，对远端FTP服务器域名进行解析(过程K)，完毕后，将FTP文件上传 至远端FTP服务器(过程L)，直到FTP文件上传完成(过程M)，如果本次数据全部上传后， 则返回过程C，等待开始下一轮数据上传任务。
权利要求1、超高压输电线路雷电全参数测量系统，采用了供电电源、多个电流传感器，其特征在于，多个电流传感器(1)与雷击信号采样单元(9)、数据接收和GPRS、BT传输单元(5)分别相连；供电电源系直流电源，由蓄电池(3)、太阳能电池板(4)和电压变换器(2)组成，蓄电池(3)分别与太阳能电池板(4)、电压变换器(2)相接；由直流电源分别为雷击信号采样单元(9)、数据接收和GPRS、BT传输单元(5)供电；数据接收和GPRS、BT传输单元(5)将各路采集到的雷电流信号通过天线发送到INTERNET网(6)，并存储至FTP服务器(8)；用户终端(7)与INTERNET网(6)连接后，可直接调用FTP服务器(8)中的存储数据。
2、 根据权利要求l所述的超高压输电线路雷电全参数测量系统，其特征在于，电流传感 器(1)采用传统罗戈夫斯基线圈。
3、 根据权利要求l所述的超高压输电线路雷电全参数测量系统，其特征在于，雷击信号 采样单元(9)包括高速采样通道信号调理(91)、高速数据采集模块(92)、总线控制单元(93)、 单片机微控制器(94)、调试用键盘(941)、调试用液晶显示器(942)、 RS232串口 (943)、 实时时钟(944)、地址发生、通道识别和协调控制单元(95)、基准电压产生器(96)和低速 采样通道信号调理(97);高速采样通道信号调理(91)与高速数据采集模块(92)相连，单 片机微控制器(94)分别与高速数据采集模块(92)、总线控制单元(93)、地址发生单元、 通道识别单元和协调控制单元(95)相连接，总线控制单元(93)分别与高速数据采集模块(92)、单片机微控制器(94)、地址发生单元、通道识别单元和协调控制单元(95)相连， 在单片机微控制器(94)上装有调试用键盘(941)、调试用液晶显示器(942)、 RS232通讯口 (943)、实时时钟(944)，基准电压发生器(96)分别与高速采样通道信号调理(91)、低速采样 通道信号调理(97)相连；低速采样通道信号调理(97)与单片机微控制器(94)相连。
专利摘要本实用新型涉及超高压输电线路雷电全参数测量系统，其采用了供电电源、多个电流传感器，多个电流传感器与雷击信号采样单元、数据接收和GPRS、BT传输单元分别相连；供电电源由蓄电池、太阳能电池板和电压变换器组成，蓄电池分别与太阳能电池板、电压变换器相接；由直流电源分别为雷击信号采样单元、数据接收和GPRS、BT传输单元供电；数据接收和GPRS、BT传输单元将各路采集到的雷电流信号通过天线发送到INTERNET网，并存储至FTP服务器；用户终端与INTERNET网连接后，可直接调用FTP服务器中的存储数据。优点是，测量范围宽，全数字化的数据处理，满足了多重雷记录需要，方便了数据的实时监测和共享，实现了雷击线路的快速精确定位，确保了测量设备的长期正常工作。
文档编号G01R19/25GK201382970SQ20092008479
公开日2010年1月13日 申请日期2009年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者斌 傅, 周文俊, 喻剑辉, 张崇飞, 方定江, 涵 李, 李振柱, 王家礼 申请人:华中电网有限公司