专利名称：绝缘子表面污秽在线监测装置的制作方法
技术领域：
绝缘子表面污秽在线监测装置技术领域[0001]本实用新型属于电性能监测技术领域，具体涉及一种绝缘子表面污秽在线监测直O背景技术[0002]绝缘子在没有雷电击中的时候它是绝缘的，只有当有雷电击中的时候它才导 通，但由于绝缘子是装在外面，而且绝缘子经常工作在比较恶劣的环境中，由于外界的 尘埃、灰尘、空气中各种气体落在绝缘子上，使绝缘子上布满了一层污秽，这样原本绝 缘的绝缘子由于外面的污秽，使绝缘子的绝缘等级下降，并且在污秽的环境中下降的速 度和等级更快，从而在雷雨、雾、融雪、融冰这样的天气更容易发生闪络。当外面的 污秽的增加导致绝缘等级下降时，这个时候也就意味着绝缘子上的泄漏电流也在同时增 加，一般情况下泄漏电流的幅值变化范围大，从几十微安到几百毫安，并且有高频闪络 的电流频带宽的特点。所以我们可以监测绝缘子的泄漏电流，根据泄漏电流的大小来判 断绝缘子的污秽程度，如果泄漏电流大，说明绝缘子的污秽程度严重，泄漏电流小，绝 缘子的污秽程度底。[0003]随着我国的经济持续快速发展，我们国家的电网也跟着迅猛发展，但同时随着 环境污染的越来越严重，使绝缘子表面沉淀的污秽种类也是越来越多，而且情况也越来 越复杂，同时沉淀速度也是越来越快，需要清理的次数也是越来越多，由于在干燥的环 境空气中的绝缘比较好，所以，在这样的环境中绝缘子仍然能保持较高的绝缘等级，但 是，当遇到恶劣的环境，如雾、毛毛雨、融冰、融雪时，在这样的环境中绝缘子表面会 形成水膜，污秽层中的可溶盐类会溶于水中，形成导电的水膜，这个时候绝缘子表面形 成一个通路，就会有电流流过了。由此引起的电力系统输变电设备外绝缘污闪跳闸和电 网大面积的污闪停电事故在全国范围内频频发生，给国家造成了严重的危害和巨大的经 济损失。现有常采用的防污方法是通过增加绝缘子串的数目以增加绝缘子的爬电距离、 采用新型材质构成的绝缘子(如有机合成绝缘子)、改变绝缘子的形状、采用人工定期 或不定期清扫、在绝缘子表面涂憎水涂材或有机材料，这些都对防止污闪起来一些积极 的作用，但需要花费大量的人力、物力。发明内容[0004]本实用新型的目的是提供一种绝缘子表面污秽在线监测装置，解决了现有防污 方法需要花费大量的人力、物力的问题，同时减少经济损失与给国家和个人造成的危害。[0005]本实用新型所采用的技术方案是，一种绝缘子表面污秽在线监测装置，包括依 次连接的脉冲计数模块、电流采样模块、A/D转换模块及MCU模块，MCU模块上还连 接有电源模块，MCU模块还依次与无线通信模块、监测分机、监控中心相连接。[0006]本实用新型的特点还在于，[0007]其中的MCU模块，用于计算，存储，报警，监测。[0008]其中的电流采样模块，用于实时的采集前端信号。[0009]其中的A/D转换模块，用于转换前端采集的模拟信号。[0010]其中的脉冲计数模块，用于监测是否发生闪络。[0011]其中的电源模块，用于供电。[0012]其中的无线通信模块，用于传输信号。[0013]其中的监测分机，用于第二层的监控。[0014]其中的监控中心，用于监控、存储、分析、处理数据。[0015]本实用新型的有益效果是，[0016](1)采用电流互感器用来前端采样，采用专门设计的用于采样的电流互感器， 使雷击脉冲和泄漏电流都只用一个互感器就可以解决，可以比较精确的反应前端的污秽 电流和脉冲波。[0017](2)采用无线网络的方式实现各个测试仪与中心计算机之间的互连通信。实现 无线网络通信采用的是移动通信的GPRS/GSM无线服务。GPRS/GSM网络覆盖全国， 不受物理空间的限制，不受变电站高压环境的电磁场干扰，很好的解决了测试仪与中心 计算机之间的无线通信问题。减少了很多的人力与物力。[0018](3)将所有的采集数据存入中心计算机数据库，因此可以对一段时期的监测数 据进行分析，使我们对绝缘子的性能、运行时间、在不同的环境运行参数、绝缘子的变 化情况都有一个详细的了解并且建立信息数据库。
[0019]图1是本实用新型绝缘子表面污秽在线监测装置的结构示意图；[0020]图2是本实用新型在线监测装置的电流采样电路图；[0021]图3是本实用新型在线监测装置的脉冲计数模块图；[0022]图4是本实用新型在线监测装置的A/D采样电路图；[0023]图5是本实用新型在线监测装置的电源模块结构图；[0024]图6是本实用新型在线监测装置的MCU工作流程图；[0025]图7是本实用新型在线监测装置的GPRS工作流程图；[0026]图8是本实用新型在线监测装置的监测分机图。[0027]图中，1.MCU模块，2.电流采样模块，3.A/D转换模块，4.脉冲计数模块，5.电 源模块，6.无线通信模块，7.监测分机，8.监控中心。
具体实施方式
[0028]
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。[0029]本实用新型绝缘子表面污秽在线监测装置的结构，如图1所示，包括依次连接 的脉冲计数模块4、电流采样模块2、A/D转换模块3及MCU模块1，MCU模块1上还 连接有电源模块5，MCU模块1还依次与无线通信模块6、监测分机7、监控中心8相连接。[0030](1) MCU 模块 1[0031]如图6所示，MCU对各个模块初始化，打开中断之后，对接收到的数据进行 实时的检查，同时也要监测电源，对接收到的数据进行计算、存储、查询、比较、报警寸。[0032](2)电流采样模块2[0033]由于绝缘子的工作环境是很恶劣的，而且绝缘子的泄露电流幅值变化大，电 流频带高，因此要选择的互感器要精确度高、稳定性好，并且能承受高电压。由于电 路工作在绝缘子上，为了保护后面的电路，前端还要加增保护电路，在这里选用的是 SA25CA，由于从绝缘子上得到的泄漏电流比较小，相对于要求的电流电压都小，所以 需要把采集到得电流放大，在这里选用的放大器是OP07，并且从绝缘子上采集到得电 流不稳定并且不符合的要求，还需要把这些电流整流滤波，以便采集到的电流符合后面 电路。同时还可以计数电流脉冲，因为当绝缘子在运行中，表面都存在泄漏电流，在干 燥的环境中由于表面的污秽没有电离，这个时候的泄漏电流还是比较小的，同时这个时 候的电流脉冲也很少，但在恶劣的环境中，如雷雨、雾、融雪、融冰等天气，在这样的 环境由于绝缘子表面的污秽被电离，这个时候绝缘子表面的绝缘等级就降低，电阻就变 小，这个时候它的泄漏电流就变大。如图2所示，把得到的泄漏电流送到MCU，由MCU 来处理。[0034](3) A/D 转换模块 3[0035]事实上，外界信息许多都是模拟信号，只有将它们转换为数字信号，才能为数 字设备所用。所以A/D转换器是采集系统的核心。其性能好坏直接影响到采集系统 乃至整个工作系统的性能。它的指标如采集速率和采集精度都直接的制约着整个采集 系统所能达到的标准。完整的A/D的工作过程包括采样、量化、编码三部分。采样是 获取某个特点的输入信号，使信号在时间上离散。采样控制方式即是A/D的控制方式 包括三种查询方式、中断方式和DMA方式，其数据传输速度依次提高，但硬件开销 依次增大。其连接如图4所示，A/D转换器的接线图下图是单片机与AD574的接口电 路，其中还使用了三态锁存器74LS373和74LS00与非门电路，逻辑控制信号由(CS、 RiC^ AO)数据口 PO发出，并由三态锁存器74LS373锁存到输出端QO、Ql和Q2上， 用于控制AD的工作过程。AD转换器的数据输出也通过PO数据总线连至单片机。[0036](4)脉冲计数模块4[0037]泄漏电流持续变大，当泄漏电流达到几百毫安的时，这个时候闪络就很容易发 生了，同时在这个阶段脉冲频繁，脉冲群的时间间隔为几十秒到几分钟之间，对于污闪 度超过规定值的绝缘子，其泄漏电流和脉冲数随着环境湿度的增加而迅速增大，如图3 所示，计算脉冲数，脉冲数越频繁说明闪络越容易发生，把值送给MCU。[0038](2)电源模块5[0039]为了降低系统的整体功耗，系统设计了一组电源，为常供+5V电源，实现对单 片机的长期供电；如图5所示，系统采用MAX639、电感、电容以及电阻实现了+5V电 源的输出，系统的工作电流<10mA。[0040](7)无线通信模块6[0041]GPRS传输模块要访问互联网上的某一数据服务器，首先就需要设置其访问服务 器的IP地址和端口号。这个地址和端口号就是GPRS模块访问远程监测中心的标识。[0042]如图7所示，现场单片机系统中，GPRS传输模块一上电(即GPRS用户开 机)，经鉴权认证后，就自动登陆到GPRS网络上，然后通过无线基站系统接入交换中心 的GGSN连接到Internet。同时，GGSN还将进行地址的动态分配(GPRS模块分配到的 地址是GPRS网内的地址，GPRS网络相当于ISP)。此时，现场采集部分的单片机可以 通过GPRS模块向远程监测中心(具有公网IP)发出连接请求建立连接(当模块掉电后 重新上电或者掉线时，都会自动重新建立此连接)。这时就建立了一条GPRS模块(经 CGSN POTR)与远程监测中心的SOCKET连接。连接建立后，便可以向远程监测中 心进行数据传。[0043](8)监测分机7[0044]如图8所示，现场监测分机的工作过程如下在线监测分机定期将采集到的泄 漏电流，通过放大和滤波过的信号经放大和隔离之后A/D转换器件，并由单片机计算。 监测分机一方面及时将初步处理的数据通过GPRS传输给监控中心进行数据处理；另一 方面将有效数值存于不易丢失的大容量闪存中。监测分机可以根据监控中心主机发送的 控制信号进行历史数据、实时采集数据、修改分机采样时间以及分机系统时间标定等操 作。现场监测分机由太阳能电池板、充电电路、高性能蓄电池、数据闪速存储器、飞利 浦低功耗单片机P89C58、A/D转换器、GPRS模块、分机软件等组成。[0045](3)监控中心8[0046]远程监测中心软件设计采用客户机/服务器模式。服务器具有固定地址，负责 与现场采集部分相连接的GPRS传输模块进行无线通信，查询信息所存放的数据位于服 务器端，供客户端计算机查询。查询指令在客户端发出，服务器起到一个存储转发的功 能。[0047]服务器的数据库采用了大型关系型SQL Server数据库，它完全能够满足数据长 期安全的保存，也能满足客户机对其的查询。日常的数据，由现场采集部分的单片机通 过GPRS传输模块定时发送，中心服务器接收并经过验证，确认无误后，采用ADO技术 将其送入数据库。本系统程序的通信是Windows Socket通信。[0048]当数据从现场传到监控中心8时，监控中心通过专家软件进行分析和判断，来 确定是否要清理绝缘子，专家软件主要完成高速数据采集、污秽报警、历史数据查询、 打印、通过调制解调器或网卡进行远程数据查询等。专家软件可以很清楚地告诉人们可 以在什么时候开始清理，而不需要人再花费大量的人力、物力等定期的清理。
权利要求1. 一种绝缘子表面污秽在线监测装置，其特征在于，包括依次连接的脉冲计数模块 (4)、电流采样模块(2)、A/D转换模块(3)及MCU模块(1)，MCU模块(1) 上还连接有电源模块(5)，MCU模块(1)还依次与无线通信模块(6)、监测分机 (7)、监控中心(8)相连接。
专利摘要本实用新型公开的一种绝缘子表面污秽在线监测装置，包括依次连接的脉冲计数模块、电流采样模块、A/D转换模块及MCU模块，MCU模块上还连接有电源模块，MCU模块还依次与无线通信模块、监测分机、监控中心相连接。本实用新型绝缘子表面污秽在线监测装置，实现了对绝缘子除污采用主动的除污方法，当绝缘子的污秽到达一定程度时通过报警来除污，使防污有了一个更加准确和精确的方法，不需要更多的花费大量的人力、物力，从而节约了很多的资源。
文档编号G01R31/02GK201812011SQ20102017647
公开日2011年4月27日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者王勇, 黄新波 申请人:西安工程大学