专利名称：输电线路绝缘子污秽在线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于输电线路在线监测技术领域，涉及输电线路绝缘子的在线监测，具体涉及一种基于GSM SMS网络的线路绝缘子泄露电流监测系统。
技术背景输电线路的绝缘子要求在大气过电压、内部过电压和长期运行电压下均能可开运行。但沉积在绝缘子表面的固体、液体和气体微粒与雾、露、毛毛雨、融冰、融雪等恶劣气象条件的同时作用，将使绝缘子的电气强度大大降低，从而使输电线路和变电站的绝缘子不仅可能在过电压作用下发生闪络，更频繁的是在长期运行电压下发生污秽闪络，造成停电事故。为了提高绝缘子运行的可靠性，通常采用定期人工清扫。人工清扫基本为全计划方式，需要停电作业，不仅消耗大量的人力、物力，而且由于缺乏绝缘子污秽程度的实时信息，计划式清扫不能做到杜绝事故的发生，许多污闪事故均在两次清扫之间发生。加强输电线 路的现代化管理，进行线路防污闪在线监测，实现状态检修的要求已成为急待解决的课题。目前在电力系统中的防污措施主要有通过增加绝缘子串的数目以增加爬电距离；采用有机合成等新材质构成的绝缘子；涂RTV有机涂料；采取人工定期清扫。上述方法在防止污闪事故的发生中起到了一定的作用，但从技术性与经济性的角度看，均存在大量人力、物力，财力的浪费，并且缺乏对绝缘子污秽程度的实时监测，对防止污闪事故的发生并不能起到很好的作用。当绝缘子表面的污秽程度增大时，绝缘子的绝缘强度随之下降，绝缘子上的泄漏电流也随之增加。我们可以通过监测绝缘子泄漏电流的大小，判断绝缘子的污秽程度。利用此种方法能实时监测绝缘子的污秽程度，使绝缘子污秽的“定期清扫”转变为“状态清扫”，实现人力、物力、财力的节省
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种输电线路绝缘子污秽在线监测装置，对绝缘子上的污秽状况做出实时监测，解决了现有防污方法需要花费大量的人力、物力、财力以及防止污闪事故的效果不十分理想的问题。提供了一种基于GSM SMS网络的线路绝缘子泄露电流监测系统(图I)。借助GSM SMS网络，成功研制了新型输电线路绝缘子泄露电流在线监测系统，对输电线路运行绝缘子串的泄露电流、闪络脉冲、环境温湿度、风速、风向以及雨量等进行定时(20分钟、40分钟等，用户可设定)监测，可随时提供线路绝缘子表面污湿状况和预报警服务，实现对各条线路绝缘子泄漏电流的在线监测。本实用新型提供一种输电线路绝缘子污秽在线监测系统，包括省公司监控中心主机、地市局监控分中心主机和在线监测分机；所述省公司监控中心主机和在线监测分机之间设置多个地市局监控分中心主机；所述在线监测分机包括C51单片机处理模块，在C51单片机处理模块上双向连接有液晶显示模块、系统电源、信号信息处理单元、A/D转换模块、数据存储单元、通讯模块和时钟芯片；所述系统电源与控制器双向连接，控制器上双向连接有太阳能和蓄电池。所述C51单片机处理模块采用MSP430单片机。所述信号信息处理单元上分别连接有泄露电流传感器、温湿度传感器、风速传感器、风向传感器和雨量传感器；所述泄露电流传感器上分别连接有绝缘子。所述系统电源由太阳能电池板、充电电路、高性能蓄电池组成。本实用新型的特征还在于给出了监测分机和专家软件的具体设计方法。研制了基于高速数据采集的污秽在线监测系统，每基杆塔安装一台分机，定时测量(采样时间可在一定范围内修改)线路绝缘子的泄漏电流等污秽信息；地市局监控中心主机利用GSM SMS网络对各监测点分机进行历史数据、实时数据和运行参数设置，判断整 条线路的绝缘子的污秽分布和积污状况；各地市局的监控中心与省公司监控中心采用LAN方式组网，省公司监控中心可以直接调用各地市局监控中心的泄漏电流、温湿度、风速、雨量等数据，了解该省的输电线路绝缘子积污状况。整个系统主要由省公司监控中心主机、地市局监控分中心主机、在线监测分机、专家软件以及大型Oracle数据库等组成。专家软件采用测量全波形泄漏电流来判断污秽绝缘子的运行状态，多次绘图估计污秽随时间的变化，即绝缘子表面积污过程，以决定其污秽达到危险值的时间，并从而解决绝缘子是否要清扫的问题。该系统同时实现了输电线路污秽远程分布式在线监测与集中式数据管理和污秽判断报警两方面功能，具体将采集信息以GSM SMS传输到监控中心，由专家软件进行污秽判断，在污秽过限时，发出预报警信号。此外，系统专家软件能根据各监测分机的运行结果，自动更新污区等级绘制出各地市甚至整个省的污区分布图，有效防止和减少线路污闪事故，有助于实现该地区输电线路统一规划与管理。
图I是本实用新型输电线路绝缘子污秽监测终端的系统结构示意图；图2是本实用新型输电线路绝缘子污秽监测终端的泄漏电流采集环安装示意图；图3是本实用新型输电线路绝缘子污秽监测终端的泄漏电流采样处理框图；图4是本实用新型输电线路绝缘子污秽监测终端的监测分机原理框图；图5是本实用新型输电线路绝缘子污秽监测终端的AT指令程序流程图；图6是本实用新型输电线路绝缘子污秽监测终端专家软件功能模块。其中1为钢帽；2为泄露电流采集环；3为绝缘子。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述参见图1-6，一种输电线路绝缘子污秽在线监测系统，包括省公司监控中心主机、地市局监控分中心主机和在线监测分机；所述省公司监控中心主机和在线监测分机之间设置多个地市局监控分中心主机；所述在线监测分机包括C51单片机处理模块，在C51单片机处理模块上双向连接有液晶显示模块、系统电源、信号信息处理单元、A/D转换模块、数据存储单元、通讯模块和时钟芯片；所述系统电源与控制器双向连接，控制器上双向连接有太阳能和蓄电池。[0024](一 )硬件实现(I)分机完成的功能在线监测分机通过采集从绝缘子取得泄露电流信号(见图2)，并定期将泄漏电流、环境温湿度、雨量以及风速等信号送入信号处理单元，一次放大和滤波过得信号经二次放大和隔离之后进入16位A/D转换器件，并由单片机有效计算出5分钟时间内电流平均值和脉冲个数，以及温湿度、雨量等环境变量。监测分机一方面及时将初步处理的数据通过GSM SMS传输给地市局监控中心进 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是数据请求、实时数据采集、修改分机采样时间以及分机系统时间标定等操作。(2)监测分机硬件设计在线监测分机完成监测点绝缘子泄漏电流信息的采集、存储和传输，其原理框图如图4所示，每个杆塔监测分机在保证一定的抗干扰措施的前提下应进行必要的处理，如放大和滤波等(见图4)。采用0P07运放实现系统设计的一次放大，采用0P07设计了 I. 5KHz的低通滤波器，之后的信号进入二次放大单元。可监测1-6串独立绝缘子。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、16位A/D转换器、泄漏电流传感器、温湿度传感器、GSM数传模块、分机软件等组成。(3)泄漏电流信号处理电路为了防止雷击时的大电流对监控中心的灾难性破坏和信号隔离的需要，从采集环采集的泄漏电流(见图2)首先经过泄漏电流传感器。但通过电流传感器从绝缘子取得电流信号仍然十分微弱，在保证一定的抗干扰措施的前提下应进行必要的处理，如放大滤波等(见图3)。采用0P07运放实现系统设计的一次放大，采用0P07设计了 I. 5kHz的低通滤波器，之后的信号进入二次放大单元。(二)分机的软件设计在野外，为确保电源使用寿命，要求分机在不工作时处于睡眠状态，关断GSM SMS模块、液晶显示模块以及外围放大等电路，定时叫醒分机进行数据采集、判断以及无线传输等。此外，应设定硬件和软件看门狗杜绝系统死机或程序放飞。分机软件主程序完成I/O口、标志寄存器、中断、查询接受结束标志等初始化操作。INTO中断程序完成定时采样，进行AD转换(转换速度高达20KHz)、初步计算泄漏电流幅值和脉冲个数、控制GSM SMS模块发送接受数据等功能。监测分机的GSM SMS通信AT指令流程图见图5。专家软件(I)绝缘子污秽的判定依据针对变电站污秽监测系统和无线电输电线路绝缘子污秽巡检系统现场长时间监测数据和大量绝缘子污秽试验结果进行分析，确定判断污秽状况所需监测的泄漏电流幅值、单位时间内的脉冲数、运行环境温湿度、雨雪以及风速等变量，并建立基于泄漏电流幅值、脉冲个数、以及外界环境多种因素来判定绝缘子污秽状况的专家知识库对于清洁绝缘子，泄漏值在150uA以下，几乎没有脉冲群，泄漏电流值随环境湿度等变化不大；对于污秽度达到规定盐密值的50%左右时，由于绝缘子局部放电产生的泄漏电流脉冲群以集群方式出现，泄漏电流值随环境湿度的增加而迅速增加，脉冲群的时间间隔为几十秒至几分钟；对于污秽度超过规定盐密的绝缘子，其泄漏电流值和脉冲数随环境湿度的增加而迅速增加，拉弧时的泄漏电流比局部表面出现干区时的泄漏电流大10倍以上，脉冲群的间隔仅为几秒钟。关于污秽报警的电流幅值和脉冲频次阀值尚没有国家或行业标准，而且不同的污秽等级、污源性质、绝缘子类型其报警阀值差异很大，需要结合本地区的实际情况和金源公司污秽在线系统的实际运行经验初步确定一个阀值，如在III级工业污秽地区，瓷悬式绝缘子，运行电压330KV的地区的泄漏电流值初步设为30mA，脉冲频次为25个。重要的是，系统部分开放报警平台，可根据该系统的运行结果和该地区的人工监测结果，自动修正泄漏电流和脉冲频次的报警阀值，找到合适判据。(2)软件功能系统专家软件按功能划分为下面几个功能模块(见·图6) :GSM数据传输模块；新数据处理模块；历史数据查询模块；监测分机管理模块；报警信息查询模块；污秽等级管理模块。监控中心专家软件可实时监测该线路各杆塔上的泄漏电流等变量情况，并通过对分机的点测、巡测的实时数据进行分析判断，利用将运行经验、试验结果与相对分析法相结合的模糊诊断等方法判断该监测点的积污状况，并在污秽接近过限时给出预报警，并把报警信息以短消息模式发给当前管理员和相关领导。专家软件集中管理污秽泄漏电流幅值、脉冲频次以及环境参数，提供单独和全面的查询、分析和打印，建立该线路的污秽信息数据库，并可结合运行经验重新绘制该地区的污秽分布图。省监控中心可以有权限地实时查看各地市线路的污秽状况，有助于实现该省电网的统一规划、统一调度以及事故情况下的统一指挥。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求1.一种输电线路绝缘子污秽在线监测系统，其特征在于 包括省公司监控中心主机、地市局监控分中心主机和在线监测分机；所述省公司监控中心主机和在线监测分机之间设置多个地市局监控分中心主机； 所述在线监测分机包括C51单片机处理模块，在C51单片机处理模块上双向连接有液晶显示模块、系统电源、信号信息处理单元、A/D转换模块、数据存储单元、通讯模块和时钟芯片；所述系统电源与控制器双向连接，控制器上双向连接有太阳能和蓄电池。
2.如权利要求I所述输电线路绝缘子污秽在线监测系统，其特征在于所述C51单片机处理模块采用MSP430单片机。
3.如权利要求I所述输电线路绝缘子污秽在线监测系统，其特征在于所述信号信息处理单元上分别连接有泄露电流传感器、温湿度传感器、风速传感器、风向传感器和雨量传感器；所述泄露电流传感器上分别连接有绝缘子。
4.如权利要求I所述输电线路绝缘子污秽在线监测系统，其特征在于所述系统电源由太阳能电池板、充电电路、高性能蓄电池组成。
专利摘要本实用新型公开了一种输电线路绝缘子污秽在线监测系统，包括省公司监控中心主机、地市局监控分中心主机和在线监测分机；所述省公司监控中心主机和在线监测分机之间设置多个地市局监控分中心主机；该系统实现了输电线路污秽远程分布式在线监测与集中式数据管理和污秽判断报警两方面功能，有助于实现该地区输电线路统一规划与管理。分析现场运行数据发现运行绝缘子的泄漏电流变化很大，但与环境湿度等因素的相关性好，泄漏电流的变化及发展趋势反映了运行中绝缘子的污秽状况。现场运行结果表明，该系统可根据采集的泄漏电流等信息进行绝缘子污秽判断，有效防止和减少线路污闪事故。
文档编号G01R31/02GK202471872SQ201120479998
公开日2012年10月3日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者刘家兵, 廖云杰, 张亚维, 栗璐, 王霄宽, 范强, 贺兴容 申请人:四川省电力公司超高压运行检修公司, 西安金源电气股份有限公司