一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统及方法，包括监测终端与监控装置，先测量得到电容介质的电流和绝缘子的泄漏电流，然后采用单片机这两个信号，经过程序固化的公式计算后得出一个反映绝缘子闪络的雾闪值，比较雾闪值与既定的门槛值，并根据比较的结果决定是否做出“注意、危险”的两级雾闪报警，再由监控主机的程序在人机界面显示实时监测结果和历史数据曲线。其不仅能实现在值班室就能知道雾霾与污秽程度，而且采用GSM短信模块的无线通讯方式，免去远距离通信和布置导线和麻烦；太阳能和蓄电池供电，高压脉冲发生方式和低功耗设计，可以保证设备全天候运行。
【专利说明】一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电网运行安全领域，尤其涉及一种预防雾霾和污秽因素导致绝缘子外绝缘不够而发生沿面闪络或者空气被电离击穿放电事故发生的绝缘子雾霾与污闪在线监测系统及方法。
【背景技术】
[0002]由于随着我国经济的稳健快速发展，一方面电力需求日益增大，电力系统输电线路电压等级不断提高，电网规模不断扩大，交、直流联网不断增多，另一方面各地区的污染源不断增多，大气污染加剧。暴露在污秽条件下的绝缘子表面会沉积污秽，当遇有大雾、细雨、冻雨、凝露、雾凇、雪凇、融冰、融雪等不利气象，易造成电网污闪事故。据统计，在电网故障中，绝缘子故障占输电线路所有故障的首位，其中雷击造成绝缘子闪络引起的跳闸率要占线路总跳闸率的60%以上，而外绝缘污闪造成电量损失为雷害的9~10倍，沉积在高压绝缘子表面的污秽物与雾、霾等气候共同作用时容易发生绝缘子污秽闪络，影响电力线路的安全运行。
[0003]除了绝缘子闪络导致跳闸外，据近些年来的统计，由于雾霾而引发220kV、500kV高压输电线路空气绝缘击穿(而不是沿绝缘子串表面的沿面闪络)并导致线路跳闸的事故时也有发生，严重威胁电力系统的安全运行。[0004]目前国内外对于雾霾监测与污闪装置主要有以下2种:
1.检测PM2.5:监测空气中PM2.5颗粒的多少作为大气雾霾程度的量化，这种方法和结果对电网中绝缘子闪络的机理与规律不相符，PM2.5的检测结果不能作为判断是否会发生绝缘子闪络或者将空气电离击穿的依据。
[0005]2.绝缘子污闪监测装置:通过测量绝缘子泄漏电流，判断绝缘子是否发生污秽闪络放电的依据。该装置只能判断污秽单一因素，而未将雾霾因素考虑在内。
[0006]但，以上这些报警装置都存在一些问题，不能实现在雾霾和污秽综合因素导致绝缘子闪络与空气电尚击穿的判断依据。
【发明内容】
[0007]为了解决【背景技术】中存在的技术问题，本发明提出了一种能实现在值班室就能知道雾霾与污秽程度，无需进行变电站和线路巡视就可以清楚绝缘子是否存在污闪或空气电离击穿跳闸的危险的绝缘子雾霾与污闪在线监测系统及方法。
[0008]本发明第一方面提供一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，包括监测终端与监控装置，所述监测终端包括信号连接的太阳能供电模块、电容介质电流采集装置、绝缘子泄漏电流采集装置、单片机与GSM短信模块。
[0009]所述监测终端与监控装置通过无线网络信号连接。
[0010]所述太阳能供电模块为所述监测终端供电。
[0011]所述电容介质电流采集装置用于测量电容介质的电流。[0012]所述绝缘子泄漏电流采集装置用于测量绝缘子的泄漏电流。
[0013]所述单片机用于采集电容介质的电流信号和绝缘子的泄漏电流信号后，经过程序固化的公式计算后得出反映绝缘子闪络的雾闪值，比较雾闪值与既定的门槛值，并根据比较的结果决定是否做出“注意、危险”的两级雾闪报警。
[0014]所述GSM短信模块用于接收电容介质的电流信号和绝缘子的泄漏电流信号的测量并发送至监控装置。
[0015]所述监控装置包括GSM短信终端设备和监控主机，其中，所述GSM短信终端设备用于通过GSM短信模块接收来自单片机计算后的雾闪值；所述监控主机用于在人机界面显示GSM短信终端设备接收到的实时监测结果和历史数据曲线。
[0016]进一步地，所述电容介质电流采集装置包括电容介质电流传感器、继电器、风扇与用以提供工作电源的高压脉冲电源，所述电容介质电流传感器与所述高压脉冲电源连接，由继电器控制风扇将空气抽进电容装置中得到电容介质的电流信号。
[0017]进一步地，所述高压脉冲电源包括信号连接的基准电压单元、ADC转换单元、单片机处理单元、AD9851单元、宽带放大器单元以及输出单元。
[0018]进一步地，所述绝缘子泄漏电流采集装置包括绝缘子泄漏电流传感器与安装在绝缘子串上的集流环。
[0019]进一步地，所述太阳能供电模块包括太阳能控制器以及与所述太阳能控制器的输入连接的太阳能电池板，所述太阳能控制器的输出包括12V直接输出以及经过12V到5V的DC-DC转换稳压器后的5V输出。
[0020]进一步地，所述太阳能供电模块还包括与太阳能控制器双向连通的蓄电池，用于当太阳能电池板收集到的电容量不够用时为所述监测终端供电以及当蓄电池电容量不满时由太阳能控制器将太阳能电池板收集到的电容量充入蓄电池内。
[0021]优选地，雾闪报警采用监控主机进行蜂鸣。
[0022]本发明第二方面提供一种绝缘子雾霾与污闪在线监测方法，包括如上述所述的一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，具体包括以下步骤:
S1:将电容介质电流传感器连接至高压脉冲电源，由继电器控制风扇将空气抽进电容装置中，测量得到电容介质的电流；同时:
52:将安装于绝缘子串上的集流环光耦隔离，由绝缘子泄漏电流传感器测量得到绝缘子的泄漏电流；
53:采用单片机采集电容介质的电流信号和绝缘子的泄漏电流信号，经过程序固化的公式计算后得出一个反映绝缘子闪络的雾闪值，比较雾闪值与既定的门槛值，并根据比较的结果决定是否做出“注意、危险”的两级雾闪报警；
S4:通过GSM短信模块将电容介质的电流信号和绝缘子的泄漏电流信号的测量数据发送至监控装置的GSM短信终端设备，由监控主机的程序在人机界面显示实时监测结果和历史数据曲线。
[0023]进一步地，所述步骤S4中，若雾闪值大于门槛值，发出“危险”雾闪报警；若雾闪值等于门槛值，发出“注意”雾闪报警。
[0024]基于上述技术方案的公开，本发明能实现在值班室就能知道雾霾与污秽程度，无需进行变电站和线路巡视就可以清楚绝缘子是否存在污闪或空气电离击穿跳闸的危险；实现注意与危险两级雾闪报警，为设备运行管理单位采取降压运行或者安排绝缘子清扫计划等措施作为参考依据；GSM短信模块的无线通讯方式，免去远距离通信和布置导线和麻烦；太阳能和蓄电池供电，高压脉冲发生方式和低功耗设计，可以保证设备全天候运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明提出的绝缘子雾霾与污闪在线监测系统的工作原理图；
图2为本发明提供的绝缘子雾霾与污闪在线监测系统的监测终端的外部结构示意图； 图3为本本发明提供的绝缘子雾霾与污闪在线监测系统的监测终端的结构框图；
图4为本发明提供的绝缘子雾霾与污闪在线监测系统的太阳能供电模块的工作原理
图；
图5为本发明提供的绝缘子雾霾与污闪在线监测系统的高压脉冲电源的工作原理图； 图6为本发明提供的绝缘子雾霾与污闪在线监测方法的工作流程图；
图7为本发明提供的绝缘子雾霾与污闪在线监测方法的监控主机程序流程图。
[0026]附图标号说明
1-监测终端，11-太阳能供电模块，111-太阳能控制器，112-太阳能电池板，113-架空导线，114-铁塔，115-DC-DC转换稳压器，116-蓄电池，12-电容介质电流采集装置，121-高压脉冲电源，211-基准电压单元，212-ADC转换单元，213-单片机处理单元，214-AD9851单元，215-宽带放大器单元，216-输出单元，13-绝缘子泄漏电流采集装置，14-单片机，15-GSM短信模块，2-监控装置，21-GSM短信终端设备，22-监控主机。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明的实施例进行详述。
[0028]请参阅图1和图2，一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，包括监测终端I与监控装置2，请所述监测终端I与监控装置2通过无线网络3信号连接。
[0029]请参阅图1至图3，所述监测终端I包括信号连接的太阳能供电模块11、电容介质电流采集装置12、绝缘子泄漏电流采集装置13、单片机14与GSM短信模块15。
[0030]请参照图1、图3和图4，所述太阳能供电模块11为所述监测终端I供电，其包括太阳能控制器111以及与所述太阳能控制器的输入连接的太阳能电池板112及其辅助所述太阳能电池板手机太阳光的架空导线113与铁塔114，且所述太阳能供电模块11还包括与太阳能控制器111双向连通的蓄电池116，用于当太阳能电池板112收集到的电容量不够用时为所述监测终端I供电以及当蓄电池116电容量不满时由太阳能控制器将太阳能电池板112收集到的电容量充入蓄电池116内，所述太阳能控制器111的输出包括12V直接输出以及经过12V到5V的DC-DC转换稳压器115后的5V输出。
[0031 ] 请参照图3和图5，所述电容介质电流采集装置12用于测量电容介质的电流，其包括电容介质电流传感器(未图示)、继电器(未图示)、风扇(未图示)与用以提供工作电源的高压脉冲电源121，所述电容介质电流传感器与所述高压脉冲电源连接，由继电器控制风扇将空气抽进电容装置中得到电容介质的电流信号。
[0032]请参照图5，所述高压脉冲电源121包括信号连接的基准电压单元211、ADC转换单元212、单片机处理单元213、AD9851单元214、宽带放大器单元215以及输出单元216 ；其中，所述单片机处理单元213采用的是Atmel mega48单片机。
[0033]请参照图3，所述绝缘子泄漏电流采集装置13用于测量绝缘子的泄漏电流，其包括绝缘子泄漏电流传感器(未图示)与安装在绝缘子串上的集流环(未图示)。
[0034]请参照图3，所述单片机14用于采集经所述电容介质电流采集装置12测量得到的电容介质的电流信号和经所述绝缘子泄漏电流采集装置13测量得到的绝缘子的泄漏电流信号后，经过程序固化的公式计算后得出反映绝缘子闪络的雾闪值，比较雾闪值与既定的门槛值，并根据比较的结果决定是否做出“注意、危险”的两级雾闪报警；其中，所述单片机14为Atmel mega48单片机,雾闪报警采用监控主机进行蜂鸣。
[0035]请参照图1和图3，所述GSM短信模块15用于接收电容介质的电流信号和绝缘子的泄漏电流信号的测量并发送至监控装置2。
[0036]请参照图1和图3，所述监控装置2包括GSM短信终端设备21和监控主机22，其中，所述GSM短信终端设备21用于通过GSM短信模块15接收来自单片机14计算后的雾闪值；所述监控主机22用于在人机界面显示GSM短信终端设备21接收到的实时监测结果和历史数据曲线。
[0037]请参照图6，基于上述绝缘子雾霾与污闪在线监测系统的在线监测方法，具体包括以下步骤:
S1:将电容介质电流传感器连接至高压脉冲电源，由继电器控制风扇将空气抽进电容装置中，测量得到电容介质的电流；同时:
S2:将安装于绝缘子串上的集流环光耦隔离，由绝缘子泄漏电流传感器测量得到绝缘子的泄漏电流；
S3:采用单片机采集电容介质的电流信号和绝缘子的泄漏电流信号，经过程序固化的公式计算后得出一个反映绝缘子闪络的雾闪值，比较雾闪值与既定的门槛值，并根据比较的结果决定是否做出“注意、危险”的两级雾闪报警；
S4:通过GSM短信模块将电容介质的电流信号和绝缘子的泄漏电流信号的测量数据发送至监控装置的GSM短信终端设备，由监控主机的程序在人机界面显示实时监测结果和历史数据曲线。
[0038]请参照图7，所述监控主机22包括三种模式，分别为手动模式、定时模式与自动模式，其中，自动模式为接收到GSM短信终端设备21自动上传的雾闪值数据后自动启动处理存储显示获得数据，然后比较雾闪值和既定的门槛值，若雾闪值大于门槛值则启动危险报警信号，显示危险提示图并电脑蜂鸣，若雾闪值等于门槛值则启动注意报警信号，若雾闪值小于门槛值则发送关闭信号后关闭显示存储状态；手动模式时还需发动启动信号后启动存储显示启动。
[0039]综上，本发明能实现在值班室就能知道雾霾与污秽程度，无需进行变电站和线路巡视就可以清楚绝缘子是否存在污闪或空气电离击穿跳闸的危险；实现注意与危险两级雾闪报警，为设备运行管理单位采取降压运行或者安排绝缘子清扫计划等措施作为参考依据；GSM短信模块的无线通讯方式，免去远距离通信和布置导线和麻烦；太阳能和蓄电池供电，高压脉冲发生方式和低功耗设计，可以保证设备全天候运行。
[0040]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，其特征在于，包括监测终端与监控装置，所述监测终端包括信号连接的太阳能供电模块、电容介质电流采集装置、绝缘子泄漏电流采集装置、单片机与GSM短信模块，其中: 太阳能供电模块，为所述监测终端供电； 电容介质电流采集装置，用于测量电容介质的电流； 绝缘子泄漏电流采集装置，用于测量绝缘子的泄漏电流； 单片机，用于采集电容介质的电流信号和绝缘子的泄漏电流信号后，经过程序固化的公式计算后得出反映绝缘子闪络的雾闪值，比较雾闪值与既定的门槛值，并根据比较的结果决定是否做出“注意、危险”的两级雾闪报警； GSM短信模块，用于接收电容介质的电流信号和绝缘子的泄漏电流信号的测量并发送至监控装置； 所述监控装置包括GSM短信终端设备和监控主机，其中: GSM短信终端设备，用于通过GSM短信模块接收来自单片机计算后的雾闪值； 监控主机，用于在人机界面显示GSM短信终端设备接收到的实时监测结果和历史数据曲线。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，其特征在于，所述监测终端与监控装置通过无线网络信号连接。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，其特征在于，所述电容介质电流采集装置包括电容介质电流传感器、继电器、风扇与用以提供工作电源的高压脉冲电源，所述电容介质电流传感`器与所述高压脉冲电源连接，由继电器控制风扇将空气抽进电容装置中得到电容介质的电流信号。
4.根据权利要求3所述的一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，其特征在于，所述高压脉冲电源包括信号连接的基准电压单元、ADC转换单元、单片机处理单元、AD9851单元、宽带放大器单元以及输出单元。
5.根据权利要求1所述的一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，其特征在于，所述绝缘子泄漏电流采集装置包括绝缘子泄漏电流传感器与安装在绝缘子串上的集流环。
6.根据权利要求1所述的一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，其特征在于，所述太阳能供电模块包括太阳能控制器以及与所述太阳能控制器的输入连接的太阳能电池板，所述太阳能控制器的输出包括12V直接输出以及经过12V到5V的DC-DC转换稳压器后的5V输出。
7.根据权利要求1所述的一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，其特征在于，所述太阳能供电模块还包括与太阳能控制器双向连通的蓄电池，用于当太阳能电池板收集到的电容量不够用时为所述监测终端供电以及当蓄电池电容量不满时由太阳能控制器将太阳能电池板收集到的电容量充入蓄电池内。
8.根据权利要求1所述的一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，其特征在于，雾闪报警采用监控主机进行蜂鸣。
9.一种绝缘子雾霾与污闪在线监测方法，其特征在于，包括如上述权利要求1至权利要求8所述的一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统，包括以下步骤: S1:将电容介质电流传感器连接至高压脉冲电源，由继电器控制风扇将空气抽进电容装置中，测量得到电容介质的电流；同时: 52:将安装于绝缘子串上的集流环光耦隔离，由绝缘子泄漏电流传感器测量得到绝缘子的泄漏电流； 53:采用单片机采集电容介质的电流信号和绝缘子的泄漏电流信号，经过程序固化的公式计算后得出一个反映绝缘子闪络的雾闪值，比较雾闪值与既定的门槛值，并根据比较的结果决定是否做出“注意、危险”的两级雾闪报警； S4:通过GSM短信模块将电容介质的电流信号和绝缘子的泄漏电流信号的测量数据发送至监控装置的GSM短信终端设备，由监控主机的程序在人机界面显示实时监测结果和历史数据曲线。
10.根据权利要求9所述的一种绝缘子雾霾与污闪在线监测方法，其特征在于，所述步骤S4中，若雾闪值大于门槛值，发出“危险”雾闪报警；若雾闪值等于门槛值，发出“注意”雾闪报警。·
【文档编号】G01R31/12GK103592580SQ201310490133
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】丁月明, 李阳, 李俊, 厉建新, 崔铸元, 厉朝明, 赵庆法, 汉勇, 邢相秋 申请人:国网山东省电力公司日照供电公司