一种暂态电压及电流的监测装置及方法与流程

1.本技术涉及电力技术领域，尤其涉及一种暂态电压及电流的监测装置及方法。


背景技术：

2.电力电缆在城市电网中得到广泛应用，需求量飞速增长。为了有效限制护层感应电压来降低金属护套损耗，大段长高压电缆线路往往采用各相金属护套交叉换位互联接地，并在电缆线路交叉互联接地箱体内安装电缆护层保护器。护层保护器在电缆出现故障时呈现低电阻导通状态，使得故障电流经保护器迅速泻入大地，将暂态过电压钳制在自身残压范围内，起到保护电缆外护套绝缘的作用。
3.一旦高压电缆线路出现短路故障，电缆金属护套中会产生很高的过电压，这对电缆护层保护器的过电压防护特性提出了更高要求。对大段长高压电缆暂态电压和电流的监测，有助于通过调整保护器参数来提高保护器的通流容量和能量吸收能力，为设计适用于大段长高压电缆的护层保护器提供理论指导，对大段长高压电缆的安全稳定运行有重要意义。
4.传统的金属氧化物避雷器周期性预防试验主要测量直流1ma下的参考电压u1ma和75％u1ma下的泄漏电流，并不测量电缆线路护层保护器暂态电压和电流，导致难以确定护层保护器的能量吸收能力。如果护层保护器参数设计仅考虑绝缘配合而不考虑能量吸收能力，在雷击过电压或者内部过电压的情况下，护层保护器短时间内将吸收大量能量，若超过保护器能量吸收能力，保护器将会严重过热甚至爆炸，危害电缆线路正常运行。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种暂态电压及电流的监测装置及方法，适用于测量电缆线路护层保护器暂态电压和电流。
6.有鉴于此，本技术第一方面提供了一种暂态电压及电流的监测装置，所述装置包括：
7.由第一电阻和第二电阻构成的电阻分压器、霍尔直流传感器、通信模块；
8.其中，所述电阻分压器连接于电缆的护层保护器的两端，所述霍尔直流传感器安装于电缆的护层保护器所在线路；
9.所述电阻分压器，用于对所述第一电阻和所述第二电阻的变比进行转化获取所述护层保护器的暂态电压信号；
10.所述霍尔直流传感器，用于获取所述护层保护器所在线路的暂态电流信号；
11.所述通信模块，用于将所述暂态电压信号和所述暂态电流信号发送至电网调度中心。
12.可选地，还包括：滤波模块，所述滤波模块分别与所述电阻分压器和所述霍尔直流传感器相连；
13.所述滤波模块，用于对所述暂态电压信号和所述暂态电流信号进行滤波。
14.可选地，还包括：处理模块，所述处理模块与所述滤波模块相连；
15.所述处理模块，用于对滤波后的所述暂态电压信号和所述暂态电流信号进行模数转换，并进行存储。
16.可选地，所述第一电阻和所述第二电阻的变比为5000:1，所述第一电阻为高压无感金属膜电阻，所述第二电阻为无感低温漂采样电阻。
17.可选地，所述霍尔直流传感器为fxky21霍尔直流传感器，输出电压为0-10v。
18.可选地，所述通信模块使用无线通信技术lora。
19.可选地，所述滤波模块为低通滤波模块。
20.可选地，所述处理模块为低功耗处理器芯片。
21.本技术第二方面提供一种暂态电压及电流的监测方法，应用于上述第一方面所述的暂态电压及电流的监测装置，所述方法包括：
22.电阻分压器根据变比进行转化获取护层保护器的暂态电压信号；
23.霍尔直流传感器获取保护器所在线路的暂态电流信号；
24.通信模块将所述暂态电压信号和所述暂态电流信号发送至电网调度中心。
25.可选地，所述霍尔直流传感器获取保护器所在线路的暂态电流信号，之后还包括：
26.滤波模块对所述暂态电压信号和所述暂态电流信号进行滤波；
27.处理模块对滤波后的所述暂态电压信号和所述暂态电流信号进行模数转换，并进行存储。
28.从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：
29.本技术提供了一种暂态电压及电流的监测装置，包括：由第一电阻和第二电阻构成的电阻分压器、霍尔直流传感器、通信模块；其中，电阻分压器连接于电缆护层保护器的两端，霍尔直流传感器安装于电缆护层保护器所在线路；电阻分压器用于，根据变比进行转化获取护层保护器的暂态电压信号；霍尔直流传感器用于，获取保护器所在线路的暂态电流信号；通信模块用于，将暂态电压信号和暂态电流信号发送至电网调度中心。
30.本技术基于电阻分压器和霍尔电流传感器检测电缆故障时护层保护器的暂态电压和电流，从而可以根据护层保护器的暂态电压和电流的大小确定护层保护器的能量吸收能力。进一步，暂态电压和电流信号经过单片机处理和存储后上传至调度中心，从而实现护层保护器暂态电压和电流的实时在线监测，提高了检测效率和精度。通信模块采用无线通信技术lora来避免有线传输的环境限制、传输速率慢的问题。本技术的监测装置可直接应用于电缆而不改变电缆原有结构和工作状态，安装简易且成本较低。
附图说明
31.图1为本技术实施例中提供的一种暂态电压及电流的监测装置的结构示意；
32.图2为本技术实施例中提供的一种暂态电压及电流的监测装置的应用示意图；
33.图3为本技术实施例中提供的一种电阻分压器检测暂态电压的原理示意图；
34.图4为本技术实施例中提供的一种霍尔电流传感器检测暂态电流的原理示意图；
35.图5为本技术实施例中提供的一种滤波模块的电路示意图；
36.图6为本技术实施例中提供的一种暂态电压及电流的监测方法的流程示意图。
37.标号：1、电缆；2、绝缘接头；3、护层保护器；4、监测装置；5、电网调度中心；6、磁芯；
7、霍尔元件；8、副边补偿线圈；9、高通；10、带通；11、低通；r0、测量电阻、i1、原边电流；i2、副边电流。
具体实施方式
38.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.请参阅图1，本技术实施例中提供的暂态电压及电流的监测装置，包括：由第一电阻和第二电阻构成的电阻分压器、霍尔直流传感器、通信模块；其中，电阻分压器连接于电缆的护层保护器的两端，霍尔直流传感器安装于电缆的护层保护器所在线路；
40.电阻分压器101，用于对第一电阻和第二电阻的变比进行转化获取护层保护器的暂态电压信号；
41.霍尔直流传感器102，用于获取护层保护器所在线路的暂态电流信号；
42.通信模块103，用于将暂态电压信号和暂态电流信号发送至电网调度中心。
43.需要说明的是，本实施例的电阻分压器由50m：50k的电阻分压器构成，如图3所示，第一电阻和第二电阻串联，串联后的第一电阻和第二电阻与护层保护器3并联，电阻分压器的变比为5000：1。50m电阻采用高压无感金属膜电阻，50k电阻采用无感低温漂采样电阻，精度达1％。使用时，电压传感器连接在电缆护层保护器两端，可实现对护层保护器暂态电压的检测。如图3所示，是检测护层保护器暂态电压的原理示意图。电压传感器使用电阻分压器，由两个电阻r1和r2构成，其中r1为50mω，r2为50kω，变比为5000：1。使用时，将r1和r2分别连接在护层保护器两端，则由该电路图可得：
[0044][0045]
根据变比进行转化可测得护层保护器的暂态电压。
[0046]
需要说明的是，本实施例的霍尔直流传感器采用fxky21霍尔直流传感器，输出电压为0-10v。使用时，安装到电缆护层保护器所在线路上，可实现对护层保护器所在线路的暂态电流进行检测。如图4所示，是检测护层保护器暂态电流的原理示意图，其中6为磁芯，7为霍尔元件、8为副边补偿线圈、r0为测量电阻。线路原边电流产生的磁通量与通过霍尔元件7输出信号控制的副边电流流过副边补偿线圈8所产生的磁通量相平衡，其中副边补偿线圈8环绕在磁芯6上，副边电流i2可精确地反映原边电流i1，即护层保护器所在线路的电流。
[0047]
需要说明的是，本实施例的通信模块采用了sx1278型lora无线模块，工作频率在410-525mhz，最大发射功率为20dbm，缓存区容量高达256字节。使用时通信模块与调度中心完成数据的通信和传输。
[0048]
进一步地，在一个实施例中，监测装置还包括：滤波模块104、处理模块105；其中，滤波模块分别与电阻分压器和霍尔直流传感器相连，处理模块与滤波模块相连。
[0049]
滤波模块104，用于对暂态电压信号和暂态电流信号进行滤波。
[0050]
处理模块105，用于对滤波后的暂态电压信号和暂态电流信号进行模数转换，并进
行存储。
[0051]
可以理解的是，当暂态电压和电流传感器检测到暂态电压信号和暂态电流信号后还需要进行滤波和数模转换处理，并进行存储，再由通信模块将存储的电压和电流信号发送到电网调度中心。
[0052]
需要说明的是，如图5所示，其中图中标号9为高通、10为带通、11为低通，本实施例的滤波模块采用uaf42滤波器芯片作为主要元件，共有3个不同的输入通道和输出通道，可配置不同类型的滤波器。使用时调节为低通滤波通道，可实现对原始电压和电流信号的滤波，并将滤波后的信号传送至处理模块。
[0053]
处理模块采用了stm32l053r8型低功耗处理器芯片。使用时，处理模块从滤波模块接收到暂态电压和电流信号，并通过通信模块将故障信息发送到电网调度中心。
[0054]
以下为本技术监测装置的应用说明：
[0055]
如图2所示，其中，1为电缆、2为绝缘接头、3为护层保护器、4为监测装置，5为电网调度中心。使用时，将电缆1线路的护层保护器3上暂态电压及电流的监测装置4安装在每个护层保护器上。装置检测护层保护器的电压和电流，当电缆线路发生故障时，监测装置4将护层保护器3的暂态电压和电流发送至安装在此处的通信模块，再发送至电网调度中心5，实现护层保护器暂态电压和电流的在线监测。
[0056]
以上为本技术实施例中提供的一种暂态电压及电流的监测装置，以下为本技术实施例中提供的一种暂态电压及电流的监测方法。
[0057]
请参阅图6，本技术实施例中提供的暂态电压及电流的监测方法，包括：
[0058]
步骤201、电阻分压器根据变比进行转化获取护层保护器的暂态电压信号；
[0059]
步骤202、霍尔直流传感器获取保护器所在线路的暂态电流信号；
[0060]
步骤203、滤波模块对暂态电压信号和暂态电流信号进行滤波；
[0061]
步骤204、处理模块对滤波后的暂态电压信号和暂态电流信号进行模数转换，并进行存储；
[0062]
步骤205、通信模块将暂态电压信号和暂态电流信号发送至电网调度中心。
[0063]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0064]
本技术的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0065]
应当理解，在本技术中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项
(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0066]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0067]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0068]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0069]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read-only memory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：random access memory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0070]
以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。