一种无源无线的雷电流监测终端系统及方法与流程

本发明涉及雷电监测，特别是一种无源无线的雷电流监测终端系统及方法。

背景技术：

1、配网作为连接各变电站、各用户的纽带，能否长期可靠的稳定运行决定着整个电力系统的可靠性和稳定性，但其复杂的运行条件又决定了它是电力系统的薄弱环节。在所有对配电线路造成破坏故障的原因之中，雷电侵入是一个主要原因，雷电放电过程中电压高达数百万伏，瞬间电流达到数百千安，会导致绝缘子闪络甚至烧毁，严重影响电力系统的正常供电。而一旦电力系统发生跳闸，相关部门就需投入大量的人力、物力、财力去排查、寻找故障点，以便尽快恢复电力系统的正常运行，因此对雷电流波形的精准采样监测对电网维护有着重要作用。

2、现有的监测终端受到采样频率和授时精度的限制，无法精确得到雷电流的数据及波形，这个问题造成研究人员设计线路配套绝缘器件的耐压、耐流特性时的困难，从而导致此类故障一再发生。

3、另外由于终端长期工作在野外，环境恶劣，采用传统的电池供电的监测设备需要定期更换电池，无疑加大了检修人员工作量，增加了成本。而我国目前的高压输电线路在线监测项目中，设备功耗的主要来源之一是无线通信，由于供能不足导致的通信延迟大大制约了检修人员对线路故障的反应时间。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明所要解决的技术问题是如何在恶劣环境下实时监测雷电并准确记录波形、故障信息等，并且长期工作无需更换电池。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种无源无线的雷电流监测终端系统，其包括供电单元，包括ct取能线圈、太阳能板、调理电路、充放电管理电路和储能电池，所述调理电路输入端与ct取能线圈、太阳能板分别相连，其输出端与所述充放电管理电路输入端相连，所述充放电管理电路输出端与储能电池相连；采样单元，接收所述供电单元的供电，其包括罗氏线圈、信号处理电路、采样模块和fpga；通信单元，接收所述fpga的信号控制，其包括stm32单片机、窄带物联网模块和定位授时模块，所述stm32单片机能够控制窄带物联网模块和定位授时模块；机械外壳，用于放置所述供电单元、采样单元和通信单元，其包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳和第二外壳通过螺栓连接。

5、作为本发明所述无源无线的雷电流监测终端系统的一种优选方案，其中：所述调理电路包括过流保护电路、整流电路、滤波电路、限压电路和稳压电路。

6、作为本发明所述无源无线的雷电流监测终端系统的一种优选方案，其中：所述ct取能线圈与过流保护电路103a输入端相连，所述太阳能板与滤波电路之间的连接导线相连。

7、作为本发明所述无源无线的雷电流监测终端系统的一种优选方案，其中：所述信号处理电路包括分压电路、电压跟随器和陷波比较电路，所述陷波比较电路由t型陷波器和ne5532比较器为中心组成。

8、作为本发明所述无源无线的雷电流监测终端系统的一种优选方案，其中：所述fpga能够提供高速时钟信号驱动ad9226，采样数据由fpga接收，经过动态压缩后存储在内部创建的fifo中。

9、作为本发明所述无源无线的雷电流监测终端系统的一种优选方案，其中：所述stm32单片机和fpga通过fsmc通信，另连接有两根信号线flag和read_over，fpga开始采样后即拉高flag电平发送信号给stm32单片机，所述stm32单片机通过fsmc接收数据并循环读取read_over电平以判断是否读取完全。

10、作为本发明所述无源无线的雷电流监测终端系统的一种优选方案，其中：所述窄带物联网模块和定位授时模块都通过usart接口直接与stm32单片机相连，所述定位授时模块接收时间和定位信息，所述stm32单片机完成雷电数据解压后一并经由窄带物联网发送到后台。

11、作为本发明所述无源无线的雷电流监测终端系统的一种优选方案，其中：所述第一外壳为人字形，且其表面覆盖有太阳能板。

12、作为本发明所述无源无线的雷电流监测终端系统的一种优选方案，其中：所述第二外壳对称设置有限位槽，分别能够固定ct取能线圈和罗氏线圈。

13、为解决上述技术问题，本发明提供还如下技术方案：一种无源无线的雷电流监测方法，通过上述无源无线的雷电流监测终端系统实现，包括以下步骤：所述采样模块以50mhz的波形采样频率，监测雷电流波形数据与记录波头时间；所述fpga提供高速时钟信号驱动，采样数据由fpga接收，经过动态压缩后存储在内部创建的fifo中进行实时存储；所述stm32单片机和fpga通过fsmc通信；通过连接的两根信号线flag和read_over，fpga开始采样后即拉高flag电平发送信号给stm32单片机；所述stm32单片机通过fsmc接收数据并循环读取read_over电平以判断是否读取完全；所述stm32单片机完成雷电数据解压后一并经由窄带物联网发送到后台，后台远程查看故障地点；服务器主动下发指令访问历史波形记录。

14、本发明的有益效果：

15、能够实现50mhz的波形采样频率，能够监测雷电流波形数据与记录波头时间，并进行实时存储，为配网线路防雷提供真实有效的数据，具有重要工程应用价值；通过窄带物联网将数据实时上发至后台，方便检修人员远程查看故障地点，减小排查线路故障点的工作量和时间；支持服务器主动下发指令访问历史波形记录；采用ct感应取能、太阳能板与锂电池储能相结合的方式，无需定期更换电池，具有实用性和经济性。

技术特征：

1.一种无源无线的雷电流监测终端系统，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的无源无线的雷电流监测终端系统，其特征在于：所述调理电路(103)包括过流保护电路(103a)、整理电路(103b)、滤波电路(103c)、限压电路(103d)和稳压电路(103e)。

3.如权利要求2所述的无源无线的雷电流监测终端系统，其特征在于：所述ct取能线圈(101)与过流保护电路(103a)输入端相连，所述太阳能板(102)与整理电路(103b)、滤波电路(103c)之间连接导线。

4.如权利要求1～3任一所述的无源无线的雷电流监测终端系统，其特征在于：所述信号处理电路(202)包括分压电路(202a)、电压跟随器(202b)和陷波比较电路(202c)，所述陷波比较电路(202c)由t型陷波器和ne5532比较器为中心组成。

5.如权利要求4所述的无源无线的雷电流监测终端系统，其特征在于：所述fpga(204)能够提供高速时钟信号驱动，采样数据由fpga(204)接收，经过动态压缩后存储在内部创建的fifo中。

6.如权利要求5所述的无源无线的雷电流监测终端系统，其特征在于：所述stm32单片机(301)和fpga(204)通过fsmc通信，另连接有两根信号线flag和read_over，fpga开始采样后即拉高flag电平发送信号给stm32单片机(301)，所述stm32单片机(301)通过fsmc接收数据并循环读取read_over电平以判断是否读取完全。

7.如权利要求1～3、5和6任一所述的无源无线的雷电流监测终端系统，其特征在于：所述窄带物联网模块(302)和定位授时模块(303)都通过usart接口直接与stm32单片机(301)相连，所述定位授时模块(303)接收时间和定位信息，所述stm32单片机(301)完成雷电数据解压后一并经由窄带物联网发送到后台。

8.如权利要求7所述的无源无线的雷电流监测终端系统，其特征在于：所述第一外壳(401)为人字形，且其表面覆盖有太阳能板(102)。

9.如权利要求8所述的无源无线的雷电流监测终端系统，其特征在于：所述第二外壳(402)对称设置有限位槽(402a)，分别能够固定ct取能线圈(101)和罗氏线圈(201)。

10.一种无源无线的雷电流监测方法，其特征在于：通过如权利要求1～9任一所述的无源无线的雷电流监测终端系统实现，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种无源无线的雷电流监测终端系统及方法，涉及雷电监测技术领域。本发明包括供电单元、采样单元、通信单元和机械外壳。本发明的有益效果：能够实现50MHz的波形采样频率，能够监测雷电流波形数据与记录波头时间，并进行实时存储，为配网线路防雷提供真实有效的数据，具有重要工程应用价值；通过窄带物联网将数据实时上发至后台，方便检修人员远程查看故障地点，减小排查线路故障点的工作量和时间；支持服务器主动下发指令访问历史波形记录；采用CT感应取能、太阳能板与锂电池储能相结合的方式，无需定期更换电池，具有实用性和经济性。

技术研发人员：李跃,肖小兵,蔡永翔,付宇,何肖蒙,鲁彩江,刘安茳,李华鹏,张洋,郑友卓,郝树青,王扬,金庆远,何心怡,苗宇,陈诚,陈宇,吴鹏,李前敏,何洪流,黄如云,王卓月,张恒荣,班诗雪,吴聪聪,李新皓,宋子宏
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11