一种用于监测绝缘子泄漏电流的低功耗监测装置及系统的制作方法

1.本发明应用于电力技术领域，特别涉及一种用于监测绝缘子泄漏电流的低功耗监测装置及系统。


背景技术：

2.绝缘子是一种特殊的绝缘设备，能够在架空输电线路中起到重要作用。绝缘子在架空输电线路中起着两个基本作用，即支撑导线和防止电流回地，这两个重要作用是绝缘子能到起到良好的绝缘效果。当现场环境湿度变化、表面污秽物过多、污秽的沉积、受潮、干区的形成及局部电弧的产生等因素都会引起绝缘子泄漏电流增大，引起闪络事故的发生。容易导致整条线路以及整个配电网络发生故障，对输电线路的安全运行造成巨大的威胁。
3.绝缘子泄漏电流在线监测系统利用在绝缘子串顶部安装的泄漏电流采集环装置，用于对流过绝缘子表面的泄漏电流进行收集。针对输电线路绝缘子，监测系统一般采用太阳能供电，但供电稳定性受环境因素影响较大，绝缘子运行正常时泄漏电流范围正常，此时若监测系统的主控模块一直运行会造成能量浪费；因此监测系统的低功耗运行对于系统的监测稳定性具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于监测绝缘子泄漏电流的低功耗监测装置及系统，可以实现暂态信息采集和稳态信息采集，降低了系统运行的整体功耗。
5.本发明的一方面，提供一种根据本发明实施例，提供一种低功耗监测装置，其至少包括：主控微处理器，与所述主控处理器相连的电源模块、存储模块、无线模块以及触发模块；其中：
6.所述触发模块，用于根据接收到的安装于绝缘子两侧的两电流互感器的差动电流信息，生成一触发电平，并发送给所述主控处理器；
7.所述主控处理器，其常态处于休眠状态，用于在收到所述触发模块发送的触发电平进入唤醒状态；并在唤醒状态时，控制安装于绝缘子串顶部泄漏电流采集环装置对流过绝缘子表面的泄漏电流进行收集；
8.存储模块，用于存放主控处理器所收集的相应数据；
9.无线模块，用于将所述主控处理器收集到的泄漏电流信息发送出去。
10.优选地，所述触发模块进一步包括：
11.互感信号接收单元，用于接收分别安装于绝缘子两侧的两个电流互感器的差动电流信息；
12.电流电压转换单元，用于将收集到的差动电流信号转换为差动电压信号；
13.窗口比较器，用于接收所述差动电压信号作为输入，与预定的窗口阈值进行比较，当所述比较结果为超过所述窗口阈值，则生成一触发电平，并发送给主控微处理器，以唤醒所述主控处理器。
14.优选地，所述主控处理器进一步包括：
15.休眠保持单元，用于在未收到触发信号时，控制所述主控处理器保持于休眠状态；
16.固定触发唤醒单元，用于接收一周期性定时器的信号，在每次定时器到达时，触发所述主控处理器进入唤醒状态；
17.暂态触发唤醒单元，用于在收到触发模块发送的触发电平后，触发所述主控处理器进入唤醒状态；
18.唤醒处理单元，用于在所述述主控处理器处于唤醒状态时，控制所述泄漏电流采集环装置工作，并采集流过绝缘子表面的泄漏电流。
19.优选地，所述主控处理器进一步包括：
20.休眠恢复单元，用于在唤醒处理单元收集的符保要求的泄漏电流后，控制所述泄漏电流采集环装置停止工作，并在所述无线模块将所收集到的泄漏电流信息发送出去后，恢复至休眠状态。
21.相应地，本发明还公开一种用于监测绝缘子泄漏电流的低功耗监测系统，其至少包括：
22.两个电流互感器，分别安装于绝缘子两侧，用于采集绝缘子两侧的互感电流，形成差动电流；
23.泄漏电流采集环装置，安装于绝缘子串顶部，用于受控采集流过绝缘子表面的泄漏电流；以及
24.如前述的低功耗监测装置，与所述两个电流互感器和泄漏电流采集环装置相连接。
25.实施本发明实施例，具有如下有益效果：
26.本发明提供一种用于监测绝缘子泄漏电流的低功耗监测装置及系统。通过采用一触发装置，其基于差动保护原理，当绝缘子处于正常状态时，绝缘子两侧的差动电流正常时，此时不会立即触发mcu唤醒，而主控mcu会以预设的固定时间间隔工作，其采集的信息利用人工智能算法用于对绝缘子的状态进行预测。当绝缘子泄漏电流异常时，绝缘子两侧电流不平衡，进而导致绝缘子两侧差动电流大于零或者大于某个阈值，进而触发产生触发电平，唤醒主控mcu，从而实现暂态信号采集。这样，可以使低功耗监测装置以及泄漏电流采集环装置绝大部分时间处理于休眠状态，从而实现监测系统低功耗运行。
27.同时，触发装置采用电流互感器所采集的差动信号来实现，即采用采用了无源触发方式唤醒主控，进一步降低了系统的整体功耗。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
29.图1为本发明提供的一种用于监测绝缘子泄漏电流的低功耗监测系统的一个实施例的结构示意图；
30.图2为图1中低功耗监测装置的结构示意图；
31.图3为图2中触发模块的结构示意图；
32.图4为图3中窗口比较器涉及的电路原理图；
33.图5为图3中窗口比较器的输出的电平波形示意图；
34.图6为图2中主控处理器的结构示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
36.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
37.如图1所示，示出了本发明提供的一种用于监测绝缘子泄漏电流的低功耗监测系统的一个实施例的结构示意图；在本实施例中，所述系统至少包括：
38.两个电流互感器2，分别安装于绝缘子两侧，用于采集绝缘子两侧的互感电流，形成差动电流；
39.泄漏电流采集环装置3，安装于绝缘子串顶部，用于受控采集流过绝缘子表面的泄漏电流；以及
40.如前述的低功耗监测装置1，与所述两个电流互感器和泄漏电流采集环装置相连接，用于至少根据电流互感器2采集的差动电流，确定是否需要启动对流过绝缘子表面的泄漏电流的采集工作，并在实现低功耗的采集过程。后文会对该低功耗监测装置1进行详细描述。
41.如图2所示，示出了本发明提供的一种低功耗监测装置的一个实施例的结构示意图。在本实施例中，所述低功耗监测装置1至少包括：主控微处理器(mcu)10，与所述主控处理器10相连的电源模块12、存储模块13、无线模块14以及触发模块11；其中：
42.所述触发模块11，用于根据接收到的安装于绝缘子两侧的两电流互感器的差动电流信息，生成一触发电平，并发送给所述主控处理器；
43.所述主控处理器10，其常态处于休眠状态，用于在收到所述触发模块发送的触发电平进入唤醒状态；并在唤醒状态时，控制安装于绝缘子串顶部泄漏电流采集环装置对流过绝缘子表面的泄漏电流进行收集；
44.存储模块13，用于存放主控处理器所收集的相应数据；
45.无线模块14，用于将所述主控处理器收集到的泄漏电流信息发送出去。
46.更具体地，如图3所示，所述触发模块11进一步包括：
47.互感信号接收单元110，用于接收分别安装于绝缘子两侧的两个电流互感器的差动电流信息；
48.电流电压转换单元111，用于将收集到的差动电流信号转换为差动电压信号；
49.窗口比较器112，用于接收所述差动电压信号作为输入，与预定的窗口阈值进行比较，当所述比较结果为超过所述窗口阈值，则生成一触发电平，并发送给主控微处理器，以
唤醒所述主控处理器。
50.可以理解的是，在本发明中，是采用差动电流信息来实现差动保护功能。具体地，通过输入ct(电流互感器)的两端电流矢量差，当达到设定的动作值时启动动作元件。差动保护是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的。差动保护把被保护的电气设备看成是一个节点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。
51.本发明中，触发装置基于这一原理，绝缘子处于正常状态时，绝缘子两侧的差动电流为0或者低于某个阈值。当绝缘子泄漏电流异常时，绝缘子两侧电流不平衡，进而导致绝缘子两侧差动电流大于零或者大于某个阈值，进而触发产生触发电平，唤醒主控mcu，从而实现暂态信号采集。
52.在本发明中，在变压器的杆塔两侧安装两个电流互感器，电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中。因此它经常有线路的全部电流流过，二次侧绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次侧回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量，二次侧不可开路。
53.将收集到的差动电流经过电流电压转换电路，输出合适的电压信号，电压信号是正弦波，当波峰或者波谷超过整定值，即可产生高电平。所以，比较器采用窗口比较电路。
54.窗口比较器又称为双限比较器，具有两个阈值电平，可以检测输入模拟信号的电平是否处在给定的两个门限电平之间。在元件选择与分类，或对生产现场进行监视与控制时，窗口比较器是很有用的。如图4所示，当输入电压ui大于阈值u
rh
或者小于u
rl
时，都只会使其中一个二极管开通，从而输出高电平，只有当输入电压介于u
rh
和u
rl
之间时，d1、d2均截止，输出低电平；输出电平的波形图可参照图5所示。当输出高电平时，触发主控处理器唤醒。
55.更具体地，所述主控处理器10进一步包括：
56.休眠保持单元100，用于在未收到触发信号时，控制所述主控处理器保持于休眠状态；
57.固定触发唤醒单元101，用于接收一周期性定时器的信号，在每次定时器到达时，触发所述主控处理器进入唤醒状态；
58.暂态触发唤醒单元102，用于在收到触发模块发送的触发电平后，触发所述主控处理器进入唤醒状态；
59.唤醒处理单元103，用于在所述述主控处理器处于唤醒状态时，控制所述泄漏电流采集环装置工作，并采集流过绝缘子表面的泄漏电流。
60.休眠恢复单元104，用于在唤醒处理单元收集的符保要求的泄漏电流后，控制所述泄漏电流采集环装置停止工作，并在所述无线模块将所收集到的泄漏电流信息发送出去后，恢复至休眠状态。
61.可以理解的是，在本发明的实施例中，唤醒处理单元103采用两种唤醒方式对应的
采集方式，具体地为：暂态信息采集方式以及稳态信息采集方式。
62.其中，暂态采集为非固定工作时间，当触发模块产生触发电平后，mcu结束休眠，唤醒后自动进行暂态录波，由于暂态波形采集数据量较大，需将暂态波形数据存放于存储芯片中，完成采集后再通过无线将数据传回后台数据库。当绝缘子漏电时，杆塔两侧电流互感器线圈采集电流，得到差动电流，经电流电压转换电路得到合适的输出电压，经过比较电路，产生高电平进而出发暂态录波器工作。
63.稳态采集为固定工作时间间隔采集，利用时钟芯片，设定工作时间间隔，控制总电源，mcu自动唤醒，完成稳态信号采集工作，并将数据通过无线远程发送回后台数据库。实现了低功耗采集。
64.可以理解的是，稳态信息采集是必要的，绝缘子的状态和泄漏电流有着密切的关系，差动电流没能达到整定值时，并不意味着绝缘子状态是完好的，绝缘子的轻微损坏，都会导致电气量的变化。因此，可以利用人工智能算法对稳态采集的信息来对进行预测，从而进而对绝缘子进行维修。
65.实施本发明实施例，具有如下有益效果：
66.本发明提供一种用于监测绝缘子泄漏电流的低功耗监测装置及系统。通过采用一触发装置，其基于差动保护原理，当绝缘子处于正常状态时，绝缘子两侧的差动电流正常时，此时不会立即触发mcu唤醒，而主控mcu会以预设的固定时间间隔工作，其采集的信息利用人工智能算法用于对绝缘子的状态进行预测。当绝缘子泄漏电流异常时，绝缘子两侧电流不平衡，进而导致绝缘子两侧差动电流大于零或者大于某个阈值，进而触发产生触发电平，唤醒主控mcu，从而实现暂态信号采集。这样，可以使低功耗监测装置以及泄漏电流采集环装置绝大部分时间处理于休眠状态，从而实现监测系统低功耗运行。
67.同时，触发装置采用电流互感器所采集的差动信号来实现，即采用采用了无源触发方式唤醒主控，进一步降低了系统的整体功耗。
68.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的权利要求范围内。