专利名称：用于避雷器漏电流和动作次数的实时监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于避雷器漏电流和动作次数的实时监测系统。特别适用于高压电网、发电厂、变电站和电力设备上的避雷器的在线监测。
背景技术：
现有的发电厂、变电站内的避雷器在线监测仪，主要用来监视避雷器的泄漏电流及动作次数。如中国专利ZL93111792.5提供的“避雷器漏电流检测及动作记录器”，它改变了以前避雷器的检测方式，将避雷器的计数器与检测漏电流的毫安表设计成为一整体结构，既可以监测避雷器漏电流变化，又可以在雷击电流作用下计数。但它必须由值班人员到现场查看，若遇下雨、打雷、大雾等天气多有不便，且易疏忽，一旦出现避雷器受潮、机械缺陷等不良状况也不能及时发现或报警，很难避免事故的发生。
另外避雷器泄漏电流与动作次数在线检测仪器，如上述都只重视信号取样方式及测量原理，只要便于安装和便于用户检查、记录即可。用户也只是延续以前的运行、检查和管理模式。并未考虑检测装置能否为状态检修提供有效数据及帮助，因为，现有的避雷器在线监测仪器一般都采用指针型仪表加机械或脉冲式计数器，由于不是数字电路，被测数据不能进行就地存储和再利用，又由于监测装置安装于现场，远离集控室，对运行监测、抄表等都非常不方便，特别是一旦有突发事件发生或重要事件判断，其故障数据又无法追述和重演，影响事故的分析和判断。
现有的数据采集和监测系统均采用集中测量结构，即将所有的被测信号汇集在一处，由采集装置逐一进行采集测量，也就是常说的巡检测量方式。尽管这种巡检方式被广泛采用(如多点温度、电流、电压的监测等)，但用于变电站在线监测系统中时，却存在如下几个方面的问题。
1)被测模拟信号的长距离传输问题因为变电站内存在强烈的工频电磁场干扰，利用屏蔽电缆长距离传输模拟信号，虽然可抑制工频电场的干扰问题，但对工频磁场的干扰却几乎不起作用，这是一个经常被忽视的问题。
2)无法判断被测设备的真实状况变电站运行现场，有很多因素会影响系统监测数据准确性和稳定性，除工频干扰因素外，还有如下原因环境温湿度的变化及表面泄漏电流的影响等。这些因素发生变化时，监测数据都会随之发生波动，且无规律可言，而原有的监测系统往往不能正确地进行识别判断，当然也就无法了解被测设备的真实状况。
3)运行可靠性差，故障率极高除了环境温湿度变化造成一些测量误差外，变电站内的变压器或线路的投切操作，往往会产生较强的冲击电流，导致不同的接地点之间存在较高的电位差，也就是人们通常说的“地电位抬高”问题。如果监测系统采用“单点接地”方式，可以有效地防止“地电位抬高”对测量部件的不良影响，但由于目前所有的巡检式监测系统需要把多个被测信号从设备运行现场汇集到主机，基于运行安全及抗干扰方面的要求，在工程上往往难以解决电气测量回路的单点接地问题，监测系统在运行中一旦受到“地电位冲击”，瞬间产生的共模电压很可能造成电子器件的损坏。这就是有些监测系统在实验室中可以很好地运行，而在安装到变电站以后却频繁发生故障(例如电流传感器中的放大电路损坏)，即使经过多次维修更换也无法正常运行的原因。
综上所述，对于一个测量原理正确的在线监测系统，如果没有一个较好的结构形式与之配合，不但会影响监测数据的有效性，在保证系统的运行连续性方面也是较为困难的。
发明内容
本实用新型的目的就是针对变电站运行现场的复杂性，以及被测绝缘参数的特殊性，提供一种在线监测系统采用与上述在先技术监测系统完全不同的结构，能够较好地解决现场干扰及运行可靠性问题，彻底杜绝被测信号的长距离传输问题及地电位冲击问题。
为了达到上述的目的，本实用新型的用于避雷器漏电流和动作次数的实时监测系统所采取的技术方案是它包括含有串联在避雷器接地线上的传感器和与传感器相连接的无线数据传输终端的本地监测单元，置于移动通信中心内的托管服务器和置于计算机内的主机监控系统。
如上述的结构，安装在避雷器接地线上的本地监测单元中的传感器实时地将记录下的泄漏电流值和雷击次数，输送到无线数据传输终端；无线数据传输终端将模拟信号变成数字信号，并组成信息报文以短信息的形式发送至置于移动通信中心(移动通讯网GSM的)内的托管服务器上；托管服务器将收到的信息报文转送至置于计算机内的主机监控系统(来不及转送的暂存入缓存器内，以待转送)；主机监控系统将接收到信息报文按其报文指令格式转化成熟数据(或称模拟信号)后存入数据库中，以供用户实时了解各类避雷器的运行状况，便于对设备运行维护和管理；主机监控系统还可通过托管服务器向无线数据传输终端发出各种指令以及对设备进行配置和调试。
如上述的结构，本实用新型的用于避雷器漏电流和动作次数的实时监测系统具有显著的优点。
①本实用新型的实时监测系统因为包含接于每个避雷器接地线上的本地监测单元，就地测量，通过无线数据传输终端无线传输数据，是分布式的结构。彻底地杜绝了被测信号的长距离电缆传输及地电位冲击的问题；②本实用新型实时监测系统传输数据迅速、准确、可靠。因为本实用新型的实时监测系统中就地测量的数据，经过无线数据传输终端以短信息的形式将信息报文传送至置于移动通信中心内的托管服务器，托管服务器将迅速地转送到主机监控系统，通常在30秒左右的时间内就可将报文信息送到主机监控系统中。所以，完全达到了实时监测的目的。
③本实用新型的实时监测系统因为通信单元是通过置于移动通信中心内的托管服务器，是采用的通讯移动GSM网络，这个网络覆盖面大，盲区较小。而且是采用主机监控系统与移动通信中心直接联接的方式。因此，不仅速度快，而且收发的数据准确。
④本实用新型的实时监测系统因为是无线实时传输数据，无需技术人员到现场获取数据。显然，节省了人力，物力。同时，实时显示设备运行的状况，从而加快了对设备故障或异常的判断，能够提高设备运动的安全性和可靠性。
⑤本实用新型的实时监测系统因为主机监控系统能够提供给用户所需要查询避雷器实时运行的数据和历史的数据，有利于对避雷器的运行情况进行较长时间的分析和统计。
图1是本实用新型实时监测系统的结构示意图；图2是本地监测单元中传感器的结构示意图；图3是本地监测单元中的无线数据传输终端的结构示意图；图4是主机监控系统的结构示意图；图5是本实用新型实时监测系统的流程图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型实时监测系统的结构特征及其进步性。
图1是本实用新型实时监测系统的结构示意图。如图1所示。本实用新型实时监测系统它包括含有串联在避雷器2接地D1线上的传感器101和与传感器101相连接的无线数据传输终端102的本地监测单元1，置于移动通信中心(移动通讯网GSM)3内的托管服务器4以及置于计算机5内的主机监控系统6。
图2是本实用新型实时监测系统中本地监测单元内的传感器101的结构示意图。它包括串联在避雷器2与接地D1之间的接地线上的电流耦合器(或称电流互感器)1011，与电流耦合器1011输出端相连接的高速积分器1012，与高速积分器1012输出端相连接的放大调幅器1013，分别与放大调幅器1013相连接的信号跟踪输出器1014，雷击次数计数器1015和泄漏电流采集器1017，分别与雷击次数计数器1015和泄漏电流采集器1017相连接的复位信号输入源1016。传感器101上有三种输出信号1、2、3。使用直流±5V电源。
在本实施例中，采用AMB-05型传感器(为另一专利技术所提供)。用于氧化锌避雷器泄漏电流的测量。设计是基于电流互感器(电流耦合器)的工作原理；电流互感器将接收到的大电流变成小电流，经过高速积分器将电流值变成电压值，再经过放大调幅器对其波形进行整形放大后，分别输入到信号跟踪输出器、雷击次数计数器和泄漏电流采集器，记录下的雷击次数和泄漏电流值及时输送到无线数据传输终端。它的优点在于测量范围宽，线性度好，耐冲击电流强，安全可靠等，是传统压电式传感器无可比拟的。因为原检测仪在雷击大电流冲击时，是靠氧化锌瞬变抑制组件的保护获取雷击计数值。但，当雷击产生时，对瞬变保护组件造成较大的冲击，容易造成传感器的损坏。而AMB-05传感器的安装方式是一次侧与避雷器接地端直接连接到地，二次侧与一次侧在耦合环节增加了保护电路然后于采样电路连接，不会直接承受大的电流冲击，安全可靠得多。另外该传感器同时可感受5～100us信号宽度的雷击信号，具有雷击计数器的功能。
本实施例中的AMB-05传感器具有的技术特性为泄漏电流监测满度为3.0mA；分辨率为3.0uA；精度为1％；线性度为1％；雷击计数器对雷击脉宽的响应为5～200us；雷击计数响应电流起点为≤50A；承受最大雷击电流为＞20000A；计数器为0～1023次循环计数；产品出厂时是设定在995次；传感器接地线为铜棒，铜棒自身的电阻为2微欧。
图3是本地监测单元中的无线数据传输终端的结构。如图3所示。无线数据传输终端包括数据处理单元，无线传输单元和太阳能供电系统三部分。
其中，数据处理单元包含与传感器相连接的相互串联的隔离驱动电路1021、A/D转换模块1023和中央处理器CPU1025；无线传输单元包含GSM无线收发模块1022和连接口1024，在本实施例中连接口1024为RS485/232接口；它负责将有效信息发送出去，将指令信息消化处理后执行、操作等。为保证供电系统工作正常，无线数据传输终端还根据外部工作环境的要求，配置了包含太阳能电池1028、太阳能充电控制器1027和机内蓄电池组1026的太阳能供电系统。
如图3结构，由现场传感器输入的信号，经隔离驱动电路1021(保护电路——光电隔离)去除干扰信号送至A/D转换模块1023；A/D转换模块1023将模拟信号转换成数字信号，送至中央处理器CPU1025内；中央处理器CPU1025对数据进行处理，即组成信息报文，然后送至无线传输单元；信息报文经RS-232/RS-485接口和GSM无线收发(GSM-MODEM)模块，按着GSM无线通讯网络的通讯协议要求以短信息的方式发出此报文信息。本实施例中采取专利号ZL200420019939.4所提供的无线数据传输终端，它主要完本地监测单元与移动通短信中心(GSM)网络的无线连接、处理短信收发等功能。这种利用公网实现数据通信的方式，既解决了远距离数据通讯的关键问题，又降低了系统造价和投资，是一种应用前景无限的自动化通讯手段，应该积极推广应用。
所述的中央处理器CPU1025是选用抗干扰能力强、低功耗工业级芯片。主要完成内部监控、数据处理、故障数据存储和内部作业调度等功能，该中央处理器CPU1025内还带有故障自恢复功能，大大提高了数据采集终端的抗干扰能力和可靠性。无线数据传输终端内有内部时钟和校时功能，数据信息传递时都带有时间标志，这些，可弥补短信数据通讯过程中的数据延迟等问题。
如上述，无线数据传输终端配置的供电系统是太阳能电池系统。这是由于野外很多场合下无供电条件，无线数据传输终端在工作时又不能停电。因此，采用太阳能和蓄电池组提供补充能源，确保了无线数据传输终端的连续、不间断地工作。
无线数据传输终端安置于被监测的避雷器本地监测单元内，对设备生产运行过程中的数据进行采集和检测；如果没有该无线数据传输终端，则必须将控制线路敷设到采集点，这样既扩大了系统投资，又不利于生产管理。被监测的设备安装无线数据传输终端可快速通过移动通信中心(GSM)网络将产生的数据信息报文发出，报文信息可经主机监控系统完成接收和处理，实现对运行设备的监测和管理。
图4是置于计算机5内的主机监控系统6。如图4所示，置于计算机5内的主机监控系统6包含接收从移动通信中心(GSM)内的托管服务器传送信息报文的信息接收模块602，与信息接收模块602相连接的处理报文信息和发送指令的信息处理模块603，分别与信息处理模块603相连接的数据库601、配置和调试模块604以及显示报警模块605。
所述的配置和调试模块604是专门为日常运行、维护、系统调试而配置的，与它相连的信息处理模块603可以通过它向本地监测单元发出索取各种信息的指令；因为，主机监控系统提供给变电站或电厂等场地使用，而每一个使用的对象设备编号、性能、技术参数均不一样，一次结线方式也不一样，设备的安全等级和报警定值也不相同。故需要给用户一个自己能够方便运行维护和调试的工具；如设置终端设备的内部时钟、报警次数、电流的门限值等；还有无线数据传输终端现场安装完成后，需要立刻与主机监控系统的操作界面来进行“对话”，就必须使用该模块来完成开通和投运。
图5是本实用新型实时监测系统的流程图。如图5所示，本实用新型实时监测系统的流程第一步01，首先是直接置于避雷器现场中的本地监测单元的传感器进行数据采集，即测量避雷器的泄漏电流和雷击动作次数，并将测量的结果输入到无线数据传输终端；第二步02，无线数据传输终端接收到从传感器输送的信号进行数据处理，首先经隔离驱动电路去除干扰信号，经A/D转换模块将模拟信号变成数字信号，再经中央处理器CPU组成信息报文上报，以短信息的方式经无线传输单元传送到置于移动通信中心内的托管服务器上；第三步03，托管服务器接收到从无线数据传输终端发来的信息报文，立即向主机监控系统传送；来不及传送的信息报文暂存在缓存器内，待有机会随时传送；第四步04，主机监控系统(置于计算机内的)一方面从托管服务器接收到信息报文，一方面由系统的配置和调试模块604通过托管服务器向无线数据传输终端发出索取检测信息的指令；当主机监控系统接收到报文信息后进行处理，即分解报文信息的内容，将其转换成熟数据(或称模拟信号数据)，一方面存入数据库601内；一方面与允许的电流值对比，是否超过允许的电流值；第五步05，如果已超过允许的电流值，则立即报警，并检查和重新调整设备(避雷器系统)的报警值；如果未超过允许的电流值进行下一步；第六步06，显示或打印监测结果，使用户通过此窗口可随时查询实时监测数据和存入数据库中的历史数据。
所述的无线数据传输终端(以下简称”终端”)是将采集信息组成信息报文，其上报报文的格式通常有5种指令格式
T-检测值报告(接收到主机监控系统(以下简称“主机”)发出检测指令，终端根据要求立刻进行检测，然后上报)A-状态报告(接收到主机发出读状态指令，终端将本机状态立刻进行上报)R-报警报告(终端发现采集数据越限，立刻将越限值上报)S-设定值报告(终端接收到主机发出的读设定值指令，将本地的门限设定值等上报)C-指令确认(终端收到主机指令后，发出的确认信息)上报报文格式例如有(1)测试值报文格式(总长度30位)T<站号><报告时间><泄漏电流><动作次数><电池电压><系统复位次数><校验码><区别码>
字段类型和长度<站号>字母/数字，4位<报告时间>数字，6位，HHMMSS<泄漏电流>数字，4位，0000～1023<动作次数>数字，4位，0000～1023<电池电压>数字，4位，0000～1023(1023＝12V)<系统复位次数>数字，4位，0000～9999<校验码>十六进制代码，2位<区别码>可打印字符，1位注本报文无须主机监控系统回复。
例报文为T10001200000010000110230001115从前至后从前至后分解报文信息为站号(1000)括号内的数据表示站号为1000；报告时间(120000)括号内的数据表示报文上报时间为12:00；泄漏电流(0010)括号内的数据经计算后表示泄漏电流值约0.293mA；动作次数(0001)括号内的数据表示动作了一次；电池电压(1023)括号内数据经计算后表示电压为12V；系统复位次数(0001)括号内数据表示系统曾经复位一次；校验码(11)括号内数据表示计算机产生的校验码为11；区别码(5)括号内数据表示系统产生的区别码为5；其中校验码和区别码，这里只是采用假设(由计算机计算后填入)；在本实施例中，主机监控测系统对无线数据传输终端发送指令有10种指令格式(主要对终端设备的原始状态进行配置、检查和调试)T--设置时钟指令(主机对终端设置同步时钟)A--校准时钟指令(主机对终端进行时钟校准)M--设置报告时间指令(主机对终端设置上报报文时间)U--设置站号密码指令(主机对终端设置站号与密码)V--设置GSM号指令(主机对终端设置GSM号)B--上报测试值指令(主机要求终端将当前测试结果上报)P--设置参数指令(主机对终端设置参数)S--报告设定值指令(主机要求终端将设定的参数进行上报，与数据库存储值校核)C--确认指令(主机对终端发出确认指令)Q--休眠指令(主机要求终端进入休眠方式运行)指令下达报文格式的举例如下(1)设置时间指令其指令格式(总长度20位)<站号><密码>T<报文序号><时间><校验码><区别码>
<时间>数字，4位；HHMM<校验码>十六进制代码，2位<区别码>可打印字符，1位注主机监控系统需对此指令回复报告测试值报文。
例报文为10001234T00010001105分割后报文信息为报文序号(0001)括号内数据表示报文序号为0001；时间(00:01)括号内数据表示设置时间为零点零一分；校验码(10)括号内数据表示计算机产生的校验码为10；区别码(5)括号内数据表示系统产生的区别码为5；其中校验码和区别码，这里只是采用假设(由计算机计算后填入)；
(2)校准时间指令其指令格式(总长度21位)<站号><密码>A<报文序号><调整方向><调整量><校验码><区别码>
<调整方向>1位，+时间增加；-时间减少<调整量>4位，MMSS<校验码>十六进制代码，2位<区别码>可打印字符，1位注主机监控系统需对此指令回复报告测试值报文。
例报文为10001234A0002+0010115分解后报文信息为报文序号(0002)括号内数据表示报文序号为0002；调整方向(+)括号内数据表示调整时间为增加；调整量(0010)括号内数据表示增加10秒，校验码(11)括号内数据表示计算机产生的校验码为11；区别码(5)括号内数据表示系统产生的区别码为5；其中校验码和区别码，这里只是采用假设(由计算机计算后填入)；所述的置于移动通信中心内的托管服务器在本实施例中，是置于地方(如上海)上的移动通信中心的托管服务器(为一台按功能要求配置的计算机)，主要负责完成信息的接收、发送和缓存；由于无线数据传输终端安装在各个变电站和电厂，每一个变电站和电厂都使用一台无线收发计算机来完成无线数据通信这将是造价非常高的。故采用一台托管服务器安装在地方(如上海)移动通信中心，由它负责将每一个变电站和电厂发送的信息接收回来就地存储并转发至各个就地监测计算机即主机监控系统，反之主机监控系统发送的指令由它负责送至各无线数据传输终端；主机监控系统负责完成各项数据的应用。
在本实施例中托管服务器的配置硬件部分DELL PE 2600服务器；INTEL XEON 2.8；4*256M DDR 200 ECC SDRAM内存；36G 15K RPM ULTRA320 SCSI硬盘*2；24*CD ROM EIDE；PERC4/DC RAID1；双通道；集成INTEL GIGABIT 1000M网卡；17’LCD彩显器；软件部分普通的操作系统；普通的通信软件(负责移动短信的收发、存储、转发等)；本地数据库软件等。
权利要求1.一种用于避雷器漏电流和动作次数的实时监测系统，对于接地的避雷器，其特征在于包括含有串联在避雷器接地线上的传感器和与传感器相连接的无线数据传输终端的本地监测单元，置于移动通信中心内的托管服务器和置于计算机内的主机监控系统。
2.根据权利要求1所述的用于避雷器漏电流和动作次数的实时监测系统，其特征在于所述的传感器包含电流耦合器，与电流耦合器输出端相连接的高速积分器，与高速积分器输出端相连接的放大调幅器，分别与放大调幅器相连接的信号跟踪输出器、雷击次数计数器和泄漏电流采集器，分别与雷击次数计数器和泄漏电流采集器相连接的复位信号输入源。
3.根据权利要求1所述的用于避雷器漏电流和动作次数的实时监测系统，其特征在于所述的无线数据传输终端内包含数据处理单元、无线传输单元和供电系统，其中数据处理单元包含相互串联的隔离驱动电路、A/D转换模块和中央处理器；无线传输单元包含无线收发模块和连接口；供电系统是太阳能供电系统。
4.根据权利要求1所述的用于避雷器漏电流和动作次数的实时监测系统，其特征在于所述的置于计算机内的主机监控系统包含信息接收模块，与信息接收模块相连接的信息处理模块，分别与信息处理模块相连接的数据库、配置和调试模块以及显示报警模块。
专利摘要一种用于避雷器漏电流和动作次数的实时监测系统，它包括含有串联在避雷器接地线上的传感器和与传感器相连接的无线数据传输终端的本地监测单元，置于移动通信中心内的托管服务器和置于计算机内的主机监控系统。是分布式的结构，就地测量，通过无线数据传输终端以短信息的方式无线传输数据，通过移动通信网的托管服务器直接转送至主机监控系统，无需技术人员到现场获取数据；彻底地杜绝了被测信号的长距离电缆传输及地电位冲击的问题。
文档编号H01T1/12GK2881659SQ200620039490
公开日2007年3月21日 申请日期2006年2月15日 优先权日2006年2月15日
发明者黄宪东 申请人:上海涌能电力科技发展有限公司