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Title:
WIRELESS SYSTEM FOR MEASURING VOLTAGE DISTRIBUTION OF ARRESTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/097492
Kind Code:
A1
Abstract:
A wireless system for measuring voltage distribution of arrester acquires the voltage of each node of the arrester synchronously by a wireless transmission method. The voltage of a transformer can be measured by a host(2), and the acquisition of the voltage is only at an interval of 0.6ms with the acquisition of the voltage of the node of the arrester by each voltage measuring probe(1), so measuring accuracy cannot be influenced. A discrete Fourier transform method is applied in signal processing to analyze and calculate the acquired voltage signal. An interference harmonic wave is filtered and base wave voltage is accurately calculated to ensure the measuring accuracy.

Inventors:
GAO QIANG (CN)
ZHONG DANTIAN (CN)
GENG BAOHONG (CN)
ZHANG JUNYANG (CN)
WANG MAOJUN (CN)
ZHU YU (CN)
Application Number:
CN2011/001919
Publication Date:
July 26, 2012
Filing Date:
November 17, 2011
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Assignee:
LIAONING ELECTRIC POWER CO LTD (CN)
NORTHEAST POWER SCIENT RES INSTITUTION LTD (CN)
LIAONING DONGKE POWER LTD (CN)
GAO QIANG (CN)
ZHONG DANTIAN (CN)
GENG BAOHONG (CN)
ZHANG JUNYANG (CN)
WANG MAOJUN (CN)
ZHU YU (CN)
International Classes:
G01R31/00; G01R1/067; G01R19/00; G08C17/02
Foreign References:
CN102033184A2011-04-27
CN202013388U2011-10-19
CN101833051A2010-09-15
CN201707380U2011-01-12
CN101178838A2008-05-14
CN101799492A2010-08-11
JPH1038947A1998-02-13
Other References:
JIN, WENJIE ET AL.: "New 500 kV Metal Oxide Surge Arresters Potential Distribution", HIGH VOLTAGE APPARATUS, vol. 46, no. 5, May 2010 (2010-05-01), pages 3941, XP008169772
ZHAO, MIAO ET AL.: "Potential Distribution Measurement of MOA for 1000 kV AC GIS", HIGH VOLTAGE APPARATUS, vol. 46, no. 6, June 2010 (2010-06-01), pages 10 - 13, XP008169769
See also references of EP 2669690A4
None
Attorney, Agent or Firm:
LIAONING SHENYANG GUOXING INT'L PATENT OFFICE (CN)
辽宁沈阳国兴专利代理有限公司 (CN)
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Claims:
权利要求

1、 一种避雷器电压分布无线测量系统, 其特征在于: 该系统主要包括避雷 器内部电压分布测量探头 (1) 和主机 (2), 电压测量探头 (1) 由外壳 (11) 和内部电路构成, 电压测量探头 (1) 的内部电路包括 MCU、 无线模块 (12) 和电压测量及变换电路 (13), 外壳 (11) 为采用工程塑料制成的圆饼形状; 主 机 (2) 主要由第二 MCU、 第二无线模块 NRF24L0PA、 信号测量及变换电路和 远程通信电路构成; 主机 (2) 为铝外壳, 天线 (5) 外置; 该系统还包括可以 与主机 (2) 进行数据交换的上位机。

2、 根据权利要求 1所述的避雷器电压分布无线测量系统, 其特征在于: 所 述分布电压测量探头 (1) 至少为 1个。

3、 根据权利要求 1所述的避雷器电压分布无线测量系统, 其特征在于: 所 述电压测量探头(1)设置在避雷器(6)内部, 穿插到电阻片(7)中, 外壳(11) 分上下两个端盖, 上端盖 (3) 的上面和下端盖 (4) 的下面均是由圆形电路板 粘合而成, 电路板一侧敷铜并使铜箔外露, 电路板另一侧接入电压测量探头(1) 内部电路; 外壳 (11) 侧面开有圆孔 (14), 电压测量探头 (1) 内部的电源开 关 (15) 伸入圆孔 (14) 中。

4、 根据权利要求 3所述的避雷器电压分布无线测量系统, 其特征在于: 电 路板另一侧接入电压测量探头 (1) 电压测量及变换电路 (13) 上。

5、 根据权利要求 1、 2、 3或 4所述的避雷器电压分布无线测量系统, 其特 征在于: 所述电压测量探头 (1) 内部电路由 MCU、 无线模块 (12)、 电压测 量及变换电路 (13)、 电源开关 电源指示灯 (16)、 电池 (17) 和拨码开 关 (18) 构成; 无线模块 (12) ^别与电池 (17)、 拨码开关 (18) 和电源开关 ( 15 ) 相连; MCU和无线模块 (.12) 均由电池 (17) 供电, 拨码开关 (18) 设 置地址并由 MCU读取并储存, MCU采用 C8051低功耗芯片; 无线模块 (12) 为 NRF24L01无线模块, 采用内置链路层的 GFSK单收发芯片; 电压测量及变 换电路 (13 ) 与 MCU相连; 电源开关 (15 ) 伸入外壳 (11 ) 下端盖 (4) 的圆 孔(14) 中, 电源开关(15 )下方设有电源指示灯(16); 电池(17)采用 3.6V, 容量 450mAH的工控电池; 用于选择各探头地址的拨码开关 (18) 的地址范围 为卜 64。

6、 根据权利要求 1所述的避雷器电压分布无线测量系统, 其特征在于: 具 有变压器电压测量功能的主机 (2) 与电压测量探头 (1 ) 进行无线数据交换; 外部接口为 DB9针口和卡隆接口, 通信电缆通过 DB9针口接入主机(2), 卡隆 接口与变压器二次侧抽头连接; 主机 (2) 电路部分有电源电路、 第二 MCU、 第二无线模块 NRF24L0PA、 信号测量及变换电路、 远程通信电路; 电源采用 4 节 1.5V电池, 第二 MCU与第二无线模块 NRF24L0PA相连,第二 MCU经通信 电缆传给上位机, 主机(2)通信采用 RS485方式, 传输距离 1000m, 传输采用 两芯屏蔽电缆。

7、根据权利要求 1或 6所述的避雷器电压分布无线测量系统,其特征在于: 上位机通过屏蔽电缆连接到系统主机 (2) 上, 上位机采用 PC机或工控机与主 机(2)通信, 上位机与主机(2)之间以 485总线方式传输, 上位机与主机(2) 之间加信号隔离, 主机 (2) 内部设 高速光耦对信号隔离。

Description:
避雷器电压分布无线测量系统

技术领域:

本发明属于避雷器电压分布测量技术领域, 尤其是涉及一种通过无线测量 方法对避雷器电压分布进行测量的系统。

背景技术:

在高压电网中, 避雷器阀片电压分布不均直接影响其稳定运行 , 避雷器芯 体是由电阻片串联而成的电阻片柱, 由于电阻片柱对地杂散电容的作用, 使避 雷器各部分电压分布不均, 上部电阻片比下部电阻片承受电压高, 老化速度快, 电压分布较高的阔片一旦损坏,其它阀片的电 将提高,最终导致避雷器损坏。 因 此 MOA的电压分布是否合理直接影响整支的运行寿 命。 随着 MOA电压等级 的升高, 其高度也越来越高, MOA电压分布的不均匀程度也越来越严重, MOA 均压问题一直受到生产、 运行部门的共同关注。 当前, 国内外在测量避雷器电 压分布中, 大都采用光纤电流法, 此种方法延用多年, 在测量系统的安装上存 在很多弊端, 多困光纤从避雷器瓷套内部引出, 为实验带来许多不便, 甚至需 要在瓷套上钻孔, 影响测量的准确性。 应用此类方法, 必须分时的测量避雷器 各节点电压, 而变压器的电压必须由峰值表读出, 很难与探头测量电压保持同 步性, 这样就影响了测量的准确性。

发明内容:

1、 发明目的:

本发明针对上述问题, 提出了一种 雷器电压分布无线测量系统。

2、 技术方案:

本发明是通过以下技术方案来实现 &J : 内部分布电压测量探头和主机, 电压测量探头由外壳和内部电路构成, 电压测 量探头的内部电路包括 MCU、 无线模块和电压测量及变换电路, 外壳为采用工 程塑料制成的圆饼形状; 主机主要由第二 MCU、 第二无线模块 NRF24L0PA、 信号测量及变换电路和远程通信电路构成; 主机为铝外壳, 天线外置; 该系统 还包括可以与主机进行数据交换的上位机。

所述分布电压测量探头至少为 1个。

所述电压测量探头设置在避雷器内部, 穿插到电阻片中, 外壳分上下两个 端盖, 上端盖的上面和下端盖的下面均是由圆形电路 板粘合而成, 电路板一侧 敷铜并使铜箔外露, 电路板另一侧接入电压测量探头内部电路; 外壳侧面开有 圆孔, 电压测量探头内部的电源开关伸入圆孔中。

电路板另一侧接入电压测量探头电压测量及变 换电路上。

所述电压测量探头的内部电路由 MCU、 无线模块、 电压测量及变换电路、 电源开关、 电源指示灯、 电池和拨码开关构成; 无线模块分别与电池、 拨码开 关和电源开关相连; MCU 和无线模块均由电池供电, 拨码开关设置地址并由 MCU读取并储存, MCU采用 C8051低功耗芯片; 无线模块为 NRF24L01无线 模块,采用内置链路层的 GFSK单收发芯片;电压测量及变换电路与 MCU相连; 电源开关伸入外壳下端盖的圆孔中, 电源开关下方设有电源指示灯; 电池采用 3.6V, 容量 450mAH的工控电池; 用于选择各探头地址的拨码开关的地址范围 为卜 64。

具有变压器电压测量功能的主机与各个电压测 量探头进行无线数据交换; 外部接口为 DB9针口和卡隆接口,通信¾缆通过 DB9针口接入主机, 卡隆接口 与变压器二次侧抽头连接; 主机电路部 ^有电源电路、 第二 MCU、 第二无线模 块 NRF24L0PA、 信号测量及变换电路、 远程通信电路; 电源采用 4节 1.5V电 池, 第二 MCU与第二无线模块 NRF24L0PA相连, 第二 MCU经通信电缆传给 上位机, 主机通信采用 RS485方式, 传输距离 1000m, 传输采用两芯屏蔽电缆。

上位机通过屏蔽电缆连接到系统主机上,上位 机采用 PC机或工控机与主机 通信, 上位机与主机之间以 485总线方式传输, 上位机与主机之间加信号隔离, 主机内部设有高速光耦对信号隔离。

3、 优点及效果:

本发明提出的这种避雷器电压分布无线测量系 统, 具有如下优点: 采用避雷器电压分布无线测量系统, 使得安装方便, 避免探头和主机之间 的连接线繁杂等问题, 利用离散傅立叶方法去除谐波, 提高测量精度。 实验变 压器电压测量和探头测量同步进行, 使整个测量过程更接近于理想状态, 有利 于工程人员分析数据。 工程人员可以在 PC 机或工控机对测量系统进行远程操 作, 操作人员更加安全。 测量数据通过软件处理生成表格、 描绘曲线等, 提高 了工作效率。

附图说明:

图 1为本发明整体示意图;

图 2为本发明电压测量探头结构示意图;

图 3为电压测量探头上端盖打开时的结构示意图

图 4为电压测量探头内部结 示意图;

图 5为电压测量探头安装到避雷器时的示意图;

图 6为主机结构示意图;

图 7为主机内部结构示意 ί ;

图 8为主机外部结构示意图;

图 9为电压测量探头内部电跻连接示意图; 图 10为主机内部电路连接示意图;

图 11为利用本发明进行测量时的参数设置界面;

图 12为利用本发明进行测量时的实验界面。

附图标记说明:

1一电压测量探头; 2—主机; 3—上端盖; 4一下端盖; 5—天线; 6—避雷 器; 7—电阻片; 11一外壳; 12—无线模块; 13—电压测量及变换电路; 14一圆 孔; 15—电源开关; 16—电源指示灯; 17—电池; 18—拨码开关。

具体实施方式:

下面结合附图对本发明做进一步的说明:

一种避雷器电压分布无线测量系统, 其特征在于: 如图 1 中所示, 该系统 主要包括避雷器内部分布电压测量探头 1和主机 2, 如图 2中所示, 电压测量探 头 1 由外壳 11和内部电路构成, 电压测量探头 1的内部电路包括 MCU、 无线 模块 12和电压测量及变换电路 13, 外壳 11为采用工程塑料制成的圆饼形状; 主机 2主要由 MCU、 无线模块 NRF24L0PA、 信号测量及变换电路和远程通信 电路构成。 如图 8所示, 主机 2为铝外壳, 天线 5外置; 该系统还包括可以与 主机 2进行数据交换的上位机, 上位机软件可以与主机进行数据交换, 在 PC机 或工控机上显示, 具有控制主机发出电压采集命令, 使各电压测量探头同时采 集信号, 并取回各电压测量探头的测量值以及主机所测 量的变压器电压值的功 能。

所述分布电压测量探头至少为 1个。

如图 5所示, 所述电压测量探头 1设置在避雷器 6内部, 穿插到电阻片 7 中, 如图 3中所示, 外壳 11分上下两个端盖, 上端盖 3的上面和下端盖 4的下 面均是由圆形电路板粘合而成, 电路板一侧敷铜并使铜箔外露, 便于外壳上下 替换 ^ (细则第 26条) 端面与电阻片良好接触, 电路板另一侧通过导线接入电压测量探头 1内部电路, 使避雷器泄漏电流流过探头内部测量电路, 外壳 11侧面开有圆孔 14, 电压测量 探头 1内部的电源开关 15伸入圆孔 14中,电源开关 15下方设有电源指示灯 16; 在电源开关 15打开时, 可以通过圆孔 14看到电源指示灯 16点亮。

如图 4中所示, 所述电压测量探头 1的内部电路由 MCU、无线模块 12、 电 压测量及变换电路 13、 电源开关 15、 电源指示灯 16、 电池 17和拨码开关 18构 成; MCU和无线模块 12均由电池 17供电,拨码开关 18设置地址并由 MCU读 取并储存, MCU 采用 C8051 低功耗芯片, 可以通过 SPI 方式对无线模块 12NRF24L01进行操作; 电压测量及变换电路 13采用电阻取样, 把信号进行变 换及放大处理过的电压波形进入 MCU内部进行 A/D/转换; 电源开关 15伸入外 壳 11下端盖 4侧面的圆孔 14中, 电源开关 15下方设有电源指示灯 16; 电池 17采用 3.6V, 容量 450mAH的工控电池; NRF24L01无线模块 12为 GFSK单 收发芯片,内置链路层, 自动应答及自动重发功能 1 或 2Mbps地址及 CRC 检 验功能数据传输率, 可用于跳频, 工作电压 1.9-3.6V; 拨码开关 18用于选择各 探头地址, 地址范围为 1〜64。

如图 6中所示, 主机 2具有变压器电压测量功能, 与各个电压探头进行无 线数据交换; 外部接口为 DB9针「和卡隆接口,通信电缆通过 DB9针口接入主 机 2, 卡隆接口与变压器二次侧杓头连接, 用于变压器电压信号测量。 如图 7中 所示, 主机 2电路部分有电源「i路、 第二 MCU、 第二无线模块 NRF24L0PA、 信号测量及变换电路和远程通信电路; 电源可以采用 4节 1.5 V AAA电池,经稳 压电路转换成正负电源供给放大器和通信电路 使用;第二 MCU通过 SPI方式控 制第二无线模块 NRF24L0PA ., 信号测量及变换电路把变压器二次侧电压变换 成 0-2.5V电压, 送入第二 MCU进 A/D变换, 经通信电缆传给上位机, 主机 2 通信采用 RS485方式, 传输距离 1000m, 传输采用两芯屏蔽电缆。 上位机采用 PC机或工控机与主机通信, 上位机与主机 2通信加信号隔离以防高电压冲击, 信号隔离采用设置在主机 2 内部的高速光耦实现。 上位机与主机 2之间以 485 总线方式传输。

上位机软件采用 Delphi编写, 可以通过图 11和图 12中所示的界面设置所 要测试避雷器的等级; 采集电压测量探头 1 的地址; 更改测量系数; 输出测量 曲线及报表等, 并且具有对各探头多次校验功能, 使无线测量系统传输可靠。

上位机软件安装到 PC机或工控机上, 通过设置上位机界面各项参数, 对应 所要测量的试品, 上位机通过屏蔽电缆连接到系统主机 2上, 上位机发出测量 命令后, 主机 2采集变压器二次电压, 同时主机 2通过无线传输方式命令各个 电压测量探头 1 采集电压。 成功采集后上位机发出读取主机数据命令, 首先主 机 2把所测量的电压值送到上位机, 经软件计算出变压器的实际值, 而后上位 机依次发出对各探头读取数据命令, 各个电压测量探头 1 通过无线方式把所测 的数据发送给主机 2, 主机 2通过 RS485方式传输到上位机。 上位机的软件立 即分析出避雷器电压分布情况, 并且形成曲线, 生成数据报表。

在信号处理上, 本发明应用傅立叶变换法, 对采集的电压信号进行分析计 算, 过滤出干扰谐波算出准确的基波电压, 从而保证测量精度。

考虑信号中包含有高次谐波及噪声的情况, 可将信号 X(t)表示为-

X{t) = ^ k sin + ) + N(t) 计算公式:

考虑信号中包含有高次谐波及噪声的情况, 可将信号 X (t)表示为:

X{t) = X k sin(«iy/ + ¾) + N{t)

k=0

6

替换页 (细则第 26条) 根据三角函数的正交性, 得:

2 Γ7'

~~ I (t) sin tytit = X k cos¾¾

2

^ =— I X(t)cos otdt = X k sin¾

T * 以上是针对时间连续信号, 对于采样后的离散信号, 可以将积分表示成离散 形式:

2 I 2ττ

A L =— > X(n) sin(—— hi)

B. =— X(n)cos(—kn)

k N i N 由此可以计算信号基波的幅值: ί, =— Χ( ) sin(— «)

N N

=—^ X(ri) cos (― ri)

1 NS N 其中 N是一个周期中的采样点数。 实施例: 在杭州永德电气公司做 500KV瓷套与合成套避雷器型式实验, 节点 0为实 验变压器电压 , 节点 1为避雷器最下端, 依次往上共 26节点。 实验数据如下: 表 1

500KV 瓷套避雷器电压分布 11001919

500KV合成套避雷器电压分布




 
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