一种侵入波电流电压一体化监测装置的制作方法

本发明涉及变电站侵入波监测技术领域，尤其涉及一种侵入波电流电压一体化监测装置。

背景技术：

在变电站中，入侵变电站的侵入波对变电设备冲击的累积效应会导致变电设备绝缘劣化,从而引发变电设备无征兆的突发性绝缘事故,给变电站的安全运行带来极大威胁。为了降低侵入波给变电站带来的危害，需要对变电站侵入波特征、传播特性以及暂态冲击规律进行系统研究，从而获得设备绝缘劣化与侵入波冲击的内在规律，由此采取相应措施对设备绝缘进行保护。而对变电站侵入波电流电压的监测是展开上述研究的基础。

目前对变电站侵入波电流的监测主要采用从电流互感器二次侧取信号的方式，但受互感器频响范围较窄的限制，对于频率高达上兆赫兹的侵入波电流信号，该方式存在波形失真问题；对于侵入波电压的监测则主要利用电压分压器或光纤电压传感器，而电压分压器的监测频带较窄，无法覆盖典型侵入波的频率范围，且电压分压器的结构特点决定了其在电力系统中的长期使用会产生设备安全隐患；光纤电压传感器的监测频带较宽，但其可靠性差，易受环境温度变化、机械振动等外界干扰影响。所以现有的技术和装置不能实现侵入波电流电压的精确、可靠监测。同时，现有的侵入波监测装置集成度低，传感器模块、电源模块和通信模块未能实现很好的一体化，装置占空间大且需要停电安装。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种侵入波电流电压一体化监测装置，解决了现有技术中不能实现侵入波电流电压的精确、可靠监测，及现有侵入波监测装置集成度低，传感器模块、电源模块和通信模块未能实现很好的一体化，侵入波监测装置占空间大且需要停电安装的技术问题。

本发明实施例提供的一种侵入波电流电压一体化监测装置，包括：

传感器模块1、数据采集处理模块2，传感器模块1输出端与数据采集处理模块2输入端电性连接，用于由传感器模块1监测到侵入波电流电压信号后将侵入波电流电压信号传输至数据采集处理模块2进行采集、处理及存储；

传感器模块1包括侵入波电流传感器11和侵入波电压传感器12；

侵入波电流传感器11包括罗氏线圈与放大电路，罗氏线圈与放大电路电性连接；

侵入波电压传感器12包括圆柱状金属外壳及固定于圆柱状金属外壳外与圆柱状金属外壳同轴心的金属电压极板。

优选地，侵入波电流传感器11内罗氏线圈骨架由热膨胀系数小的材料经精加工所构成。

优选地，罗氏线圈骨架上的线圈紧密缠绕，线圈缠绕方向与磁通方向垂直。

优选地，罗氏线圈外固定安装一层金属屏蔽层，用于抑制外界杂散磁场干扰。

优选地，数据采集处理模块2具体包括：微处理器单元21、高速采集单元22和大容量存储单元23；

微处理器单元21由低功耗高性能微处理器构成；

高速采集单元22由可编程逻辑器件FPGA及高速AD芯片构成；

大容量存储单元23由大容量SRAM构成。

优选地，侵入波电流电压一体化监测装置还包括：无线通信模块3；

数据采集处理模块2输出端与无线通信模块3输入端电性连接，用于将采集到的侵入波电流电压信号通过无线通信模块3向监控中心进行传输。

优选地，无线通信模块3用于接受数据采集处理模块2控制，并上传采集到的侵入波电流电压信号至监控中心；

无线通信模块3还用于接受监控中心下传的指令，并传输至数据采集处理模块2，用于完成参数设置和软件更新。

优选地，侵入波电流电压一体化监测装置还包括：耦合取电模块4；

传感器模块1电源输入端与耦合取电模块4第一输出端电性连接，用于接受耦合取电模块4供电；

数据采集处理模块2电源输入端与耦合取电模块4第二输出端电性连接，用于接受耦合取电模块4供电；

无线通信模块3电源输入端与耦合取电模块4第三输出端电性连接，用于接受耦合取电模块4供电。

优选地，耦合取电模块4包括铁芯18、取电线圈A1～A3、前端冲击保护电路19、整流滤波电路20、DC/DC变换电源电路21以及电源处理电路22，铁芯18、取电线圈A1～A3、前端冲击保护电路19、整流滤波电路20、DC/DC变换电源电路21以及电源处理电路22依次电性连接；

铁芯18用于以双铁芯串联的形式从一次侧感应出交流电压，并通过前端冲击保护电路19、整流滤波电路20、DC/DC变换电源电路21输出直流电压源，进行供电。

优选地，耦合取电模块4包括：

电源处理电路包括锂电池，用于当铁芯感应得一次侧断电时进行持续供电。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本实施例中提供的一种侵入波电流电压一体化监测装置，包括：传感器模块1、数据采集处理模块2，传感器模块1输出端与数据采集处理模块2输入端电性连接，用于由传感器模块1监测到侵入波电流电压信号后将侵入波电流电压信号传输至数据采集处理模块2进行采集、处理及存储；传感器模块1包括侵入波电流传感器11和侵入波电压传感器12；侵入波电流传感器11包括罗氏线圈与放大电路，罗氏线圈与放大电路电性连接；侵入波电压传感器12包括圆柱状金属外壳及固定于圆柱状金属外壳外与圆柱状金属外壳同轴心的金属电压极板；数据采集处理模块包括微处理器单元21、高速采集单元22和大容量存储单元23。本实施例中通过由宽频、高精度的传感器模块1监测到侵入波电流电压信号后将侵入波电流电压信号传输至数据采集处理模块进行采集、处理及存储，并通过数据采集处理模块2经过无线通信模块3上传至监控中心，且针对传感器模块、数据采集处理模块及无线通信模块进行了集成化，解决了现有技术中不能实现侵入波电流电压的精确、可靠监测，及现有侵入波监测装置集成度低，传感器模块、电源模块和通信模块未能实现很好的一体化，侵入波监测装置占空间大且需要停电安装的技术问题。

附图说明

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种侵入波电流电压一体化监测装置的一个结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种侵入波电流电压一体化监测装置的另一个结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种侵入波电流电压一体化监测装置的侵入波电流传感器结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种侵入波电流电压一体化监测装置的侵入波电压传感器结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种侵入波电流电压一体化监测装置的数据采集处理模块电路结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种侵入波电流电压一体化监测装置的无线通信模块电路结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种侵入波电流电压一体化监测装置的耦合取电模块电路结构示意图。

图示说明，1传感器模块，11侵入波电流传感器，12侵入波电压传感器，2数据采集处理模块，21微处理器单元，22高速采集单元，23大容量存储单元，3无线通信模块，4耦合取电模块，5装置外壳，6绝缘介质，7外电极板，8空气介质，9输入信号，10信号调理电路，11A/D采集电路，12时钟单元，13数据缓存FIFO，14触发电路，15S0PC内核，16SRAM，17MSP430F149，18铁芯，A1～A3取电线圈，19前端保护冲击电路，20整流滤波电路，21DC/DC变换电路，22电源处理电路。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种侵入波电流电压一体化监测装置，用于解决现有技术中不能实现侵入波电流电压的精确、可靠监测，及现有侵入波监测装置集成度低，传感器模块、电源模块和通信模块未能实现很好的一体化，侵入波监测装置占空间大且需要停电安装的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种侵入波电流电压一体化监测装置，包括：

传感器模块1、数据采集处理模块2，传感器模块1输出端与数据采集处理模块2输入端电性连接，用于由传感器模块1监测到侵入波电流电压信号后将侵入波电流电压信号传输至数据采集处理模块2进行采集、处理及存储；

传感器模块1包括侵入波电流传感器11和侵入波电压传感器12；

侵入波电流传感器11包括罗氏线圈与放大电路，罗氏线圈与放大电路电性连接；

侵入波电压传感器12包括圆柱状金属外壳及固定于圆柱状金属外壳外与圆柱状金属外壳同轴心的金属电压极板。

以上为对本发明实施例提供的侵入波电流电压一体化监测装置结构的描述，以下将对本发明实施例提供的侵入波电流电压一体化监测装置的详细内部结构进行描述。请参阅图2，本发明实施例提供的侵入波电流电压一体化监测装置包括传感器模块1，数据采集处理模块2，无线通信模块3和耦合取电模块4。其工作模式具体如下：传感器模块1与数据采集处理模块2电性连接，传感器模块1监测到侵入波电流电压信号后将侵入波电流电压信号传输至数据采集处理模块2，并由数据采集处理模块2对侵入波电流电压信号进行高速采集并处理和存储。数据采集处理模块2与无线通信模块3电性连接，数据采集处理模块2将采集到的侵入波电流电压信号传输至无线通信模块3，并由无线通信模块3向监控中心进行传输。耦合取电模块4的第一输出端与传感器模块1的电源输入端电性连接；耦合取电模块4的第二输出端与数据采集处理模块2的电源输入端电性连接；耦合取电模块4的第三输出端与无线通信模块3的电源输入端电性连接；分别进行对传感器模块1、数据采集处理模块2、无线通信模块3的供电。

需要说明的是，传感器模块1和数据采集处理模块2进行实时工作，而无线通信模块3处于休眠状态，当传感器模块1监测到有故障电流、故障电压信号或行波电流、行波电压信号时，高速采集单元21继续采集一段时间并将数据存储在大容量存储单元23(SRAM)里，然后启动无线通信模块3上传数据到监控中心。同时，无线通信模块3也接受监控中心下传的各种命令及参数设置等指令，并再传输到数据采集处理模块2，由此可完成装置的参数设置和软件升级。

其中，传感器模块1包括侵入波电流传感器11和侵入波电压传感器12。侵入波电流传感器11为基于自积分罗氏线圈传感的电流监测技术而研制出的宽频、高精度的电流传感器，其主要电路结构示意图如图3所示。该罗氏线圈的骨架采用热膨胀系数小的材料且骨架精加工，不易变形；且罗氏线圈骨架上的线圈紧致均匀缠绕并与磁通方向垂直，保证线圈与骨架面积均匀；且线圈外还加一层金属屏蔽层以抑制外界杂散磁场的干扰。由上述工艺及技术研发的侵入波电流传感器11频带宽、精度高，具有很好的侵入波电流监测性能。侵入波电压传感器12为基于空间电容耦合分压的电压监测技术而研制出的宽频、高精度的电压传感器，其电压测量结构原理示意图如图4所示。在本发明实施例提供的侵入波电流电压一体化监测装置的圆柱状金属外壳外用绝缘胶粘剂固定一片与外壳同轴心的金属电压极板，这样电压极板分别与金属外壳和大地形成2个电容C₁和C₂，从而构成了电容分压器，在C₁两端并联采样电容C_M，即可获取线路电压。由于本侵入波电流电压一体化监测装置的电压极板与大地及空气介质构成了高压臂电容，电场分布均匀，克服了传统电容式分压器可能发生沿面闪络的缺点，同时高压臂电容与低压臂电容由极板直接连接，不存在引线电感，因此电压传感器的频率响应特性好。

其中，数据采集处理模块2包括微处理器单元21、高速采集单元22、大容量存储单元23。微处理器单元21采用低功耗，性能强的微处理器MSP430；高速采集单元22由可编程逻辑器件FPGA及高速AD芯片组成，大容量存储单元23选用型号为IS61LV25616AL的SRAM。如图5所示，为数据采集处理模块内部具体电路示意图。

请参阅图6，其中，无线通信模块3选用西门子的无线模块MC35，该模块具有232接口。数据收集和发送控制均由微处理器MSP430通过232接口利用AT命令集进行。MC35无线模块部分的工作方式、工作状态、工作内容以及开关机等均由微处理器MSP430控制。微处理器MSP430由一个IO引脚监视无线模块MC35的DSR0引脚，从而监视无线模块MC35是否处于开机状态(引脚为高电平时为关机、低电平是为开机)。微处理器MSP430与无线模块MC35的数据传输均通过异步串行通讯接口实现。

请参阅图7，其中，耦合取电模块4包括铁芯、取电线圈、前端冲击保护电路、整流滤波电路、DC/DC变换电源电路以及电源处理电路。其具体工作方式为：在线路正常电流变化范围内，特制的双铁芯采用串联的形式从一次侧感应出交流电压，用于降低耦合取电的最低启动电流，再经过前端冲击保护电路、整流滤波电路、DC/DC变换电源电路后可输出3～75V的直流电压源，此直流电压源将为整个装置系统供电。而当铁芯感应得一次侧线路断电时，电源处理电路可调节锂电池给装置系统供电，由此保证电源系统的供电可靠性。

本发明实施例中通过由宽频、高精度的传感器模块1监测到侵入波电流电压信号后将侵入波电流电压信号传输至数据采集处理模块进行采集、处理及存储，并通过数据采集处理模块2经过无线通信模块3上传至监控中心，且针对传感器模块、数据采集处理模块及无线通信模块进行了集成化，解决了现有技术中不能实现侵入波电流电压的精确、可靠监测，及现有侵入波监测装置集成度低，传感器模块、电源模块和通信模块未能实现很好的一体化，侵入波监测装置占空间大且需要停电安装的技术问题。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。