避雷器智能化在线监测系统设计

时间：2022-05-21 17:01:49

关键字：氧化锌避雷器在线监测数据分析

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[导读]摘要:随着国家电网公司智能电网计划的全面实施,在线监测技术在电力系统二次领域所占地位越来越高,它是输电线路综合自动化得以实现的重要保证,因此有必要对其进行深入研究。现对氧化锌避雷器（MoA）在线监测技术进行深入探讨,综合利用电子技术、微处理器技术、现代传感器技术、通信技术、信号处理技术和计算机技术等来构建MoA在线监测系统,实现对MoA的实时在线监测,解决现有避雷器监测装置只能通过单一数据分析避雷器运行状态、准确率低的问题,可通过分析更加全面的数据准确判断避雷器的性能以及工作状态,从而确保MoA安全可靠运行,为智能化建设与改造奠定坚实的基础。

引言

避雷器是电力系统中重要的预防及保护类设备,能够准确并及时掌握其运行状态并开展必要的检修对电力系统的安全运行至关重要[1],其性能优劣将直接影响电网的安全稳定运行。本文提出了一种基于多传感器的避雷器工作状态的监测装置,其通过多个传感器采集避雷器运行时的多种数据并采用一定的算法加以融合,计算出避雷器是否存在需要检修或将要损坏的萌芽状态,以准确反映避雷器的工作状态及性能,从而提前对其进行状态检修,保障避雷器的正常使用。

1避雷器监测系统硬件结构

监测终端的电路设计采用可编程逻辑技术,采用的器件是复杂可编程逻辑器件CPLD。CPLD是从PAL和GAL器件发展出来的,相对而言规模大、结构复杂,属于大规模集成电路范围,是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。以CPLD为主要的硬件载体完成对前端电流信号的测频及对频值的采集方案。微处理器中以STM32单片机为核心对设备的工作过程进行控制并能接收采集到的信息进行有效分析处理,实现对A/D转换芯片的信号频率的测量和实时采样控制,实现与数据存储模块、看门狗模块、报警模块的互联,还可完成数据的缓冲、传输、处理等（图1）。

由于避雷器泄漏电流非常微弱,且变电站电磁环境复杂,电磁干扰强烈,精确测量泄漏电流幅值和相位具有很大困难,故在硬件设计时,要充分考虑传感器的选型以及信号滤波、放大处理。通过高精度电流传感器获取MoA的泄漏电流,然后将获取的电流信号通过程控放大电路进行放大。放大后的信号送入A/D转换电路进行模数转换:微处理采用STM32单片机,其具有高性能、低成本、低功耗的特点,温度传感器、湿度传感器和污秽度传感器选用瑞士SenSirion公司的传感器,该传感器采用芯片SHT11,具有集放大电路、A/D转换电路及存储器于一体的功能,芯片是两线数字接口,完全数字量输出,无需微调,可与微处理器直接相连,外围电路简单。放大模块用于将泄漏电流传感器采集到的电流进行转换放大处理,泄漏电流传感器采用法拉第的方式将光纤直接绕在电流线上进行采集数据,A/D转换模块将放大模块处理的信号进行模数转换,FFT模块将转换后的数据进行快速傅里叶变换:电源模块采用直流12V、3.3V两个电压等级进行供电,其中直流12V由输入电压为AC85～305V、输出电压为DC12V的金升阳LH10-13B12-10w电源模块转换而来,主要用来为液晶屏模块提供直流12V电压:直流3.3V由上级输出的DC12V经过VRB1203ZP-6wR2电源模块转换而来,对整个监测装置供电:液晶显示模块用来对微处理器处理后的数据进行显示,当微处理器融合处理的数据偏离上位机设定的阈值时,报警模块进行报警提示。

2系统软件设计

本文监测终端主控制器采用的是STM32+CPLD,因此,软件方面的设计包括了STM32和CPLD两个部分。

经过对代码的合理编写,程序在STM32运行时逻辑清晰且功能完善,突出了其健壮性且结构紧凑,可维护性强,符合工控软件编写要求。CPLD功能强大,能够实现对雷击次数计数、电网频率测定等功能,它的逻辑模块由Veri1og语言编写,在quartuSⅡ7.2集成开发环境下开发,主要包括了系统控制逻辑模块、SPI通信逻辑模块和雷击计数逻辑模块。

3系统运行测试及数据分析

我们对氧化锌避雷器的实验环境进行模拟,这时高压避雷器的末端对地泄漏电流以及其两端承受的电压信号就成为了待测量。然后我们用高压变压器把220V的电压信号升高到20kV接到氧化锌避雷器和架空导线上,其中避雷器的A相电流输出端接B相电流输入端,B相电流输出端接C相电流输入端。通过相应的传感器采集所需信息送入监测终端进行处理,PC模拟后台通过接收232网口传送来的数据读取终端分析出的数据。对采集到的数据进行整理,得到结果如表1所示。