CN219915809U - 一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型所提出的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，包括依次连接的传感器模块、电流测量模块和通讯模块；传感器模块设置在具有唯一编号的杆塔上，用于采集通过杆塔的高频雷电流信号和工频短路电流信号；其中，杆塔编号与装置的编号具有唯一对应关系；电流测量模块包括依次相连的信号采集处理电路、信号保持与触发电路、微控制器和数据存储器；用于采集并处理传感器模块中的杆塔的高频雷电流信号和工频短路电流信号；通讯模块：具有与终端交互数据的接口。本装置可监测雷电活动时通过传感器的雷电流和工频电流信号以备随时调用，从而快速锁定发生故障的杆塔信息。

Description

一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置

技术领域

本实用新型属于电力监测领域，更具体地，涉及一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置。

背景技术

在输电线路中，80％的故障都是由雷电活动引起。这是因为雷电活动造成的输电线路设备损坏，不仅会产生高频雷电流，还会产生对地工频短路电流，从而造成线路跳闸或带故障运行，若不实时监测和及时处理故障，会造成更加严重的事故。因此，只有实时监测输电线路杆塔的雷电流和工频电流并定位到故障点，才能实时有效地监控输电线路的安全运行。

目前雷电活动一般通过雷电探测天线测量雷击电流的大小，但通过雷电探测天线测量会存在很多问题：首先，当输电线路中发生故障时，由于雷电探测天线易受干扰信号的影响，定位精度误差较大，不能准确获取发生故障的杆塔号，因此对故障杆塔的排查有限且不及时；其次，雷电探测天线也不能确定监测的雷电流是否直接作用在输电线路上，不能随时对获取的电流信号进行提取和使用；此外，现有技术中高速电流信号的采集一般直接采用高速数模转换(ADC)、可编程门阵列(FPGA)或微处理器(MCU)等电路，较为复杂，导致成本较高。

实用新型内容

针对以上现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，用于解决现有技术无法快速精准排查故障杆塔号、对故障原因不能及时进行定性分析、以及成本高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的：

传感器模块：设置在具有唯一编号的杆塔上，用于采集通过所述杆塔的高频雷电流信号和工频短路电流信号；其中，杆塔编号与所述装置的编号具有唯一对应关系；

电流测量模块：包括依次相连的信号采集处理电路、信号保持与触发电路、微控制器和数据存储器；用于采集并处理所述传感器模块中的所述杆塔的高频雷电流信号和工频短路电流信号；

通讯模块：具有与终端交互数据的接口。

进一步的，所述信号保持与触发电路包括同时与所述信号采集处理电路连接的高速信号保持与触发电路和低速信号保持与触发电路；

所述微控制器包括带高速数模转换电路微控制器和带低速数模转换电路微控制器。

进一步的，所述带高速数模转换电路微控制器与所述高速信号保持与触发电路连接；所述带低速数模转换电路微控制器与所述低速信号保持与触发电路连接。

进一步的，所述带高速数模转换电路微控制器和所述带低速数模转换电路微控制器连接。

进一步的，所述数据存储器与所述带低速数模转换电路微控制器连接。

进一步的，所述通讯模块与所述带低速数模转换电路微控制器连接。

进一步的，所述传感器模块包括开口式罗柯夫斯基线圈，通过防水接头与所述电流测量模块连接。

进一步的，所述电流测量模块和所述通讯模块设置在具有防水功能的箱体中，通过防水接头与所述传感器模块连接。

进一步的，所述装置还包括供电模块，包括太阳能电池板、太阳能板控制器和电池；通过防水接头分别与所述电流测量模块和所述通讯模块连接。

进一步的，所述通讯模块包括无线通讯电路和/或有线通讯电路。

总体而言，通过本实用新型所构思的技术方案，与现有技术相比能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型提供的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，在具有与装置编号一致的唯一编号的杆塔上设置传感器模块，可以直接根据装置的唯一编号得到故障杆塔的唯一编号，从而快速锁定故障杆塔的准确位置，极大的减少了故障杆塔的位置排查时间，也在一定程度上保证了检修人员的安全。

(2)本实用新型提供的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，电流测量模块包括依次相连的信号采集处理电路、信号保持与触发电路、微控制器和数据存储器，将满足设定条件的高频雷电流信号和工频短路电流信号分别转换为对应的数字信号，以供通讯模块可以随时提取使用，更加方便简单。

(3)本实用新型提供的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，信号保持与触发电路包括同时与信号采集处理电路连接的高速信号保持与触发电路和低速信号保持与触发电路，且分别与带高速数模转换电路微控制器和带低速数模转换电路微控制器连接。将高频电流信号和低频电流信号分开处理存储，可为故障杆塔的快速分析提供有力数据。

(4)本实用新型提供的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，不仅可以实时监测输电线路是否遭受雷击，是否因雷击产生对地工频短路，而且可以记录雷电发生前后时间段的波形数据、幅值、发生时间等，可以随时提取雷电发生前后的数据包，迅速得到解决方案，对分析输电线雷电危害、故障排查和分析提供了必要的数据和有利的依据，在减少故障停电时间、保障电力供应等方面有重大意义。

(5)本实用新型提供的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，直接采用自带高速数模转换的微处理器，可实现多种功能的嵌入式开发，具有低成本、高稳定性的优点；此外，利用远程数据传输实现集中监控，直观方便的对所有输电线杆塔进行实时监控。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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他的附图。

图1为本实用新型的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置的装置安装示意图；

图2为本实用新型的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置的装置示意图；

图3为本实用新型的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置的电流测量模块示意图；

1-传感器模块；2-电流测量模块；3-通讯模块；4-供电模块；

21-信号采集处理电路；22-信号保持与触发电路；23-微控制器；24-数据存储器；

221-高速信号保持与触发电路；222-低速信号保持与触发电路；

231-带高速数模转换电路微控制器；232-带低速数模转换电路微控制器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或电路的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或电路，而是可选地还包括没有列出的步骤或电路，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或电路。

下面结合图1-图3描述本实用新型所提供的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置。

图1是本实用新型提供的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置的装置安装示意图，处理器通过该装置获取数据包实现对输电线路杆塔的电流监测及故障定位，在每个杆塔上安装该装置，且每个杆塔的编号与装置的编号一一对应，且编号具有唯一性，当雷打到某个杆塔上时，杆塔上对应的装置就会有计数并保存相应数据包，由此便可以得知故障杆塔的定位以及雷电类型。

如图2所示，为本实用新型的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置的装置示意图；该装置包括依次相连的传感器模块1、电流测量模块2和通讯模块3。

传感器模块1：设置在具有唯一编号的杆塔上，用于采集通过杆塔的高频雷电流信号和工频短路电流信号；其中，杆塔编号与装置的编号具有唯一对应关系。

其中，传感器模块1可为大电流传感器，杆塔的唯一编号与装置的唯一编号一一对应，在输电线路杆塔上套上大电流传感器或大电流感应线圈，可以实时还原出通过杆塔对地的雷电流和工频短路电流，产生的电流信息经过积分还原后通过电流测量模块2。需要说明的是，传感器模块1是实时还原的。

作为本实用新型的一个实施例，大电流传感器连接至电流测量模块2，由罗氏线圈组成，输出信号是电流对时间的微分，将感应出的电流转换成电压信号。更进一步的，大电流传感器为开口式罗柯夫斯基线圈，通过防水接头与电流测量模块2连接。

电流测量模块2：包括依次相连的信号采集处理电路21、信号保持与触发电路22、微控制器23和数据存储器24；用于采集并处理传感器模块1中的杆塔的高频雷电流信号和工频短路电流信号。

也就是说，该模块设置有设定条件，与传感器模块1和通讯模块3相连接；用于录入杆塔编号和雷电发生时间，以及实时采集并处理还原后的高频雷电流信号和工频短路电流信号，将满足设定条件的高频雷电流信号和工频短路电流信号分别转换为对应的数字信号，以形成对应的数据包进行存储，其中，数据包包括数字信号、对应的雷电发生时间和对应的杆塔编号。

需要说明的是，电流测量模块2与传感器模块1连接，无论是否有雷电，都会一直实时采集还原后的高频雷电流信号和工频短路电流信号，一旦有雷电产生，电流信号会超过设定条件，则电流测量模块2就会自动将这段时间的高频雷电流信号和工频短路电流信号保存下来后转换为对应的数字信号；与此同时，发生雷电的时间、以及发生的杆塔编号也会对应保存起来，从而形成一个数据包。根据杆塔装置的唯一编号得到故障杆塔的唯一编号，从而快速锁定故障杆塔的准确位置，极大的减少了故障杆塔的位置排查时间，且数据包中包含雷电高频雷电流信号和工频短路电流信号对应的数字信号，后续可由处理器解析为可用的数据，对分析输电线雷电危害和故障的排查提供了有利依据，减少故障停电时间，在保障电力供应等方面有重大的意义。

进一步的，电流测量模块2包括依次相连的信号采集处理电路21、信号保持与触发电路22、微控制器23和数据存储器24。

信号采集处理电路21用于实时采集传感器模块1监测的高频雷电流信号和工频短路电流信号；信号保持与触发电路22设置有设定条件，用于输入满足设定条件的高频雷电流信号和工频短路电流信号并传输给微控制器23；微控制器23用于录入杆塔编号和雷电发生时间，并将得到的高频雷电流信号和工频短路电流信号分别转换为对应的数字信号；数据存储器24用于将数据包进行存储以供通讯模块3提取。需要说明的是，设定条件可以是设定的一个数值，也可以是设定的一个范围。

无论是否有雷电，信号采集处理电路21会一直实时采集还原后的高频雷电流信号和工频短路电流信号。例如，雷电流正常的情况下，大电流传感器还原的高频雷电流信号为0V左右，则信号采集处理电路21采集的信号也为0V左右，信号保持与触发电路22并不会将电流信号进行转换。而当有雷电发生时，会有一个微秒级的高频雷电流信号波动和毫秒级的工频短路电流信号波动，此时电流信号超过了设定数值，则信号保持与触发电路22才会将还原后的高频雷电流信号和工频短路电流信号传输给微控制器23。也就是说，信号保持与触发电路22更多的是监测是否有雷电产生。

微控制器23中会录入杆塔编号和雷电发生时间，其中，杆塔编号和装置编号一一对应，以便杆塔发生故障时，可以通过装置编号迅速锁定杆塔的准确位置。此外，当微控制电路接收到信号保持与触发电路22传来的高频雷电流信号和工频短路电流信号并将其分别转换为对应的数字信号时，会将发生的时间也记录下来，此时发生的时间便是雷电发生时间。

数据存储器24将包括数字信号、对应的雷电发生时间及对应的杆塔编号的数据包保存起来供后续使用。作为本实用新型的一个实施例，数字存储器可为flash存储器，当通讯模块3接收到查询指令后，将对应记录信息从flash存储器中读取，并通过通讯模块3返回。

如图3所示，为本实用新型的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置的电流测量模块2示意图，作为本实用新型的一个优选实施例，信号保持与触发电路22包括同时与信号采集处理电路21连接的高速信号保持与触发电路221和低速信号保持与触发电路222；微控制器23包括带高速数模转换电路微控制器231和带低速数模转换电路微控制器232，其中，带高速数模转换电路微控制器231与高速信号保持与触发电路221连接；带低速数模转换电路微控制器232与低速信号保持与触发电路222连接。

换句话说，产生的电流信息经过积分还原后分别通过高频信号保持与触发电路221、低频信号保持与触发电路222，分别再经过对应自带的数模转换电路微控制器23，将转换后的数字信号、杆塔编号和雷电发生时间均保存至数据存储器24中。

作为本实用新型的另一个实施例，带高速数模转换电路微控制器231与带低速数模转换电路微控制器232连接。此时高频雷电流信号的数字信号由带低速数模转换电路的微控制器23统一将数据包存储到数据存储器中。

需要说明的是，本实用新型将高频雷电流信号和工频短路电流信号的电流分开输入到保持与触发电路中、分别转换为数字信号。一是可以判断是否发生雷电，实时监测输电线路是否遭受雷击，二是是否因雷击产生对地工频短路，如果发生雷电信号造成杆塔短路，就会产生低频短路电流，则通过数据包可以更加直观的监测工频短路电流信号、以及判断是哪一种类型的雷电，对分析输电线雷电危害和故障排查提供了有利的依据，能更加快速的得出故障解决方案；此外，利用自带高速数模转换的微处理器不仅具有低成本、高稳定性、而且可以实现多种功能的嵌入式开发。

以雷电为触发信号，对信号进行分析，若满量程为5V，那么电流测量模块2采集的高频雷电流信号可能为2.5V、2.41V或2.61V，若以2.5V为基准，将信号保持与触发电路22设置设定范围为0.1V，则低于2.4V的就为负雷，高于2.6V的就为正雷，在一定程度上可以分析输电线的雷电类型和雷电的波形。

作为本实用新型的一个实施例，数据存储器与带低速数模转换电路微控制器232连接。需要说明的是，此时电流测量模块2的工作原理为：电流测量模块2实时分别监测输入的高频雷电流信号和低频短路电流信号，经过数模转换后由带低速数模转换电路的微控制器23统一将数据包存储到数据存储器。其中，存储的数据包至少包括雷电流数据波形、工频电路电流波形、幅值、极性、雷电产生时间以及唯一的杆塔编号。

通讯模块3：具有与终端交互数据的接口。用于接收外部查询指令并提取对应的数据包；与电流测量模块2进行数据交互将对应的数据包传输给处理器。其中，通讯模块3包括无线通讯电路和/或有线通讯电路。

需要说明的是，根据应用环境，无线通讯电路可选RFID或GPRS无线传输技术进行通信；有线通讯电路可选光纤通讯技术进行通信，通过串口连接至电流测量模块2，无线通信模块可与远端服务器连接，有线通讯模块3在与远端有线通讯模块3连接，实现远程通信功能。

作为本实用新型的一个实施例，通讯模块3与带低速数模转换电路微控制器232连接进行数据交互。当通讯模块3接收外部查询指令时，由带低速数模转换电路的微控制器23读取数据存储器24中的数据包，通过串口送至通讯模块3，再由通讯模块3发送至处理器中进行解析。带低速数模转换电路的微控制器23通过串口线写入数据至通讯模块3，通讯模块3通过透传方式将数据直接送出，无需带低速数模转换电路的微控制器23的干预。当通讯模块3接收到信息后直接通过串口线将原数据发送给低速数模转换电路的微控制器23。

作为本实用新型的另一个实施例，通讯模块3也可以直接与数据存储器24进行连接，直接从数据存储器24中读取数据包并传输给处理器。

装置还包括供电模块4，包括太阳能电池板、太阳能板控制器和电池；用于将光能转换为化学能，并由太阳能板控制器输出电能，从而为整个装置提供用电。通过防水接头分别与电流测量模块2和通讯模块3连接。

需要说明的是，电流测量模块2和通讯模块3可组装设置在具有防水功能的箱体外壳中，通过防水接头分别与传感器模块1和/或供电模块4连接。

当处理器从该装置的通讯模块3中获取数据包后，经过解码后在后台软件还原波形、时间、杆塔编号，从而实现对杆塔的实时监测和故障定位。

作为本实用新型的一个实施例，后台软件将数据包解码为对应的波形信号。并基于波形信号、杆塔编号及雷电发生时间实现电流监测及故障定位。

总之，本装置涉及高压架空输电线路遭受雷击和雷击后发生对地短路电流的在线监测，可实时监测雷电活动时杆塔泄放雷电流的幅值、时间、极性、雷电流波形，遭受雷击后产生接地短路电流的幅值和波形，并确定发生故障的杆塔编号；此外，可实时检测通过传感器的雷电流和工频电流，并将数据保存在本地存储器中，根据使用环境要求可以选择无线通讯方式或有线通讯方式将数据发送至远端服务器。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如电路的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个电路或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或电路的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的电路可以是或者也可以不是物理上分开的，作为电路显示的部件可以是或者也可以不是物理电路，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络电路上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部电路来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能电路可以集成在一个处理电路中，也可以是各个电路单独物理存在，也可以两个或两个以上电路集成在一个电路中。

该处理器可为个人计算机、服务器或者网络设备等；而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本实用新型旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的：

传感器模块：设置在具有唯一编号的杆塔上，用于采集通过所述杆塔的高频雷电流信号和工频短路电流信号；其中，杆塔编号与所述装置的编号具有唯一对应关系；

电流测量模块：包括依次相连的信号采集处理电路、信号保持与触发电路、微控制器和数据存储器；用于采集并处理所述传感器模块中的所述杆塔的高频雷电流信号和工频短路电流信号；

通讯模块：具有与终端交互数据的接口。

2.如权利要求1所述的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，其特征在于，所述信号保持与触发电路包括同时与所述信号采集处理电路连接的高速信号保持与触发电路和低速信号保持与触发电路；

所述微控制器包括带高速数模转换电路微控制器和带低速数模转换电路微控制器。

3.如权利要求2所述的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，其特征在于，所述带高速数模转换电路微控制器与所述高速信号保持与触发电路连接；所述带低速数模转换电路微控制器与所述低速信号保持与触发电路连接。

4.如权利要求3所述的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，其特征在于，所述带高速数模转换电路微控制器和所述带低速数模转换电路微控制器连接。

5.如权利要求2～4中任一项所述的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，其特征在于，所述数据存储器与所述带低速数模转换电路微控制器连接。

6.如权利要求5所述的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，其特征在于，所述通讯模块与所述带低速数模转换电路微控制器连接。

7.如权利要求1～4中任一项所述的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，其特征在于，所述传感器模块包括开口式罗柯夫斯基线圈，通过防水接头与所述电流测量模块连接。

8.如权利要求1～4中任一项所述的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，其特征在于，所述电流测量模块和所述通讯模块设置在具有防水功能的箱体中，通过防水接头与所述传感器模块连接。

9.如权利要求1～4中任一项所述的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，其特征在于，所述装置还包括供电模块，包括太阳能电池板、太阳能板控制器和电池；通过防水接头分别与所述电流测量模块和所述通讯模块连接。

10.如权利要求1～4中任一项所述的一种输电线路杆塔的电流监测及故障定位装置，其特征在于，所述通讯模块包括无线通讯电路和/或有线通讯电路。