变电站避雷器的远程监测系统的制作方法
专利名称：变电站避雷器的远程监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及变电站避雷器监测技术领域，尤其涉及一种用于无线传感器网络的氧化锌避雷器监测的技术。
背景技术：
雷电灾害事故在现代电力系统的跳闸停电事故中占有很大的比重。特别是伴随着开关技术的发展，电力系统内部过电压的降低及其导致的事故的减少，从而使得雷击引起的事故率进一步的提高。其中，变电站和输电线路是雷击灾害的高发区，故而电力系统的高压线路送至变电设备前，应该装设有一套完整的防雷保护装置。避雷器是保护电力设备运行安全、防止雷击事故发生的重要装置。目前普遍采用的机械式电流表只能观测全泄漏电流，无法区分容性和阻性成分。 而便携式测试虽然能较为准确地测量阻性电流分量，但无法做到M小时全天候实时监控。 基于现场总线的监控方案，虽然使用了各种隔离技术，然而这类系统的本身的安全性不是很高。因为供电和通讯不可避免使用电缆连接，个别监测节点的失效会扩散到整个系统，甚至可能将雷击能量引入到中央控制室，因此有导致巨大事故的隐患的可能性。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种变电站避雷器的远程监测系统。本实用新型提供一种变电站避雷器的远程监测系统，所述远程在线监测系统包括无线传感器网络、监控服务器和远程客户端，所述远程客户端通过网络与所述监控服务器进行连接和通信；所述无线传感器网络为由多个PT电压采集节点、泄漏电流采集节点、路由中继节点和网关节点组成的无线网络；其中，所述PT电压采集节点根据所述监控服务器的指令，采集电压样本数据，并通过所述路由中继节点和所述网关节点将所述电压样本数据传送至所述监控服务器；所述泄漏电流采集节点根据所述监控服务器的指令，采集电流样本数据，并通过所述路由中继节点和所述网关节点将所述电流样本数据传送至所述监控服务器；所述路由中继节点建立所述PT电压采集节点111、所述泄漏电流采集节点和所述监控服务器之间的路由信息；所述网关节点桥接所述无线传感器网络和所述监控服务器，使得所述无线传感器网络从所述监控服务器接受指令，并基于所述指令向所述监控服务器传送所述电压样本数据和所述电流样本数据； 所述监控服务器对所述电压样本数据和所述电流样本数据进行DFT处理得出电流与电压之间的相位差，全电流的幅值以及有效值，容性以及阻性分量。 优选地，所述监控服务器还包括报警装置，所述监控服务器根据所述系统设定的报警阀值来决定是否触发所述报警装置。[0013]更优选地，用户通过所述远程客户端设定所述报警阈值，包括相位角、全电流以及阻性电流的报警阀值。随着传感器技术、嵌入式计算技术、计算机技术以及无线通信技术的发展，电力系统和通信技术的结合，使得远程读取数据成为可能。在电力系统中，避雷器是主要的过压保护设备，远程监测能方便、快捷的监测避雷器的工作状态，从而为电力系统稳定的运行提供可靠的保障。为了保护电力系统中电气设备免受大气过电压和操作过电压的损害，避雷器起了不可磨灭的功劳，因此在线监测避雷器的优劣就现得尤为重要。对于目前电网的飞速发展， 变电站紧随其投运生产，而相对运行人员数量有限的情况下，实现远程监测避雷器能大大减轻运行人员的工作量提高工作效率，使得避雷器能更好的保护电力设备运行安全、防止雷击事故发生在重要装置上，从而更加稳定、可靠的保障电力系统的稳定、安全运行。传感器的灵活性和成本两个主要因素推动着无线传感器网络的发展。无线传感器网络技术应用到避雷器在线监测系统中上特别合适。每个电压以及电流的采集均是由一个独立的网络节点完成，任何一个节点的故障不会导致整个监测网络的崩溃，也不会将雷电流引入控制室，所以不会给变电站监测系统带来任何额外的风险，具有高度的系统可靠性。无线监测系统无需铺设电缆、电线，相比于传统网络自然具有更大的灵活性，易于扩展升级。同时，灵活性也带来了成本的降低。除了电缆的成本，系统配置及安装、维护均降低了成本。
图1示出根据本实用新型的变电站避雷器的远程监测系统的拓扑图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。目前，金属氧化物避雷器已在电力系统中得到了广泛的应用，其作为电力设备的过电压保护装置，对电力设备安全运行起着很大的作用。避雷器在运行电压作用下产生泄漏电流，包括容性电流和阻性电流，其中容性电流的大小仅对电压分布有意义，并不影响发热，而阻性电流则是造成金属氧化物电阻片发热的真正原因。氧化锌非线性电阻片是再以氧化锌为主要材料的基础上，附以微量的其他金属氧化物，在高温下燃结而成的。氧化锌电阻片的非线性特性主要取决于晶界层，在低电场下其电阻率很高当层间电位梯度达到104 105V/cm时，其电阻率急剧下降到低阻态。晶界层的介电常数约为1000 2000，因此氧化锌电阻片存在较大的固有电容。正常工作电压下，流过氧化锌电阻片的电流仅为微安级，但是由于阀片的劣化，导致流过阀片的泄漏电流增加。另外，由于避雷器结构不良，密封不严使内部和阀片受潮，也会导致运行中避雷器泄漏电流的增加。电流中阻性分量的急剧增加，会使阀片温度上升而发生热崩溃，严重时，甚至引起避雷器的爆炸事故。因此通过测量氧化锌避雷器在运行电压下的全电流、阻性电流对比分析，就能及时发现避雷器内部存在的缺陷，反映出该避雷器受潮情况及老化程度并作为该设备能否继续可靠运行的一个重要判据。本实用新型是通过传感器，完成对氧化锌避雷器工作的参数的监测，将数据进行处理成数字信号，传输到变电站计算机以太网，由主控室监测终端或集控中心监测终端进行远程监测。如图1所示，变电站避雷器的远程监测系统包括无线传感器网络11、监控服务器 12和远程客户端13。其中，无线传感器网络11为由多个PT电压采集节点111、泄漏电流采集节点112、路由中继节点113、网关节点114组成的2. 4GHZ无线网络；监控服务器12包括报警装置；远程客户端12通过网络与监控服务器12进行连接和通信。无线传感器网络11是一款无线网络，由多个PT电压采集节点111、泄漏电流采集节点112、路由中继节点113和网关节点114组成，并在各节点上运行上位机软件来实现相应的功能，诸如数据采集、数据分析等。空间分布的PT电压采集节点111、泄漏电流采集节点112通过与传感器连接对周围环境进行监控，并监测到的数据无线发送至网关节点114， 网关节点114与有线系统相连接，这样就能使用运行于各节点上的软件对预定电压、电流数据进行采集、加工、分析和显示。路由中继节点113是一种特别的测量节点，它在无线传感器网络11中起延长距离以及增加可靠性的作用。PT电压采集节点111采用直流电源供电，其变压器耦合电路部分将PT侧电压匹配到后端采样调理电路的输入。其核心部分是集成有MCU控制核、RF收发功能、AD采样功能， IO控制功能的模块，高度的集成化，降低了成本，同时提高了稳定性。MCU控制核通过RF接收来自监控服务器12的监控指令，启动AD采样，将电压样本数据通过RF传送回监控服务器12。MCU的应用软件可通过无线网络对其进行空中升级和调试。泄漏电流采集节点112采用电池供电，由电流互感器取样漏电流信号。泄漏电流采集节点112在硬件电路设计上充分考虑了低功耗的特性，同时软件设计以及无线传感器网络11的整体睡眠特性，有效地保证电池的使用寿命。路由中继节点113负责无线传感器网络11的初始化，建立PT电压采集节点111、 泄漏电流采集节点112和监控服务器12之间的路由信息，同时增加了 2. 4G无线信号强度， 延长了通讯距离。网关节点114桥接了无线传感器网络11和监控服务器12，使得处于无线传感器网络中的任何节点都能透明的处于监控服务器12的管理和监控之中，使得所述无线传感器网络从监控服务器12接收指令，并基于所述指令向监控服务器12传送电压样本数据和电流样本数据。本实用新型在监控模式上采用C/S模式(Client/Server，客户/服务器)，远程客户端13负责与用户的交互，收集用户信息，通过网络向监控服务器12请求对诸如数据库、 电子表格或文档等信息的处理工作。监控服务器12上运行的监控软件采用客户机-服务器架构。运行在监控服务器 12上的Iabview服务器程序是系统的核心部分。在每一个轮询周期到来时，监控服务器12 首先广播唤醒消息，唤醒所有睡眠的PT电压采集节点111和泄漏电流采集节点112，其次广播采样同步消息启动PT电压采集节点111和泄漏电流采集节点112采集数据样本，在收集齐所有PT电压采集节点111采集的电压样本数据和泄漏电流采集节点112采集的电流样本数据后，广播睡眠同步消息要求所有PT电压采集节点111和泄漏电流采集节点112进入睡眠低功耗模式。监控软件对电压样本数据和电流样本数据进行DFT处理得出电流与电压之间的相位差，全电流的幅值以及有效值，容性以及阻性分量，并根据系统设定的报警阀值来决定是否触发报警装置。在远程客户端13，用户经由浏览器键入监控服务器12的TOB网址，在登录窗口输入账号和密码后，即可登录到监控服务器12的人机界面，可以随时随地查看避雷器的状态，包含每相漏电流实时的矢量图以及相位角值，通过历史记录查看以及分析模块，可以查看任一时间段的数据资料。具有管理员权限的用户通过远程客户端13还可设定相位角、全电流以及阻性电流的报警阀值，消除光电报警等。对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本实用新型内。
权利要求1.一种变电站避雷器的远程监测系统，所述远程在线监测系统包括无线传感器网络、监控服务器和远程客户端，所述远程客户端通过网络与所述监控服务器进行连接和通信，其特征在于所述无线传感器网络为由多个PT电压采集节点、泄漏电流采集节点、路由中继节点和网关节点组成的无线网络；其中，所述PT电压采集节点根据所述监控服务器的指令，采集电压样本数据，并通过所述路由中继节点和所述网关节点将所述电压样本数据传送至所述监控服务器；所述泄漏电流采集节点根据所述监控服务器的指令，采集电流样本数据，并通过所述路由中继节点和所述网关节点将所述电流样本数据传送至所述监控服务器；所述路由中继节点建立所述PT电压采集节点(111 )、所述泄漏电流采集节点和所述监控服务器之间的路由信息；所述网关节点桥接所述无线传感器网络和所述监控服务器，使得所述无线传感器网络从所述监控服务器接受指令，并基于所述指令向所述监控服务器传送所述电压样本数据和所述电流样本数据；所述监控服务器对所述电压样本数据和所述电流样本数据进行DFT处理得出电流与电压之间的相位差，全电流的幅值以及有效值，容性以及阻性分量。
2.根据权利要求1所述的变电站避雷器的远程监测系统，其特征在于所述监控服务器还包括报警装置，所述监控服务器根据所述系统设定的报警阀值来决定是否触发所述报警装置。
专利摘要本实用新型的目的是提供一种变电站避雷器的远程监测系统，所述远程在线监测系统包括无线传感器网络、监控服务器和远程客户端，所述远程客户端通过网络与所述监控服务器进行连接和通信；所述无线传感器网络为由多个PT电压采集节点、泄漏电流采集节点、路由中继节点和网关节点组成的无线网络；所述监控服务器对所述电压样本数据和所述电流样本数据进行DFT处理得出电流与电压之间的相位差，全电流的幅值以及有效值，容性以及阻性分量。电力系统中，避雷器是主要的过压保护设备，远程监测能方便、快捷的监测避雷器的工作状态，从而为电力系统稳定的运行提供可靠的保障。
文档编号H04W84/18GK202330598SQ20112049320
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者倪勇, 周密, 孙世平, 金益迥, 顾黎明 申请人:浙江省电力公司台州电业局
技术领域：
本实用新型涉及变电站避雷器监测技术领域，尤其涉及一种用于无线传感器网络的氧化锌避雷器监测的技术。
背景技术：
雷电灾害事故在现代电力系统的跳闸停电事故中占有很大的比重。特别是伴随着开关技术的发展，电力系统内部过电压的降低及其导致的事故的减少，从而使得雷击引起的事故率进一步的提高。其中，变电站和输电线路是雷击灾害的高发区，故而电力系统的高压线路送至变电设备前，应该装设有一套完整的防雷保护装置。避雷器是保护电力设备运行安全、防止雷击事故发生的重要装置。目前普遍采用的机械式电流表只能观测全泄漏电流，无法区分容性和阻性成分。 而便携式测试虽然能较为准确地测量阻性电流分量，但无法做到M小时全天候实时监控。 基于现场总线的监控方案，虽然使用了各种隔离技术，然而这类系统的本身的安全性不是很高。因为供电和通讯不可避免使用电缆连接，个别监测节点的失效会扩散到整个系统，甚至可能将雷击能量引入到中央控制室，因此有导致巨大事故的隐患的可能性。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种变电站避雷器的远程监测系统。本实用新型提供一种变电站避雷器的远程监测系统，所述远程在线监测系统包括无线传感器网络、监控服务器和远程客户端，所述远程客户端通过网络与所述监控服务器进行连接和通信；所述无线传感器网络为由多个PT电压采集节点、泄漏电流采集节点、路由中继节点和网关节点组成的无线网络；其中，所述PT电压采集节点根据所述监控服务器的指令，采集电压样本数据，并通过所述路由中继节点和所述网关节点将所述电压样本数据传送至所述监控服务器；所述泄漏电流采集节点根据所述监控服务器的指令，采集电流样本数据，并通过所述路由中继节点和所述网关节点将所述电流样本数据传送至所述监控服务器；所述路由中继节点建立所述PT电压采集节点111、所述泄漏电流采集节点和所述监控服务器之间的路由信息；所述网关节点桥接所述无线传感器网络和所述监控服务器，使得所述无线传感器网络从所述监控服务器接受指令，并基于所述指令向所述监控服务器传送所述电压样本数据和所述电流样本数据； 所述监控服务器对所述电压样本数据和所述电流样本数据进行DFT处理得出电流与电压之间的相位差，全电流的幅值以及有效值，容性以及阻性分量。 优选地，所述监控服务器还包括报警装置，所述监控服务器根据所述系统设定的报警阀值来决定是否触发所述报警装置。[0013]更优选地，用户通过所述远程客户端设定所述报警阈值，包括相位角、全电流以及阻性电流的报警阀值。随着传感器技术、嵌入式计算技术、计算机技术以及无线通信技术的发展，电力系统和通信技术的结合，使得远程读取数据成为可能。在电力系统中，避雷器是主要的过压保护设备，远程监测能方便、快捷的监测避雷器的工作状态，从而为电力系统稳定的运行提供可靠的保障。为了保护电力系统中电气设备免受大气过电压和操作过电压的损害，避雷器起了不可磨灭的功劳，因此在线监测避雷器的优劣就现得尤为重要。对于目前电网的飞速发展， 变电站紧随其投运生产，而相对运行人员数量有限的情况下，实现远程监测避雷器能大大减轻运行人员的工作量提高工作效率，使得避雷器能更好的保护电力设备运行安全、防止雷击事故发生在重要装置上，从而更加稳定、可靠的保障电力系统的稳定、安全运行。传感器的灵活性和成本两个主要因素推动着无线传感器网络的发展。无线传感器网络技术应用到避雷器在线监测系统中上特别合适。每个电压以及电流的采集均是由一个独立的网络节点完成，任何一个节点的故障不会导致整个监测网络的崩溃，也不会将雷电流引入控制室，所以不会给变电站监测系统带来任何额外的风险，具有高度的系统可靠性。无线监测系统无需铺设电缆、电线，相比于传统网络自然具有更大的灵活性，易于扩展升级。同时，灵活性也带来了成本的降低。除了电缆的成本，系统配置及安装、维护均降低了成本。
图1示出根据本实用新型的变电站避雷器的远程监测系统的拓扑图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。目前，金属氧化物避雷器已在电力系统中得到了广泛的应用，其作为电力设备的过电压保护装置，对电力设备安全运行起着很大的作用。避雷器在运行电压作用下产生泄漏电流，包括容性电流和阻性电流，其中容性电流的大小仅对电压分布有意义，并不影响发热，而阻性电流则是造成金属氧化物电阻片发热的真正原因。氧化锌非线性电阻片是再以氧化锌为主要材料的基础上，附以微量的其他金属氧化物，在高温下燃结而成的。氧化锌电阻片的非线性特性主要取决于晶界层，在低电场下其电阻率很高当层间电位梯度达到104 105V/cm时，其电阻率急剧下降到低阻态。晶界层的介电常数约为1000 2000，因此氧化锌电阻片存在较大的固有电容。正常工作电压下，流过氧化锌电阻片的电流仅为微安级，但是由于阀片的劣化，导致流过阀片的泄漏电流增加。另外，由于避雷器结构不良，密封不严使内部和阀片受潮，也会导致运行中避雷器泄漏电流的增加。电流中阻性分量的急剧增加，会使阀片温度上升而发生热崩溃，严重时，甚至引起避雷器的爆炸事故。因此通过测量氧化锌避雷器在运行电压下的全电流、阻性电流对比分析，就能及时发现避雷器内部存在的缺陷，反映出该避雷器受潮情况及老化程度并作为该设备能否继续可靠运行的一个重要判据。本实用新型是通过传感器，完成对氧化锌避雷器工作的参数的监测，将数据进行处理成数字信号，传输到变电站计算机以太网，由主控室监测终端或集控中心监测终端进行远程监测。如图1所示，变电站避雷器的远程监测系统包括无线传感器网络11、监控服务器 12和远程客户端13。其中，无线传感器网络11为由多个PT电压采集节点111、泄漏电流采集节点112、路由中继节点113、网关节点114组成的2. 4GHZ无线网络；监控服务器12包括报警装置；远程客户端12通过网络与监控服务器12进行连接和通信。无线传感器网络11是一款无线网络，由多个PT电压采集节点111、泄漏电流采集节点112、路由中继节点113和网关节点114组成，并在各节点上运行上位机软件来实现相应的功能，诸如数据采集、数据分析等。空间分布的PT电压采集节点111、泄漏电流采集节点112通过与传感器连接对周围环境进行监控，并监测到的数据无线发送至网关节点114， 网关节点114与有线系统相连接，这样就能使用运行于各节点上的软件对预定电压、电流数据进行采集、加工、分析和显示。路由中继节点113是一种特别的测量节点，它在无线传感器网络11中起延长距离以及增加可靠性的作用。PT电压采集节点111采用直流电源供电，其变压器耦合电路部分将PT侧电压匹配到后端采样调理电路的输入。其核心部分是集成有MCU控制核、RF收发功能、AD采样功能， IO控制功能的模块，高度的集成化，降低了成本，同时提高了稳定性。MCU控制核通过RF接收来自监控服务器12的监控指令，启动AD采样，将电压样本数据通过RF传送回监控服务器12。MCU的应用软件可通过无线网络对其进行空中升级和调试。泄漏电流采集节点112采用电池供电，由电流互感器取样漏电流信号。泄漏电流采集节点112在硬件电路设计上充分考虑了低功耗的特性，同时软件设计以及无线传感器网络11的整体睡眠特性，有效地保证电池的使用寿命。路由中继节点113负责无线传感器网络11的初始化，建立PT电压采集节点111、 泄漏电流采集节点112和监控服务器12之间的路由信息，同时增加了 2. 4G无线信号强度， 延长了通讯距离。网关节点114桥接了无线传感器网络11和监控服务器12，使得处于无线传感器网络中的任何节点都能透明的处于监控服务器12的管理和监控之中，使得所述无线传感器网络从监控服务器12接收指令，并基于所述指令向监控服务器12传送电压样本数据和电流样本数据。本实用新型在监控模式上采用C/S模式(Client/Server，客户/服务器)，远程客户端13负责与用户的交互，收集用户信息，通过网络向监控服务器12请求对诸如数据库、 电子表格或文档等信息的处理工作。监控服务器12上运行的监控软件采用客户机-服务器架构。运行在监控服务器 12上的Iabview服务器程序是系统的核心部分。在每一个轮询周期到来时，监控服务器12 首先广播唤醒消息，唤醒所有睡眠的PT电压采集节点111和泄漏电流采集节点112，其次广播采样同步消息启动PT电压采集节点111和泄漏电流采集节点112采集数据样本，在收集齐所有PT电压采集节点111采集的电压样本数据和泄漏电流采集节点112采集的电流样本数据后，广播睡眠同步消息要求所有PT电压采集节点111和泄漏电流采集节点112进入睡眠低功耗模式。监控软件对电压样本数据和电流样本数据进行DFT处理得出电流与电压之间的相位差，全电流的幅值以及有效值，容性以及阻性分量，并根据系统设定的报警阀值来决定是否触发报警装置。在远程客户端13，用户经由浏览器键入监控服务器12的TOB网址，在登录窗口输入账号和密码后，即可登录到监控服务器12的人机界面，可以随时随地查看避雷器的状态，包含每相漏电流实时的矢量图以及相位角值，通过历史记录查看以及分析模块，可以查看任一时间段的数据资料。具有管理员权限的用户通过远程客户端13还可设定相位角、全电流以及阻性电流的报警阀值，消除光电报警等。对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本实用新型内。
权利要求1.一种变电站避雷器的远程监测系统，所述远程在线监测系统包括无线传感器网络、监控服务器和远程客户端，所述远程客户端通过网络与所述监控服务器进行连接和通信，其特征在于所述无线传感器网络为由多个PT电压采集节点、泄漏电流采集节点、路由中继节点和网关节点组成的无线网络；其中，所述PT电压采集节点根据所述监控服务器的指令，采集电压样本数据，并通过所述路由中继节点和所述网关节点将所述电压样本数据传送至所述监控服务器；所述泄漏电流采集节点根据所述监控服务器的指令，采集电流样本数据，并通过所述路由中继节点和所述网关节点将所述电流样本数据传送至所述监控服务器；所述路由中继节点建立所述PT电压采集节点(111 )、所述泄漏电流采集节点和所述监控服务器之间的路由信息；所述网关节点桥接所述无线传感器网络和所述监控服务器，使得所述无线传感器网络从所述监控服务器接受指令，并基于所述指令向所述监控服务器传送所述电压样本数据和所述电流样本数据；所述监控服务器对所述电压样本数据和所述电流样本数据进行DFT处理得出电流与电压之间的相位差，全电流的幅值以及有效值，容性以及阻性分量。
2.根据权利要求1所述的变电站避雷器的远程监测系统，其特征在于所述监控服务器还包括报警装置，所述监控服务器根据所述系统设定的报警阀值来决定是否触发所述报警装置。
专利摘要本实用新型的目的是提供一种变电站避雷器的远程监测系统，所述远程在线监测系统包括无线传感器网络、监控服务器和远程客户端，所述远程客户端通过网络与所述监控服务器进行连接和通信；所述无线传感器网络为由多个PT电压采集节点、泄漏电流采集节点、路由中继节点和网关节点组成的无线网络；所述监控服务器对所述电压样本数据和所述电流样本数据进行DFT处理得出电流与电压之间的相位差，全电流的幅值以及有效值，容性以及阻性分量。电力系统中，避雷器是主要的过压保护设备，远程监测能方便、快捷的监测避雷器的工作状态，从而为电力系统稳定的运行提供可靠的保障。
文档编号H04W84/18GK202330598SQ20112049320
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者倪勇, 周密, 孙世平, 金益迥, 顾黎明 申请人:浙江省电力公司台州电业局
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