本發(fā)明涉及變電站侵入波監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

在變電站中，入侵變電站的侵入波對(duì)變電設(shè)備沖擊的累積效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致變電設(shè)備絕緣劣化,從而引發(fā)變電設(shè)備無(wú)征兆的突發(fā)性絕緣事故,給變電站的安全運(yùn)行帶來(lái)極大威脅。為了降低侵入波給變電站帶來(lái)的危害，需要對(duì)變電站侵入波特征、傳播特性以及暫態(tài)沖擊規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究，從而獲得設(shè)備絕緣劣化與侵入波沖擊的內(nèi)在規(guī)律，由此采取相應(yīng)措施對(duì)設(shè)備絕緣進(jìn)行保護(hù)。而對(duì)變電站侵入波電流電壓的監(jiān)測(cè)是展開(kāi)上述研究的基礎(chǔ)。

目前對(duì)變電站侵入波電流的監(jiān)測(cè)主要采用從電流互感器二次側(cè)取信號(hào)的方式，但受互感器頻響范圍較窄的限制，對(duì)于頻率高達(dá)上兆赫茲的侵入波電流信號(hào)，該方式存在波形失真問(wèn)題；對(duì)于侵入波電壓的監(jiān)測(cè)則主要利用電壓分壓器或光纖電壓傳感器，而電壓分壓器的監(jiān)測(cè)頻帶較窄，無(wú)法覆蓋典型侵入波的頻率范圍，且電壓分壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其在電力系統(tǒng)中的長(zhǎng)期使用會(huì)產(chǎn)生設(shè)備安全隱患；光纖電壓傳感器的監(jiān)測(cè)頻帶較寬，但其可靠性差，易受環(huán)境溫度變化、機(jī)械振動(dòng)等外界干擾影響。所以現(xiàn)有的技術(shù)和裝置不能實(shí)現(xiàn)侵入波電流電壓的精確、可靠監(jiān)測(cè)。同時(shí)，現(xiàn)有的侵入波監(jiān)測(cè)裝置集成度低，傳感器模塊、電源模塊和通信模塊未能實(shí)現(xiàn)很好的一體化，裝置占空間大且需要停電安裝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中不能實(shí)現(xiàn)侵入波電流電壓的精確、可靠監(jiān)測(cè)，及現(xiàn)有侵入波監(jiān)測(cè)裝置集成度低，傳感器模塊、電源模塊和通信模塊未能實(shí)現(xiàn)很好的一體化，侵入波監(jiān)測(cè)裝置占空間大且需要停電安裝的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置，包括：

傳感器模塊1、數(shù)據(jù)采集處理模塊2，傳感器模塊1輸出端與數(shù)據(jù)采集處理模塊2輸入端電性連接，用于由傳感器模塊1監(jiān)測(cè)到侵入波電流電壓信號(hào)后將侵入波電流電壓信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集處理模塊2進(jìn)行采集、處理及存儲(chǔ)；

傳感器模塊1包括侵入波電流傳感器11和侵入波電壓傳感器12；

侵入波電流傳感器11包括羅氏線圈與放大電路，羅氏線圈與放大電路電性連接；

侵入波電壓傳感器12包括圓柱狀金屬外殼及固定于圓柱狀金屬外殼外與圓柱狀金屬外殼同軸心的金屬電壓極板。

優(yōu)選地，侵入波電流傳感器11內(nèi)羅氏線圈骨架由熱膨脹系數(shù)小的材料經(jīng)精加工所構(gòu)成。

優(yōu)選地，羅氏線圈骨架上的線圈緊密纏繞，線圈纏繞方向與磁通方向垂直。

優(yōu)選地，羅氏線圈外固定安裝一層金屬屏蔽層，用于抑制外界雜散磁場(chǎng)干擾。

優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集處理模塊2具體包括：微處理器單元21、高速采集單元22和大容量存儲(chǔ)單元23；

微處理器單元21由低功耗高性能微處理器構(gòu)成；

高速采集單元22由可編程邏輯器件FPGA及高速AD芯片構(gòu)成；

大容量存儲(chǔ)單元23由大容量SRAM構(gòu)成。

優(yōu)選地，侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置還包括：無(wú)線通信模塊3；

數(shù)據(jù)采集處理模塊2輸出端與無(wú)線通信模塊3輸入端電性連接，用于將采集到的侵入波電流電壓信號(hào)通過(guò)無(wú)線通信模塊3向監(jiān)控中心進(jìn)行傳輸。

優(yōu)選地，無(wú)線通信模塊3用于接受數(shù)據(jù)采集處理模塊2控制，并上傳采集到的侵入波電流電壓信號(hào)至監(jiān)控中心；

無(wú)線通信模塊3還用于接受監(jiān)控中心下傳的指令，并傳輸至數(shù)據(jù)采集處理模塊2，用于完成參數(shù)設(shè)置和軟件更新。

優(yōu)選地，侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置還包括：耦合取電模塊4；

傳感器模塊1電源輸入端與耦合取電模塊4第一輸出端電性連接，用于接受耦合取電模塊4供電；

數(shù)據(jù)采集處理模塊2電源輸入端與耦合取電模塊4第二輸出端電性連接，用于接受耦合取電模塊4供電；

無(wú)線通信模塊3電源輸入端與耦合取電模塊4第三輸出端電性連接，用于接受耦合取電模塊4供電。

優(yōu)選地，耦合取電模塊4包括鐵芯18、取電線圈A1～A3、前端沖擊保護(hù)電路19、整流濾波電路20、DC/DC變換電源電路21以及電源處理電路22，鐵芯18、取電線圈A1～A3、前端沖擊保護(hù)電路19、整流濾波電路20、DC/DC變換電源電路21以及電源處理電路22依次電性連接；

鐵芯18用于以雙鐵芯串聯(lián)的形式從一次側(cè)感應(yīng)出交流電壓，并通過(guò)前端沖擊保護(hù)電路19、整流濾波電路20、DC/DC變換電源電路21輸出直流電壓源，進(jìn)行供電。

優(yōu)選地，耦合取電模塊4包括：

電源處理電路包括鋰電池，用于當(dāng)鐵芯感應(yīng)得一次側(cè)斷電時(shí)進(jìn)行持續(xù)供電。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)施例中提供的一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置，包括：傳感器模塊1、數(shù)據(jù)采集處理模塊2，傳感器模塊1輸出端與數(shù)據(jù)采集處理模塊2輸入端電性連接，用于由傳感器模塊1監(jiān)測(cè)到侵入波電流電壓信號(hào)后將侵入波電流電壓信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集處理模塊2進(jìn)行采集、處理及存儲(chǔ)；傳感器模塊1包括侵入波電流傳感器11和侵入波電壓傳感器12；侵入波電流傳感器11包括羅氏線圈與放大電路，羅氏線圈與放大電路電性連接；侵入波電壓傳感器12包括圓柱狀金屬外殼及固定于圓柱狀金屬外殼外與圓柱狀金屬外殼同軸心的金屬電壓極板；數(shù)據(jù)采集處理模塊包括微處理器單元21、高速采集單元22和大容量存儲(chǔ)單元23。本實(shí)施例中通過(guò)由寬頻、高精度的傳感器模塊1監(jiān)測(cè)到侵入波電流電壓信號(hào)后將侵入波電流電壓信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集處理模塊進(jìn)行采集、處理及存儲(chǔ)，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集處理模塊2經(jīng)過(guò)無(wú)線通信模塊3上傳至監(jiān)控中心，且針對(duì)傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊及無(wú)線通信模塊進(jìn)行了集成化，解決了現(xiàn)有技術(shù)中不能實(shí)現(xiàn)侵入波電流電壓的精確、可靠監(jiān)測(cè)，及現(xiàn)有侵入波監(jiān)測(cè)裝置集成度低，傳感器模塊、電源模塊和通信模塊未能實(shí)現(xiàn)很好的一體化，侵入波監(jiān)測(cè)裝置占空間大且需要停電安裝的技術(shù)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置的一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置的另一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置的侵入波電流傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置的侵入波電壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)采集處理模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置的無(wú)線通信模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置的耦合取電模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖示說(shuō)明，1傳感器模塊，11侵入波電流傳感器，12侵入波電壓傳感器，2數(shù)據(jù)采集處理模塊，21微處理器單元，22高速采集單元，23大容量存儲(chǔ)單元，3無(wú)線通信模塊，4耦合取電模塊，5裝置外殼，6絕緣介質(zhì)，7外電極板，8空氣介質(zhì)，9輸入信號(hào)，10信號(hào)調(diào)理電路，11A/D采集電路，12時(shí)鐘單元，13數(shù)據(jù)緩存FIFO，14觸發(fā)電路，15S0PC內(nèi)核，16SRAM，17MSP430F149，18鐵芯，A1～A3取電線圈，19前端保護(hù)沖擊電路，20整流濾波電路，21DC/DC變換電路，22電源處理電路。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中不能實(shí)現(xiàn)侵入波電流電壓的精確、可靠監(jiān)測(cè)，及現(xiàn)有侵入波監(jiān)測(cè)裝置集成度低，傳感器模塊、電源模塊和通信模塊未能實(shí)現(xiàn)很好的一體化，侵入波監(jiān)測(cè)裝置占空間大且需要停電安裝的技術(shù)問(wèn)題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置，包括：

傳感器模塊1、數(shù)據(jù)采集處理模塊2，傳感器模塊1輸出端與數(shù)據(jù)采集處理模塊2輸入端電性連接，用于由傳感器模塊1監(jiān)測(cè)到侵入波電流電壓信號(hào)后將侵入波電流電壓信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集處理模塊2進(jìn)行采集、處理及存儲(chǔ)；

傳感器模塊1包括侵入波電流傳感器11和侵入波電壓傳感器12；

侵入波電流傳感器11包括羅氏線圈與放大電路，羅氏線圈與放大電路電性連接；

侵入波電壓傳感器12包括圓柱狀金屬外殼及固定于圓柱狀金屬外殼外與圓柱狀金屬外殼同軸心的金屬電壓極板。

以上為對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)的描述，以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置的詳細(xì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供的侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置包括傳感器模塊1，數(shù)據(jù)采集處理模塊2，無(wú)線通信模塊3和耦合取電模塊4。其工作模式具體如下：傳感器模塊1與數(shù)據(jù)采集處理模塊2電性連接，傳感器模塊1監(jiān)測(cè)到侵入波電流電壓信號(hào)后將侵入波電流電壓信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集處理模塊2，并由數(shù)據(jù)采集處理模塊2對(duì)侵入波電流電壓信號(hào)進(jìn)行高速采集并處理和存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)采集處理模塊2與無(wú)線通信模塊3電性連接，數(shù)據(jù)采集處理模塊2將采集到的侵入波電流電壓信號(hào)傳輸至無(wú)線通信模塊3，并由無(wú)線通信模塊3向監(jiān)控中心進(jìn)行傳輸。耦合取電模塊4的第一輸出端與傳感器模塊1的電源輸入端電性連接；耦合取電模塊4的第二輸出端與數(shù)據(jù)采集處理模塊2的電源輸入端電性連接；耦合取電模塊4的第三輸出端與無(wú)線通信模塊3的電源輸入端電性連接；分別進(jìn)行對(duì)傳感器模塊1、數(shù)據(jù)采集處理模塊2、無(wú)線通信模塊3的供電。

需要說(shuō)明的是，傳感器模塊1和數(shù)據(jù)采集處理模塊2進(jìn)行實(shí)時(shí)工作，而無(wú)線通信模塊3處于休眠狀態(tài)，當(dāng)傳感器模塊1監(jiān)測(cè)到有故障電流、故障電壓信號(hào)或行波電流、行波電壓信號(hào)時(shí)，高速采集單元21繼續(xù)采集一段時(shí)間并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大容量存儲(chǔ)單元23(SRAM)里，然后啟動(dòng)無(wú)線通信模塊3上傳數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心。同時(shí)，無(wú)線通信模塊3也接受監(jiān)控中心下傳的各種命令及參數(shù)設(shè)置等指令，并再傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集處理模塊2，由此可完成裝置的參數(shù)設(shè)置和軟件升級(jí)。

其中，傳感器模塊1包括侵入波電流傳感器11和侵入波電壓傳感器12。侵入波電流傳感器11為基于自積分羅氏線圈傳感的電流監(jiān)測(cè)技術(shù)而研制出的寬頻、高精度的電流傳感器，其主要電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。該羅氏線圈的骨架采用熱膨脹系數(shù)小的材料且骨架精加工，不易變形；且羅氏線圈骨架上的線圈緊致均勻纏繞并與磁通方向垂直，保證線圈與骨架面積均勻；且線圈外還加一層金屬屏蔽層以抑制外界雜散磁場(chǎng)的干擾。由上述工藝及技術(shù)研發(fā)的侵入波電流傳感器11頻帶寬、精度高，具有很好的侵入波電流監(jiān)測(cè)性能。侵入波電壓傳感器12為基于空間電容耦合分壓的電壓監(jiān)測(cè)技術(shù)而研制出的寬頻、高精度的電壓傳感器，其電壓測(cè)量結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖4所示。在本發(fā)明實(shí)施例提供的侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置的圓柱狀金屬外殼外用絕緣膠粘劑固定一片與外殼同軸心的金屬電壓極板，這樣電壓極板分別與金屬外殼和大地形成2個(gè)電容C₁和C₂，從而構(gòu)成了電容分壓器，在C₁兩端并聯(lián)采樣電容C_M，即可獲取線路電壓。由于本侵入波電流電壓一體化監(jiān)測(cè)裝置的電壓極板與大地及空氣介質(zhì)構(gòu)成了高壓臂電容，電場(chǎng)分布均勻，克服了傳統(tǒng)電容式分壓器可能發(fā)生沿面閃絡(luò)的缺點(diǎn)，同時(shí)高壓臂電容與低壓臂電容由極板直接連接，不存在引線電感，因此電壓傳感器的頻率響應(yīng)特性好。

其中，數(shù)據(jù)采集處理模塊2包括微處理器單元21、高速采集單元22、大容量存儲(chǔ)單元23。微處理器單元21采用低功耗，性能強(qiáng)的微處理器MSP430；高速采集單元22由可編程邏輯器件FPGA及高速AD芯片組成，大容量存儲(chǔ)單元23選用型號(hào)為IS61LV25616AL的SRAM。如圖5所示，為數(shù)據(jù)采集處理模塊內(nèi)部具體電路示意圖。

請(qǐng)參閱圖6，其中，無(wú)線通信模塊3選用西門(mén)子的無(wú)線模塊MC35，該模塊具有232接口。數(shù)據(jù)收集和發(fā)送控制均由微處理器MSP430通過(guò)232接口利用AT命令集進(jìn)行。MC35無(wú)線模塊部分的工作方式、工作狀態(tài)、工作內(nèi)容以及開(kāi)關(guān)機(jī)等均由微處理器MSP430控制。微處理器MSP430由一個(gè)IO引腳監(jiān)視無(wú)線模塊MC35的DSR0引腳，從而監(jiān)視無(wú)線模塊MC35是否處于開(kāi)機(jī)狀態(tài)(引腳為高電平時(shí)為關(guān)機(jī)、低電平是為開(kāi)機(jī))。微處理器MSP430與無(wú)線模塊MC35的數(shù)據(jù)傳輸均通過(guò)異步串行通訊接口實(shí)現(xiàn)。

請(qǐng)參閱圖7，其中，耦合取電模塊4包括鐵芯、取電線圈、前端沖擊保護(hù)電路、整流濾波電路、DC/DC變換電源電路以及電源處理電路。其具體工作方式為：在線路正常電流變化范圍內(nèi)，特制的雙鐵芯采用串聯(lián)的形式從一次側(cè)感應(yīng)出交流電壓，用于降低耦合取電的最低啟動(dòng)電流，再經(jīng)過(guò)前端沖擊保護(hù)電路、整流濾波電路、DC/DC變換電源電路后可輸出3～75V的直流電壓源，此直流電壓源將為整個(gè)裝置系統(tǒng)供電。而當(dāng)鐵芯感應(yīng)得一次側(cè)線路斷電時(shí)，電源處理電路可調(diào)節(jié)鋰電池給裝置系統(tǒng)供電，由此保證電源系統(tǒng)的供電可靠性。

本發(fā)明實(shí)施例中通過(guò)由寬頻、高精度的傳感器模塊1監(jiān)測(cè)到侵入波電流電壓信號(hào)后將侵入波電流電壓信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集處理模塊進(jìn)行采集、處理及存儲(chǔ)，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集處理模塊2經(jīng)過(guò)無(wú)線通信模塊3上傳至監(jiān)控中心，且針對(duì)傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊及無(wú)線通信模塊進(jìn)行了集成化，解決了現(xiàn)有技術(shù)中不能實(shí)現(xiàn)侵入波電流電壓的精確、可靠監(jiān)測(cè)，及現(xiàn)有侵入波監(jiān)測(cè)裝置集成度低，傳感器模塊、電源模塊和通信模塊未能實(shí)現(xiàn)很好的一體化，侵入波監(jiān)測(cè)裝置占空間大且需要停電安裝的技術(shù)問(wèn)題。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。