一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统，包括微处理器，微处理器上分别连接有继电器组、Σ‑Δ电容数字转换器、A/D转换器、光电隔离电路、RS485电路、存储模块、看门狗、通讯模块及电源管理模块，继电器组连接有绝缘子覆冰传感器，A/D转换器连接有拉力传感器，拉力传感器与绝缘子覆冰传感器连接，电源管理模块还与通讯模块连接。本发明专利技术的一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统，能实现输电线路覆冰积聚等情况在线监测，为输电线路智能化管理提供参考。

A Monitoring System of Composite Insulator Icing Growth Based on Capacitance Effect

The invention discloses a composite insulator icing growth monitoring system based on capacitance effect, which comprises a microprocessor connected with a relay group, capacitor digital converter, A/D converter, photoelectric isolation circuit, RS485 circuit, storage module, watchdog, communication module and power management module, respectively. The relay group is connected with an insulator icing sensor, and the A/D converter is connected with an insulator icing sensor. The converter is connected with a pull sensor, the pull sensor is connected with an insulator ice sensor, and the power management module is also connected with a communication module. The invention provides a composite insulator icing growth monitoring system based on capacitance effect, which can realize on-line monitoring of icing accumulation of transmission lines, and provides a reference for intelligent management of transmission lines.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统
本专利技术属于输电线路状态监测与诊断
，具体涉及一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统。
技术介绍
在电力系统中，输电线路作为电力传输的重要环节，其安全运行是保证电能输送能力的重要因素。近年来随着超高压线路、特高压线路的不断推广，更多的线路需要穿越重覆冰区域。而由覆冰引起的输电线路倒塔、断线、闪络等事故时有发生，也越来越不容忽视。复合绝缘子是指由玻璃纤维环氧树脂引拔棒、硅橡胶伞裙金具等部件组成，具有体积小，重量轻，防震、抗冲击能力强、不需人工清扫，在输电线路中大量被使用。绝缘子覆冰会导致绝缘子的电气性能剧烈下降，使得绝缘子泄漏电流增加，导致绝缘子表面的电位发生变化，进而引发覆冰绝缘子闪络，是覆冰故障的主要因素之一。覆冰作为一种自然气象现象，严重威胁着覆冰区域内的电力系统安全稳定运行，覆冰生长模型及测试测量方法研究具有重要的理论意义和应用价值。覆冰监测技术作为输电线路自然覆冰测量的有效方法，有助于电力运行部门及时掌握输电线路现场覆冰状况，制定针对性的输电线路防冰、除冰解决方案。随着我国500kV以上超高压输电线路扩展延伸，尤其是2008年南方冰灾之后，输电线路覆冰在线监测技术得到了普遍重视和广泛应用，有效指导了输电线路防冰除冰工作的开展。就覆冰监测技术而言，目前较为成熟的有图像法、称重法等，然而上述方法大都针对导线覆冰生长质量或覆冰厚度进行测量，难以对绝缘子覆冰生长情况进行分析。开展基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测技术及系统，有助于电力运行部门及时全面掌握输电线路现场覆冰状况，为快速准确的实施除冰工作提供准确的现场信息指导。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统，实现输电线路覆冰积聚等情况在线监测，为输电线路智能化管理提供参考。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统，包括微处理器，微处理器上分别连接有继电器组、Σ-Δ电容数字转换器、A/D转换器、光电隔离电路、RS485电路、存储模块、看门狗、通讯模块及电源管理模块，继电器组连接有绝缘子覆冰传感器，A/D转换器连接有拉力传感器，拉力传感器与绝缘子覆冰传感器连接，电源管理模块还与通讯模块连接。本专利技术的特点还在于，绝缘子覆冰传感器包括有复合绝缘子，复合绝缘子上相邻两个绝缘子伞裙的相对面上均设置有叉指式电容极板，叉指式电容极板接有叉指电容引线a，绝缘子伞裙上接有叉指电容引线b，叉指电容引线a及叉指电容引线b均与继电器组连接。光电隔离电路连接有雨量传感器。RS485电路连接分别连接有风速风向传感器及温湿度传感器。微处理器的型号为STM32F103。微处理器还连接有LCD。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术设计的绝缘子覆冰监测装置基于电容效应，其中包含了叉指式平面板电容传感器和平行板式电容传感器两种测量方式，分别可以用于覆冰生长初期的测量和严重覆冰的测量，覆冰监测效果良好；(2)下雨天气时的绝缘子伞裙表面的水膜同样会改变叉指电容间的介电特性，有可能会引入测量误差。为此本专利技术中增加温度传感器，当环境温度高于0℃时，认为叉指电容测量值改变的原因主要由水膜引起。拉力传感器将对整个零挂绝缘子的重量进行测量，其增量主要由覆冰生长引起，进而可以对覆冰测量结果进行验证；(3)鉴于绝缘子伞裙直径不大、冰的介电常数较小，覆冰前后的电容值都后小，一般为pF级别，因此本文基于Σ-Δ电容数字转换器AD7746设计微小电容采集模块。为了即能测量叉指电容容值，又能利用上下布置的平行电容极板测量绝缘子覆冰量，需通过继电器组设计电容测量电路三种接入方式；(4)绝缘子伞裙表面的水膜会改变叉指电容间的介电特性，有可能会引入测量误差，为此本专利技术中增加温度传感器。当环境温度高于0℃时，叉指电容测量值改变的原因主要由水膜引起。拉力传感器将对整个零挂绝缘子的重量进行测量，其增量主要由覆冰生长引起，进而可以对覆冰测量结果进行验证。附图说明图1是本专利技术的系统整体框图；图2为本专利技术中绝缘子覆冰传感器的结构示意图；图3为本专利技术中表面贴覆叉指电容传感器的绝缘子伞裙的结构示意图图；图4为本专利技术中微小电容量测量电路图；图5为本专利技术中覆冰前叉指式平面板电容传感器等效电路图；图6为本专利技术中覆冰后叉指式平面板电容传感器等效电路图；图7为本专利技术中覆冰前平行板电容传感器等效电路图；图8为本专利技术中覆冰后平行板电容传感器等效电路图。图中，1.微处理器，2.Σ-Δ电容数字转换器，3.A/D转换器，4.光电隔离电路，5.RS485电路，6.存储模块，7.看门狗，8.通讯模块，9.电源管理模块，10.绝缘子覆冰传感器，10-1.复合绝缘子，10-2.叉指式电容极板，10-3.叉指电容引线a,10-4.叉指电容引线b，11.拉力传感器，11-1.拉力传感器引线，12.雨量传感器，13.温湿度传感器，14.风速风向传感器，15.继电器组，16.LCD。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统，如图1所示，包括微处理器1，微处理器1上分别连接有继电器组15、Σ-Δ电容数字转换器2、A/D转换器3、光电隔离电路4、RS485电路5、存储模块6、看门狗7、通讯模块8、电源管理模块9及LCD16，继电器组15连接有绝缘子覆冰传感器10，A/D转换器3连接有拉力传感器11，拉力传感器11与绝缘子覆冰传感器10连接，电源管理模块9还与通讯模块8连接。绝缘子覆冰传感器10包括有复合绝缘子10-1，复合绝缘子10-1上相邻两个绝缘子伞裙的相对面上均设置有叉指式电容极板10-2，叉指式电容极板10-2接有叉指电容引线a10-3，绝缘子伞裙上接有叉指电容引线b10-4，叉指电容引线a10-3及叉指电容引线b10-4均与继电器组15连接，最终连接到Σ-Δ电容数字转换器2(CapacitancetoDigitalConverter,CDC)，其型号为AD7746，微处理器1对测量到的电容值及拉力值进行反运算，计算得到绝缘子上的覆冰量，并通过通讯模块8将监测量发生到监控中心，实现不同线路绝缘子覆冰的远程监测功能。光电隔离电路4连接有雨量传感器12。RS485电路5连接分别连接有有风速风向传感器14及温湿度传感器13。微处理器1的型号为STM32F103。微处理器1还连接有LCD16。光电隔离电路4采用6N137芯片搭建的光电隔离电路。雨量传感器12采用RS-100雨量传感器；风速风向传感器14采用HSTL-FSX03；温湿度传感器13采用SHT15；通讯模块8采用Zigbee无线通讯模块。微处理器1对各传感器的测量值进行实时测量，当叉指式电容极板10-2的测量值增加时，证明绝缘子上有覆冰积聚。微处理器1结合各传感器的输出结果，对覆冰增长量、覆冰密度进行综合评估，实现绝缘子覆冰的全面监测。微处理器1最终将分析后的覆冰监测值发送到监控中心，监控中心对测量数据进行就地存储和显示。当发生严重覆冰时，监控中心发出重覆冰报警信息。实施例设计的复合绝缘子10-1为4片绝缘子伞裙，其中第2片绝缘子伞裙的下表面和第3片绝缘子伞裙的上表面附着有叉指式电容极板10-2，为绝缘子覆冰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统，其特征在于，包括微处理器(1)，所述微处理器(1)上分别连接有继电器组(15)、Σ‑Δ电容数字转换器(2)、A/D转换器(3)、光电隔离电路(4)、RS485电路(5)、存储模块(6)、看门狗(7)、通讯模块(8)及电源管理模块(9)，所述继电器组(15)连接有绝缘子覆冰传感器(10)，所述A/D转换器(3)连接有拉力传感器(11)，所述拉力传感器(11)与所述绝缘子覆冰传感器(10)连接，所述电源管理模块(9)还与通讯模块(8)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统，其特征在于，包括微处理器(1)，所述微处理器(1)上分别连接有继电器组(15)、Σ-Δ电容数字转换器(2)、A/D转换器(3)、光电隔离电路(4)、RS485电路(5)、存储模块(6)、看门狗(7)、通讯模块(8)及电源管理模块(9)，所述继电器组(15)连接有绝缘子覆冰传感器(10)，所述A/D转换器(3)连接有拉力传感器(11)，所述拉力传感器(11)与所述绝缘子覆冰传感器(10)连接，所述电源管理模块(9)还与通讯模块(8)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统，其特征在于，所述绝缘子覆冰传感器(10)包括有复合绝缘子(10-1)，所述复合绝缘子(10-1)上相邻两个绝缘子伞裙的相对面上均设置有叉指式电容极板(10-2)，所述叉指式电...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永灿，薛智鹏，黄新波，黄艳琛，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61