一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统及方法技术方案

本发明专利技术属于电气自动化技术领域，尤其涉及一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统及方法。它包括两个部分：测试探头部分和接受探头部分。本发明专利技术由于设有AD转换电路使得模拟信号量较稳定的变成了数字信号量,通过ARM内部的高速模拟采集实现了对原始信号的细节部分进行了良好的记录。实现模拟采样电路的稳定采样，达到良好的节能效果，能抵御来自高压电场参数变化的影响,具有较好的静、动态性能。实现了测试结果的无线检测，避免测试现场繁琐的同轴电缆布线，杜绝对高压设备进行有线测试带来的人身触电潜在可能，测试数据准确，可靠。简化了过电压信号原有的硬件变换环节，提高了整机的灵活性，该装置可以作为产品广泛生产，效益可观。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统及方法
本专利技术属于电气自动化
，尤其涉及一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统及方法。
技术介绍
通过对电力系统研究及其运维经验可知，电网各环节的绝缘性能和过电压的耐受水平对电网的健康运行起到关键性作用。一旦发生过电压，轻则引起电器绝缘特性恶化，重则引起电网事故。因此有必要对电力系统过电压进行监测与研究，根据测试结果指导事故分析，为进一步提升绝缘水平提供合理依据。目前广泛应用的方法是经套管末屏对过电压进行测试，利用外加电压传感器和容性器件串联，对原始过电压进行分压，将衰减后的过电压进行测试，可以很好的反映出原始过波形，但故障录波器经过同轴电缆对信号进行采样，同轴电缆需要外加阻抗进行匹配，布线过程繁琐，一旦容性设备接地不良，将引起高压信号接入示波器，威胁测试人员人身安全。同时由于采用有线方式采集时，原始电压波形在长距离的电缆上产生了衰减，导致了波形的失真。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统及方法。目的是为了解决以往测试现场需要繁琐的同轴电缆布线，杜绝了对高压设备进行有线测试带来的人身触电潜在可能，以无线采集方式进行过电压信号采集相对于传统有线方式采集能更好的还原原始信号的高频部分，同时实现了很好的测试精度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统，包括两个部分：测试探头部分和接受探头部分，其中传感器模块与采样电路、自举电路、钳位电路、同时连接放大电路依次连接，放大电路与信号发送端ARM核心板相连接；信号发送端ARM核心板中集成了信号发送端CPU，信号发送端AD模块，信号发送端SPI模块，信号发送端通信模块；信号发送端ARM核心板与存储器电路相连接，信号发送端ARM核心板与信号发送端无线模块相连接，信号发送端无线模块与信号发送端天线相连接；信号接收端天线与信号接收端无线模块相连接，信号接收端无线模块与信号接收端ARM核心板相连接，信号接收端ARM核心板包括信号接收端CPU、信号接收端AD模块、信号接收端SPI模块、信号接收端通信模块；信号接收端ARM核心板与串口转USB电路相连接，串口转USB电路与PC远程监视相连接。所述传感器模块为容性探头元器件，将系统过电压衰减后连接到采样电路，对应测试探头部分电路中的R3，R3一端连接自举电路，对应测试探头部分电路1.2V基准源电路中的R1，另一端连接钳位电路，对应测试探头部分电路中的R2；其中DW1，DW2相对串联，一端与R2的输出端相连接，另一端与的输出相连接；R1一端与系统电源相连接，另一单与基准源芯片REF1的输出相连接；基准源REF1的另一端接地；R2的输出与R5的输出相连接，同时连接放大电路，即运放电路的反相比例输入端；U1的同相比例输入端与R6相连接，R6的另一端接地；R9的两端分别连接到U1A的反相比例输入端引脚IN-以及输出端引脚OUT,U1A的同相比例输入端引脚IN+经过R6接地；输出端接到信号发送端ARM核心板，即发送端微控制器；信号发送端ARM核心板中集成了信号发送端CPU7，信号发送端AD模块，信号发送端SPI模块，信号发送端通信模块；将变换后的模拟信号连接至信号发送端CPU的引脚PA0；信号发送端ARM核心板与存储器电路，即铁电存储芯片相连接；其中CPU的引脚PB8和铁电存储芯引脚CS相连接；CPU的引脚PB9和铁电存储芯引脚SO相连接；CPU的引脚PB13和铁电存储芯引脚SI相连接；CPU的引脚PB14和铁电存储芯引脚SCK相连接；CPU的引脚PB15和铁电存储芯引脚HOLD相连接；信号发送端ARM核心板与信号发送端无线模块，即发送端wifi电路相连接；其中CPU的引脚PA9和发送端无线模块RXD引脚相连接；CPU的引脚PA10和发送端无线模块TXD引脚相连接；信号发送端无线模块与信号发送端天线相连接。所述信号接收端天线与信号接收端无线模块即接收端wifi电路相连接，信号接收端无线模块与信号接收端ARM核心板即接收端微控制器相连接，其中接收端wifi电路的TXD引脚与接收端微控制器的PA10引脚相连接，接收端wifi电路的RXD引脚与接收端微控制器的PA9引脚相连接；信号接收端ARM核心板即接收端微控制器包括信号接收端CPU，信号接收端AD模块，信号接收端SPI模块，信号接收端通信模块；信号接收端ARM核心板与串口转USB电路相连接，接收端微控制器的引脚PA2与USB转串口电路的RXD引脚相连接，接收端微控制器的引脚PA3与USB转串口电路的TXD引脚相连接，USB转串口电路的引脚XI,XO分别与晶体振荡器CY1相连接，并连接两只电容C1，C4接地；USB转串口电路的引脚UD-,UD+连接至USB接口并与计算机相连接。所述测试探头部分：以信号发送端ARM核心板为控制核心，信号发送端ARM核心板由信号发送端CPU7、信号发送端AD模块、信号发送端SPI模块、信号发送端通信模块、信号发送端无线模块、信号发送端天线组成；测试探头部分基于无线wifi组网形式构成现场总线结构；采样电阻将采集到的模拟信号传送给自举电路；自举电路将整机的零基准电平迁移到固定正基准电平，同时系统的输入电压经过钳位电路，将该信号连接输入到运算放大器，对输入信号进行放大，使得输入信号放大至合理的幅度值；然后对输入的数据进行运算、处理、存储；再根据采集到的过电压信号的大小，由信号发送端ARM核心板的发送端通信模块端输出异步通信信号，控制信号发送端无线模块发送2.4G频段的无线信号，并经信号发送端天线发出。所述接受探头部分：信号接收端天线对测试探头信号发送端天线发出的2.4G频段的无线信号进行接受，并连接至信号接收端ARM核心板，并经信号接收端通信模块进行异步通信信号的解码，得到测试到过电压信号的原始波形，并将该波形经过串口转USB电路转换为标准的USB信号与PC远程监视相连接，并在PC远程监视上面显示出采集到的原始波形信号，以便实现远程监控。所述PC远程监视是指计算机，屏幕上实时显示各种采集信号变化及计算结果，也可以存储历史数据；为增加数据存储深度，ARM核心板的将当前的过电压数据存储至存储器电路中，并将已经储存的数据通过串口转USB电路发送到上位机里的程序进行计算和处理，并绘制成图的曲线可直观地反应在上位机的屏幕上。所述PC远程监视具有编制、传输程序，并将已编好的程序传入到测试探头的信号发送端ARM核心板；还具有运行在线监视，即利用LCD显示画面进行系统的运行工况显示、事故报警列表显示、历史参数查询显示。所述PC远程监视的操作步骤如下：a.首先，由采样电阻对三相交流电进行采样；b.双向稳压电路由两只稳压管反向连接构成，能对输入的交流信号的任何半周起到限幅的作用，在正半周输入信号过高的情况下，则稳压二极管DW1的等效电阻值大幅度减小，在负半周输入信号过高的情况下，则稳压二极管DW2的等效电阻值大幅度减小，起到短路输入信号的效果，则此时流经R2电阻的电流增大，将输入的过高幅度的电压能量分担在R2上，以保护后续电路不会因为超过额定电压而损坏；c.1.2V基准源电路由R1和1.2V基准源LM385-1V2构成，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统，其特征是：包括两个部分：测试探头部分和接受探头部分，其中传感器模块与采样电路、自举电路、钳位电路、同时连接放大电路依次连接，放大电路与信号发送端ARM核心板相连接；信号发送端ARM核心板中集成了信号发送端CPU，信号发送端AD模块，信号发送端SPI模块，信号发送端通信模块；信号发送端ARM核心板与存储器电路相连接，信号发送端ARM核心板与信号发送端无线模块相连接，信号发送端无线模块与信号发送端天线相连接；信号接收端天线与信号接收端无线模块相连接，信号接收端无线模块与信号接收端ARM核心板相连接，信号接收端ARM核心板包括信号接收端CPU、信号接收端AD模块、信号接收端SPI模块、信号接收端通信模块；信号接收端ARM核心板与串口转USB电路相连接，串口转USB电路与PC远程监视相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统，其特征是：包括两个部分：测试探头部分和接受探头部分，其中传感器模块与采样电路、自举电路、钳位电路、同时连接放大电路依次连接，放大电路与信号发送端ARM核心板相连接；信号发送端ARM核心板中集成了信号发送端CPU，信号发送端AD模块，信号发送端SPI模块，信号发送端通信模块；信号发送端ARM核心板与存储器电路相连接，信号发送端ARM核心板与信号发送端无线模块相连接，信号发送端无线模块与信号发送端天线相连接；信号接收端天线与信号接收端无线模块相连接，信号接收端无线模块与信号接收端ARM核心板相连接，信号接收端ARM核心板包括信号接收端CPU、信号接收端AD模块、信号接收端SPI模块、信号接收端通信模块；信号接收端ARM核心板与串口转USB电路相连接，串口转USB电路与PC远程监视相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统，其特征是：所述传感器模块为容性探头元器件，将系统过电压衰减后连接到采样电路，对应测试探头部分电路中的R3，R3一端连接自举电路，对应测试探头部分电路1.2V基准源电路中的R1，另一端连接钳位电路，对应测试探头部分电路中的R2；其中DW1，DW2相对串联，一端与R2的输出端相连接，另一端与的输出相连接；R1一端与系统电源相连接，另一单与基准源芯片REF1的输出相连接；基准源REF1的另一端接地；R2的输出与R5的输出相连接，同时连接放大电路，即运放电路的反相比例输入端；U1的同相比例输入端与R6相连接，R6的另一端接地；R9的两端分别连接到U1A的反相比例输入端引脚IN-以及输出端引脚OUT,U1A的同相比例输入端引脚IN+经过R6接地；输出端接到信号发送端ARM核心板，即发送端微控制器；信号发送端ARM核心板中集成了信号发送端CPU7，信号发送端AD模块，信号发送端SPI模块，信号发送端通信模块；将变换后的模拟信号连接至信号发送端CPU的引脚PA0；信号发送端ARM核心板与存储器电路，即铁电存储芯片相连接；其中CPU的引脚PB8和铁电存储芯引脚CS相连接；CPU的引脚PB9和铁电存储芯引脚SO相连接；CPU的引脚PB13和铁电存储芯引脚SI相连接；CPU的引脚PB14和铁电存储芯引脚SCK相连接；CPU的引脚PB15和铁电存储芯引脚HOLD相连接；信号发送端ARM核心板与信号发送端无线模块，即发送端wifi电路相连接；其中CPU的引脚PA9和发送端无线模块RXD引脚相连接；CPU的引脚PA10和发送端无线模块TXD引脚相连接；信号发送端无线模块与信号发送端天线相连接。3.根据权利要求1所述的一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统，其特征是：所述信号接收端天线与信号接收端无线模块即接收端wifi电路相连接，信号接收端无线模块与信号接收端ARM核心板即接收端微控制器相连接，其中接收端wifi电路的TXD引脚与接收端微控制器的PA10引脚相连接，接收端wifi电路的RXD引脚与接收端微控制器的PA9引脚相连接；信号接收端ARM核心板即接收端微控制器包括信号接收端CPU，信号接收端AD模块，信号接收端SPI模块，信号接收端通信模块；信号接收端ARM核心板与串口转USB电路相连接，接收端微控制器的引脚PA2与USB转串口电路的RXD引脚相连接，接收端微控制器的引脚PA3与USB转串口电路的TXD引脚相连接，USB转串口电路的引脚XI,XO分别与晶体振荡器CY1相连接，并连接两只电容C1，C4接地；USB转串口电路的引脚UD-,UD+连接至USB接口并与计算机相连接。4.根据权利要求1所述的一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统，其特征是：所述测试探头部分：以信号发送端ARM核心板为控制核心，信号发送端ARM核心板由信号发送端CPU7、信号发送端AD模块、信号发送端SPI模块、信号发送端通信模块、信号发送端无线模块、信号发送端天线组成；测试探头部分基于无线wifi组网形式构成现场总线结构；采样电阻将采集到的模拟信号传送给自举电路；自举电路将整机的零基准电平迁移到固定正基准电平，同时系统的输入电压经过钳位电路，将该信号连接输入到运算放大器，对输入信号进行放大，使得输入信号放大至合理的幅度值；然后对输入的数据进行运算、处理、存储；再根据采集到的过电压信号的大小，由信号发送端ARM核心板的发送端通信模块端输出异步通信信号，控制信号发送端无线模块发送2.4G频段的无线信号，并经信号发送端天线发出。5.根据权利要求1所述的一种基于无线采集技术的变电站过电压监测系统，其特征是：所述接受探头部分：信号接收端天线对测试探头信号发送端天...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳奇，李斌，刘碧琦，耿丽娜，马一菱，李爽，赵丹，郑维刚，唐红，赵义松，张新宇，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21