基于北斗GPS双模授时型避雷器监测装置在输电线路中的应用

刘昌帅董泽才苏世

摘要：基于北斗/GPS双模授时型避雷器在线监测装置的工作原理，功能特性，抗干扰能力，以及对防雷提供基本数据支持，该装置在线路上的应用表明，能准确实时的反应避雷器在运行电压下的泄露电流变化，可靠记录避雷器动作次数与动作时间，动作时间精确到毫秒级，并与雷电定位系统中的时间对比，对落雷点进行精确判断，对防雷提供依据。

关键词：关键词：GPS/北斗，雷电定位系统，避雷器监测,输电线路，防雷

0背景

山区野外的高压输电线路，受到雷击的几率会很大。传统的指针式避雷器监测仪，需登塔读取动作次数，同时无法实现避雷器泄露电流的在线监测，更无法提供避雷器动作的时间信息，为了更好地监测避雷器的健康状况，为差异化防雷工作做好数据支撑，拟采用安装基于北斗/GPS双模授时型避雷器在线监测装置来实时监测避雷器的动作次数及泄流电流的变化。

1研究目标

基于北斗/GPS双模授时型避雷器在线监测装置研制及后台工作站开发，以达到运维巡检人员登陆避雷器在线监测系统或手机APP客户端，根据避雷器监测装置回传的数据信息和动作报警信息，判断避雷器的运行状况并根据动作报警信息与雷电定位系统中的落雷时间比对，由此判断落雷点精确位置，并为下一步的防雷工作提供参考信息。

2监测装置系统组成

该项目主要实现对输电线路避雷器泄露电流监测、动作次数记录、北斗/GPS双模精准授时及后台工作站系统。采用分频算法即利用中断函数由人为设置单片机内部需要的授时频率，设置为一天/次，则每隔一天单片机产生一次中断，将此刻的GPS模块UTC时间与定时器的中断分频寄存器数值进行转换，最后将精准的北京时间写入时钟芯片，完成一次同步精准授时。

当雷击过电压来临时，避雷器监测装置监测出脉冲信号，时钟芯片将即时信息传送给单片机，GPS模块将位置等信息即时传输给单片机，单片机通过通讯模块，A/D采集模块与外界交换信息。内部定时器记录中断分频寄存器的值，与GPS模块的精确时间结合，定期写入时钟芯片，起到精准授时的作用。单片机通过GPRS通讯模块与远程工作站实现控制和信息传递。系统主要芯片组成有GPS/北斗芯片、时钟芯片、单片机及外围电路和接口等（如图1所示，实物图如图2所示）。

A/D采集模块：采用零磁通电流互感器，精度0.1级，电流信号通过采样电阻，外加运算放大器进行隔离，采用相应的滤波技术对信号进行调理，保证采样的真实性和准确性。

授时模块：为BD-126GPS/北斗双模芯片，提供准确的卫星时（UTC时间），并根据相应的算法准确的转换为北京时间，时钟芯片DS3231依赖于其定期的授时，达到校准时间的作用。BD-126GPS芯片的时间信息在此系统中可达到毫秒量级，授时的精度高。

时钟模块：采用美信的DS3231带温度补偿的实时RTC,把GPS/北斗的授时时间写入DS3231时钟芯片中。

动作次数记录器：采用光电隔离技术的脉冲计数原理，采集8/20uS的脉冲信号,并存储于掉电保存的EEPROM。

3.功能特性

（1）监测功能：自动采集设备运行状态参数；对设备信号进行可控范围内的调理；监测设备得到的参数并实现数字化存储，实时反馈时间信息，监测雷击点的位置，提供经纬度定位。

（2）精确授时：利用中断分频算法得到毫秒级别时间信息，结合GPS/北斗卫星时得到精准时间，与时钟芯片相同步达到精准授时作用，设备中以毫秒运行。

（3）通信功能：监测仪应具有通信功能，能将采集信息反馈给服务器。

（4）避雷器动作计数功能：监测仪运行后能监测避雷器动作次数。

（5）监测仪测量误差：全电流的测量范围50微安-10毫安,测量误差小于4%。

（6）项目的抗干扰研究：采用高规格，高性能的模块提升授时装置的抗干扰性，采取必要的数字电路技术如：二级共模滤波技术，和外壳屏蔽技术来抑制外界环境带来的干扰，

4工作站系统

工作站系统整合了在线地图监测功能，将监测仪根据实际的安装地点（经纬度及设备编号）进行线路分组，载入相应数据库，并在地图上以醒目标记标示出来，并且能够实时捕捉来自各条线路的在线监测仪的告警信息（避雷器的泄露电流异常，动作次数，动作毫秒时间等），同时能够将捕捉的历史告警信息存储至数据库，方便工作人员查看。

工作站系统还可以设置特定的手机号码，将输电线路的异常运行数据（避雷器泄漏电流，动作次数，动作毫秒时间等信息）从实时信息数据库中提取并以短信形式转发到该手机上，从而让电力工作人员根据具体情况采取相关措施解决问题。

随着科技发展，移动化办公也成为人们日益追求的工作方式。旨在更加方便电力相关人员工作，工作站系统手机App，让工作人员实现移动化办公，pc端和移动端随时随地在线监测避雷器状况。工作站系统移动端的可以给电力管理人员和现场工作人员的工作带来极大的便捷性，实现室内和移动办公，最大程度地减少人力和物力，提高工作效率。工作站系统手机App在线监测工作界面如图2所示。

5应用优势

本项目可以实时监测输电杆塔避雷器的动作次数和泄露电流，实时和北斗/GPRS模块进行通讯授时，因传统方案授时时间过长后会出现授时偏差，而此设计可以保持两者长时间授时精度无偏差，准确测量到避雷器的动作次数与响应时间可以保证雷击的准确时间，并且可将时间信息精确到1ms，实现一天一次授时校准，大大提高了时间信息的精确性，并且可以实时将信息馈送至运行维护人员处，便于运行维护人员及时发现输电杆塔避雷器的问题，做出相应的抢修措施，及时排除隐患，避免事故，维持电力传输系统的稳定性。同时该装置各模块均为低损耗，可用高性能电池和光伏电池板供电，无需人工充电及更换电池，可保证供电的安全性、可靠性和持久性。

本系统的结构简明易操作，成本低，效果好，使得在线监测输电线路的性价比被提升了很多，由于是GPS/北斗模块授时直接采用的是卫星时，确保时间精度非常高，误差被降低到很小，适合对时间信息要求很严格的场景，加之监测装置本来就具有极高的抗干扰能力，以及稳定性，应用于野外场景更是物尽其用，多个非常合适的模块组合到一起，使得本系统有着其他构想无法替代的优越性。

参考文献

[1]云成;;《北斗系统公开服务性能规范(1.0版)》摘编[J];卫星应用;2014年04期.

[2]杨肖波;输电线路在线监测系统中的信息传输[D];华北电力大学;2014年.

[3]张博;基于Web服务和Winform的输电线路模拟监测系统[D];吉林大学;2015年

[4]孙凤杰;赵孟丹;刘威;范杰清;;架空输电线路在线监测技术研究[J];南方电网技术;2012年04期.

[5]国家电网公司.Q/GDW563-2010输电线路状态监测代理技术规范[S].北京：中国电力出版社，2010