输电线路接地极分布式无线电流同步采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及输电线路在线监测领域，尤其是一种输电线路接地极分布式无线电流同步采集装置。


背景技术：

2.随着国家经济的快速发展，各地电力需求不断增加，我国电网建设得到了前所未有的发展，高压直流输电工程发展十分迅速。高压直流输电线路接地极在直流输电系统运行中起着极其重要的作用：一是钳制中性点并提供直流电流通路。如单极大地回路、双极两端接地直接长时间地为系统输送电力，提高系统运行的可靠性；二是钳制中性点电位，避免两极对地电压不平衡而损害设备，如单极金属回路、双极两端不接地等。由于强大的直流电流经接地极注入大地，因此导致极大地电位升高，出现跨步电压、土壤发热、电极被电腐蚀等新问题，危害直流系统正常运行，故对接地极系统进行监测非常重要，为接地极运行、维护、检测和管理工作提供重要依据。
3.目前直流接地极的运行参数采集等基本上都是依靠人工测量来完成，自动化程度很低，馈电电流采集的同步性极差，而接地极的总电流并非一直保持不变的，这会导致馈电分流系数计算存在误差，不能很好地反馈出整个接地极系统的运行情况。但是直流换流站作为直流输电系统中的关键设备，设备的运行直接关系到整个高压直流输电系统的稳定，因此，对接地极馈电入地电流和跨步电压数据的采集，采集检测井水位水温、中心区设备温度、土壤温湿度、视频等进行实时在线监测能够很好的完成对接地极运行工况的监控。而其中馈电电流和馈电电缆分流系数能够快速反馈的整个接地极系统的运行状况，因此保证馈电电流测量的同步性十分关键。


技术实现要素：

4.本实用新型目的在于无线同步采集输电线路分布式接地极的馈电电流。
5.为实现所述目的，依据本实用新型的一个方面，提供一种输电线路接地极分布式无线电流同步采集装置，包括主控单元和采集单元；所述主控单元包括主控mcu，以及电连接主控mcu的无线同步通信模块；所述采集单元具有多路无线同步采集模块，每一路无线同步采集模块均包含依序电连接的从机mcu、ad高速采样电路、用于采集接地极馈电电流的电流传感器，以及电连接从机mcu的无线同步模块，主控mcu以一主机多从机组网方式经经无线同步通信模块来与各路无线同步模块通讯，其中主控mcu作为主机，各路无线同步模块作为从机。
6.进一步的，所述主控单元包含分别电连接主控mcu的rs485数据接口模块、开关量采集模块、以太网模块，所述采集单元具有超声波气象传感器来与rs485数据接口模块连接、具有翻斗式雨量传感器来与开关量采集模块连接，以及具有数字摄像机来与接入以太网模块。
7.进一步的，还包括供电单元，其具有电池充放电控制模块以及分别电连接电池充
放电控制模块的取电模块、储能模块，所述主控单元具有用于受控于主控mcu管理装置内部电源分配及供给的电源管理模块来与所述电池充放电管理模块电气连接。
8.进一步的，所述主控单元包含电连接主控mcu且用于接入模拟信号传感器的同步采集控制模块，所述采集单元具有电流传感器有线连接所述同步采集控制模块。
9.进一步的，所述主控单元包含全制式网络无线通信模块来通过移动网络与系统后台远程通讯。
10.进一步的，所述主控单元包含电连接主控mcu的数据存储模块。
11.进一步的，所述主控单元包含为系统提供时钟的断电保护时钟模块来电连接主控mcu。
12.本实用新型的技术具有如下特点：
13.本实用新型的馈线电流分布式同步采集方式，适用于接地极馈电电缆分散入地的馈电电流数据的采集，使用便捷、提高馈电电流分流系数准确度，更加准确监测直流接地极整个系统的运行情况，为接地极运行、维护、检测和管理工作提供重要依据，有效提高线路运行可靠性。
14.所述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
15.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。
16.在附图中：
17.图1示出了本实用新型的接地极综合在线监测系统的系统框图；
18.图2示出了本实用新型的分布式无线同步采集的通讯示意图；
19.图3示出了本实用新型的分布式无线同步采集的流程图；
20.图4示出了本实用新型的电子设备的结构示意图；
21.图5示出了本实用新型的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
22.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
23.如图1所示，本实用新型的整个接地极综合在线监测系统共分为主控单元1、供电单元2、采集单元3。
24.其中主控单元1与供电单元2之间是电气连接，采集单元3与主控单元1之间是电气连接。供电单元2为整个系统的运行提供电源，主控单元1为整个系统功能实现控制部分，分管采集单元3的电源和实现数据采集的外部传感器和图像视频采集。
25.主控单元1包括中央处理模块11、断电保护时钟模块15、数据存储模块16、调试模块17、电源管理模块12、上位机全网通4g无线通信模块13、下位机通信模块14等。断电保护时钟模块15、数据存储模块16、调试模块17、电源管理模块12、上位机全网通4g无线通信模块13(既全制式网络无线通信模块)、下位机通信模块14以嵌入式的方式分别与中央处理模块11连接。
26.中央处理模块11包括主控mcu111和硬件看门狗电路112。主控mcu111用于整体装置功能的实现，包括数据的采集、处理、上送后台，以及个传感器和图像视频模块的电源控制等。硬件看门狗电路112运行时不受主控mcu111控制，当主控mcu111程序运行出现异常时，硬件看门口电路112输出复位电平至主控mcu111的复位引脚进行复位。
27.断电保护时钟模块15与主控mcu111电气连接，为系统提供时钟，当设备断电或者重启期间，能够保护时钟继续走时，当设备恢复运行时，保证系统时钟准确。
28.数据存储模块16与主控mcu111电气连接，主要用于存储主控mcu111处理后的数据，保证数据完整性。当无线网络通信与后台服务器断开时，能够将需要上送的数据保存，带网络恢复后继续上送，确保数据的完整性。
29.调试模块17的作用包括对装置进行调试、参数配置、下载程序等。
30.主控单元1的电源管理模块12与供电单元2的电池充放电管理模块电气连接。电源管理模块12用于管理装置内部电源分配及供给，由主控mcu111分管控制。
31.上位机全网通4g无线通讯模块13支持移动、联通、电信三大运营商4g/3g/2g的全制式网络。作用在于可通过无线方式将经采集分析处理后的传感器数据、图像视频数据等传输至系统后台，实现无线远程监测。
32.下位机模块14，包含同步采集控制模块141、rs485数据接口模块142、无线同步通信模块143、开关量采集模块144、以太网模块145。模块14用于连接外部数据类传感器接入，其中同步采集控制模块141可用于接入模拟信号传感器；rs485数据接口模块142用于接入rs485数字传感器，如超声波气象传感器；开关量采集模块144用于接入开关量类型的传感器，如翻斗式雨量传感器；无线同步通信模块143用于接入距离较远不适于使用有线方式接入的传感器，如传感器安装位置分散的分布型接地极入地电缆电流采集传感器、跨步电压采集传感器等；以太网通讯模块145用于数字摄像机的接入等。
33.供电单元2为整个装置的供电单元，由电池充放电控制模块21、取电模块22、储能模块23组成。电池充放电控制模块21分别与取电模块22、储能模块23电性连接。取电模块22根据现场坏境可选择太阳能电池组件，或风能、地线感应取能等，储能模块23可选铅酸蓄电池、锂电池等。电池充放电控制器模块21具备自动浮充电能、过压保护、欠压保护、过流保护和温度补偿等功能。
34.采集单元3可根据实际监测需要可接入不同类型的传感器。如需测量集中式馈电电缆入地电流时，可使用有线电流传感器接入同步采集控制模块实现对馈线入地电流的同步采集；如需测量分布式馈电电缆电流时，可选用分布式无线同步测量电流传感器，实现对馈线入地电流的同步采集并通过短距离无线通信模块将数据上送主机；rs485数据接口模块可接入rs485超声波气象数字传感器；开关量采集模块接入翻斗式雨量传感器；以太网模块等接入数字摄像机等。
35.本实用新型提出一种分布式馈电电流同步采集方法，用于解决馈线电缆分散距离
较远的接地极系统的各路馈电电流进行同步采集的问题。
36.一般来说接地极馈电电缆入地电缆有分散入地的方式，而针对分散的馈电电缆因距离较远，通过有线连接往往不够现实，存在成本高，施工麻烦，风险大的问题，为解决这些问题提出了通过无线的通信方式进行数据采集和测量，其对比于通过无线模块的串口发同步指令的方式来同步多个设备的采样方法(这种方法只是一种粗略同步的方式，无线通信模块的串口数据属于应用层数据，而应用层数据具有不确定性的时间延迟，并且无线通信同步性还受距离、气候等外界环境的影响，因此这种方式具有不确定性的时间延迟，使得电流的采集在同步性上很难实现同步，而接地极入地的总电流并非一直保持不变的，这就导致在应用上大大降低了监测的准确度)，具有同步准确度高的特点，为此如图2
‑
图3所示，本实用新型提出的解决方案如下：
37.(1)设多路无线同步采集模块，每一路无线同步采集模块均包含依序电连接的从机mcu、ad高速采样电路、用于采集接地极馈电电流的电流传感器，以及电连接从机mcu的无线同步模块，各路无线同步模块经无线同步通信模块143来与主控mcu通讯。
38.(2)无线同步通信方式选择一主机多从机的组网方式，主机设于主控mcu上，无线同步采集模块作为从机，实现无线信道的组网、时间同步、脉冲同步，具体而言：
39.每路无线同步采集模块均设置其用于实现各路同步的pps脉冲为1秒输出一次，即pps；
40.当主控mcu到达定时采集时间点或者收到后台请求采集最新数据时，主控mcu通过无线同步通信模块以广播方式向各路无线同步采集模块同步发送请求数据指令；
41.无线同步采集模块接收到后，立即打开传感器和高速采集电路电源进入高速采集状态并循环保存存储的数据；
42.对于每路无线同步采集模块，当其接收到秒脉冲信号时，停止采集同时读取当前采集时刻，然后将采集到的最新数据和采集时刻进行保存，然后继续进行高速采集。连续采集5次pps脉冲数据，采集完成后关闭传感器，并通过无线的通信方式主动将采集的数据和采集时刻上送给主控mcu。
43.此种方法通过无线模块的串口发同步指令的方式来同步多个设备的采样方法，在使用无线同步采集模块进行组网后，可实现无线同步模块时间同步和脉冲同步，同步误差为ns级别，完全满足需求。
44.并且，通过连续采集5次pps脉冲数据，得出5组同步数据，确保避免在主控mcu通过无线同步通信模块以广播方式向无线同步采集模块发送请求数据指令的时间延迟可能错过的秒脉冲采集，造成上送的传感器数据并非在同一时刻，因此通过连续采集5次pps脉冲数据和记录采集数据的时刻，确保每次主控请求采集数据的有效性和同步性。
45.(3)主控mcu对各路采集上送的馈线电流数据分析处理计算，将同步电流数据上送至后台，实现分布式同步测试，保证数据准确度。
46.本实用新型的直流接地极综合在线监测装置可同时采集各种不同的数据(包括无线、有线传感器数据等)、视频、图像的采集，可对所有的采集量进行综合统一处理，短距离传感器等数据运用有线方式连接，而距离较远的传感器数据采集无线方式对不同安装点的监测量进行监测。
47.装置通讯模块配置4g全网通通讯模块。装置可通过移动网络将处理过后的数据上
送服务器后台。
48.此外，本实用新型的同步采集装置，可实现对不同接地极馈电电缆分布特点的，进行馈电电流同步采集和馈电电缆分流系数的计算，提高数据测量精准度和接地极测量工作效率，是一种通用性强、安装方便、方法简易、测量准确、性能稳定、能够消除接地极馈电电缆分流系数的测试误差，具有安全、简便、高效的特点。
49.本实用新型的同步采集装置，同时兼容馈线电流集中式同步采集和馈线电流分布式同步采集方案，适用范围广，通用性强，方便用户在不同接地极的综合监测需求进行大规模部署，具有安全、简便、高效的特点，间接提高输电线路的运行可靠性。
50.分布式同步采集针对入地馈电电缆分散距离较远的分布特点，每个馈线电缆安装一个电流传感器，通过无线同步采集控制电路，实现馈电电流的同步采集，并通过无线同步采集控制电路将数据上传给主控mcu，整个装置可灵活配置。
51.主控mcu对不同传感器的测量、图像视频数据的采集数据进行分析、处理、计算，并通过无线通信方式上送后台服务器，实现对直接接地极系统的远程监测。
52.采用电源负载分级管理方法，可根据任务情况，开关电源，达到节能效果。
53.需要说明的是：
54.本实施例所用的方法，可转化为可存储于计算机存储介质中的程序步骤及装置，通过被控制器调用执行的方式进行实施，其中所述装置应当被理解为计算机程序实现的功能模块。
55.在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本实用新型也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本实用新型的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本实用新型的最佳实施方式。
56.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
57.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
58.本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权
利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
59.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
60.本实用新型的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本实用新型还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本实用新型的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
61.例如，图4示出了根据本实用新型一个实施例的电子设备的结构示意图。该电子设备传统上包括处理器31和被安排成存储计算机可执行指令(程序代码)的存储器32。存储器32可以是诸如闪存、eeprom(电可擦除可编程只读存储器)、eprom、硬盘或者rom之类的电子存储器。存储器32具有存储用于执行实施例中的任何方法步骤的程序代码34的存储空间33。例如，用于程序代码的存储空间33可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码34。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(cd)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为例如图5所述的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质可以具有与图4的电子设备中的存储器32类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储单元存储有用于执行根据本实用新型的方法步骤的程序代码41，即可以由诸如31之类的处理器读取的程序代码，当这些程序代码由电子设备运行时，导致该电子设备执行上面所描述的方法中的各个步骤。
62.应该注意的是所述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。