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一种敞开式变电站广域局放监测 物联网 传感器及其监测方法

阅读：865发布：2023-11-30

专利汇可以提供一种敞开式变电站广域局放监测物联网传感器及其监测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种敞开式变电站广域局放监测物联网传感器及其监测方法，包括UHF天线、信号调理模块、信号采集模块、物联网通信模块及电源模块；所述电源模块包括太阳能电池板和与其连接的蓄电池，太阳能电池板将光能转变成电能，并将电能存储在蓄电池中，蓄电池对传感器中的信号调理单元、信号采集单元、物联网传输模块进行供电；本发明技术方案极大降低了UHF传感器阵列的布置难度、提高了阵列的覆盖范围。，下面是一种敞开式变电站广域局放监测物联网传感器及其监测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种敞开式变电站广域局放监测物联网传感器，其特征在于：包括UHF天线、信号调理模块、信号采集模块、物联网通信模块及电源模块；所述电源模块包括太阳能电池板和与其连接的蓄电池，太阳能电池板将光能转变成电能，并将电能存储在蓄电池中，蓄电池对传感器中的信号调理单元、信号采集单元、物联网传输模块进行供电；所述物联网通信模块包括MCU芯片及与其连接的蜂窝模块和非蜂窝模块，将信号采集模块采集的数字信号通过无线的方式传输到后台上位机。
2.根据权利要求1所述的一种敞开式变电站广域局放监测物联网传感器，其特征在于：
所述的UHF天线包括锥体天线、金属接地极和接头，所述的UHF天线为全向天线，其阻抗带宽覆盖300-3000MHz中的一个或多个频率范围，所述接头为50欧姆转换接头。
3.根据权利要求2所述的一种敞开式变电站广域局放监测物联网传感器，其特征在于：
所述传感器的信号调理模块包括依次连接的UHF信号放大电路、滤波电路和检波电路，对UHF天线采集的UHF局部放电信号放大、滤波，并生成检波信号。
4.根据权利要求3所述的一种敞开式变电站广域局放监测物联网传感器，其特征在于：
所述信号采集模块包括高速数据采集卡，将信号调理模块输出的检波信号转换为数字信号，并输出至物联网数据传输模块。
5.一种敞开式变电站广域局放监测物联网传感器的检测方法，其特征在于：UHF天线负责采集UHF局部放电信号，并通过线缆将信号传输至信号调理模块，信号调理模块对信号进行放大、滤波和检波处理后，通过线缆将信号传输至信号采集模块，信号采集模块对信号进行高速采集后，将数字信号传输至物联网通信模块，最后由物联网通信模块将信号通过无线的方式传输至后台上位机。

说明书全文

一种敞开式变电站广域局放监测物联网 传感器及其监测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及变电站监测装置领域，具体是一种敞开式变电站广域局放监测物联网传感器及其监测方法。

背景技术

[0002] 电力设备的局部放电检测已经有几十年的研究基础，特别是近30年来提出的特高频检测方法、声电联合检测方法因可实施不停电的带电检测，可检测电力设备内部绝缘缺陷，可对电力设备绝缘故障进行预警。特别是基于特高频方法的局部放电检测方法，因其检测灵敏度高，有效检测范围广，对几乎所有局部放电类型有效，本世纪以来在变电站带电检测和在线监测中得到了逐步得到应用与推广。变电站是电力系统中电力设备集中安装的枢纽节点，设备量大，对所有设备的开展绝缘的局部放电监测，面临着两个问题：

[0003] 1)监测手段的有效性：即采用什么监测手段能够高灵敏度检测出所有电力设备的绝缘缺陷，特别是对于敞开式变电站中不便于安装接触式在线监测装置的高压设备。

[0004] 2)监测架构的合理性：即采用什么样的监测方式既保证监测的有效性，又可控制监测系统的安装成本及维护工作量。

[0005] 目前对于变电站设备绝缘的在线监测主要采用针对GIS、变压器、容性设备等具体单一设备。实践证明，这种以设备为具体目标，根据检测信号进行直接诊断的方式存在一定不足。因电力设备的绝缘故障率低，如实施所有设备的监测全覆盖，需投入大量的监测装置，且装置的实际使用率低；但不实施全覆盖的在线监测，又会出现监测盲点，给电力系统运行带来风险。通过超宽带特高频(Ultra High frequency，UHF)传感器接收不同设备局部放电发出的UHF脉冲信号，同时用多个UHF传感器组成的传感器阵列实现对全站设备进行局部放电源的监测和定位，发现放电源后再对问题设备精细的检测与诊断，既可以有效地实施变电全站电力设备的绝缘监测，又能极大提高绝缘监测诊断的效率。

[0006] 英国Strathclyde大学、国内上海交通大学等研究机构对变电站广域的局部放电在线监测进行了一定研究，利用较少的超宽带UHF传感器组成空间阵列，能对变电站内所有设备进行全方位的局部放电监测和定位，大大降低了变电站设备局部放电在线监测的成本。该方法中，传感器采集的UHF局放信号，通过同轴电缆传输到后台上位机进行分析处理，但受制于变电站高压设备区同轴电缆铺设施工难度大，传感器一般安装于控制楼楼顶或变电站围墙处，限制了传感器使用及其覆盖范围。同时传统的广域局放监测传感器采用的是直接从变电站二次检修箱有线取电的方式，受制于变电站运行安全风险管控，这种取电方式也受到一定的限制。。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种敞开式变电站广域局放监测物联网传感器及其监测方法，以解决现有技术中存在的缺陷。

[0008] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

[0009] 一种敞开式变电站局放监测物联网传感器，包括UHF天线、信号调理模块、信号采集模块、物联网通信模块及电源模块；所述电源模块包括太阳能电池板和与其连接的蓄电池，太阳能电池板将光能转变成电能，并将电能存储在蓄电池中，蓄电池对传感器中的信号调理单元、信号采集单元、物联网传输模块进行供电；所述物联网通信模块包括MCU芯片及与其连接的蜂窝模块和非蜂窝模块，将信号采集模块采集的数字信号通过无线的方式传输到后台上位机。

[0010] 进一步的，所述的UHF天线包括锥体天线、金属接地极和接头，所述的UHF天线为全向天线，其阻抗带宽覆盖300-3000MHz中的一个或多个频率范围，所述接头为50欧姆转换接头；

[0011] 进一步的，所述传感器的信号调理模块包括依次连接的UHF信号放大电路、滤波电路和检波电路，对UHF天线采集的UHF局部放电信号放大、滤波，并生成检波信号；

[0012] 进一步的，所述信号采集模块包括高速数据采集卡，将信号调理模块输出的检波信号转换为数字信号，并输出至物联网数据传输模块；

[0013] 本发明还提供一种敞开式变电站局放监测物联网传感器的检测方法，UHF天线负责采集UHF局部放电信号，并通过线缆将信号传输至信号调理模块，信号调理模块对信号进行放大、滤波和检波处理后，通过线缆将信号传输至信号采集模块，信号采集模块对信号进行高速采集后，将数字信号传输至物联网通信模块，最后由物联网通信模块将信号通过无线的方式传输至后台上位机。太阳能电池板负责将光能转换成电能，并存储在蓄电池中，蓄电池通过电缆对信号调理模块、信号采集模块及物联网通信模块进行供电。

[0014] 本发明的有益效果是：针对现有广域局放监测传感器通过有线方式传输数据，存在通信同轴电缆布线难，传感器阵列布置受限，传感器安装不便捷，取电不灵活的现状，采用本发明的技术方案，可有以下优点：

[0015] 1)传感器采用物联网无线通信，可以灵活的安装在变电站任何位置，安装和拆卸的较为便捷；

[0016] 2)传感器采用太阳能电池板取电和蓄电池供电的取电方式，实现了灵活的取电方式；

[0017] 3)传感器安装位置较为灵活，可灵活布置传感器阵列，提高阵列的监测覆盖范围，提高变电站广域局部放电监测的有效性和可靠性。。附图说明

[0018] 图1为本发明电路结构示意图；

[0019] 图2为本发明UHF结构示意图；

具体实施方式

[0020] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0021] 如图1所示，一种敞开式变电站广域局放监测物联网传感器及其监测方法，包括[0022] 本传感器由UHF天线、信号调理模块、信号采集模块、物联网通信模块及电源模块组成。所述敞开式变电站广域局放监测物联网传感器采用太阳能电池板和蓄电池结合的供电方案，太阳能电池板将光能转变成电能，并将电能存储在蓄电池中，蓄电池对传感器中的信号调理单元、信号采集单元、物联网传输模块进行供电。

[0023] 所述传感器的UHF天线为全向天线，其阻抗带宽覆盖电磁波300-3000MHz中的一个或多个频率范围。

[0024] 所述传感器的信号调理模块包括UHF信号放大电路、滤波电路和检波电路，主要对UHF天线采集的UHF局部放电信号放大、滤波，并生成检波信号。

[0025] 所述传感器的信号采集模块主要包括高速数据采集卡，主要将信号调理模块输出的检波信号转换为数字信号，并输出至物联网数据传输模块。

[0026] 所述传感器的物联网通信模块包括核心MCU芯片、蜂窝模块(2G/3G/4G/5G)和非蜂窝模块(WiFi/蓝牙/ZigBee)等，主要将信号采集模块采集的数字信号等，通过无线的方式传输到后台上位机。

[0027] 下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

[0028] 图1示出了敞开式变电站广域局放监测物联网传感器各模块之间的连接及工作方式。其中UHF天线负责采集UHF局部放电信号，并通过线缆将信号传输至信号调理模块，信号调理模块对信号进行放大、滤波和检波处理后，通过线缆将信号传输至信号采集模块，信号采集模块对信号进行高速采集后，将数字信号传输至物联网通信模块，最后由物联网通信模块将信号通过无线的方式传输至后台上位机。太阳能电池板负责将光能转换成电能，并存储在蓄电池中，蓄电池通过电缆对信号调理模块、信号采集模块及物联网通信模块进行供电。

[0029] 图2示出了敞开式变电站广域局放监测物联网传感器采用的UHF宽带天线，天线包括锥体天线、金属接地极和50欧姆转换接头，UHF天线为全向天线，其阻抗带宽覆盖300-3000MHz中的一个或多个频率范围。

[0030] 本发明可实现广域局放监测传感器的自由取电和灵活安装，极大提高了传感器的应用范围，可有效提高敞开式变电站局部放电广域监测的有效性，同时因本传感器采用的UHF天线为全向、宽频天线，可实现单个传感器对多个电力设备的同时监测，也有效降低了变电站广域局放监测的成本。

[0031] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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