Page 50 - 电力与能源2022年第五期

4 1 2 崔椿洪: 一种新型配电网雷击点定位装置的研制

修复, 减少停电时间, 提高配电网的供电可靠性。

2 雷电流监测终端设计

基于上述雷击点定位定位系统工作原理的描
述, 雷电流监测装置是整个系统的重要组成部分,
是触发整个系统正常工作的关键所在, 可见雷电
流监测装置性能的好坏直接关系到整个定位系统
的性能。罗氏线圈电流传感器具有结构简单、 频
率范围宽、 线性度好等优点, 为测试罗氏线圈的灵
图 3 雷电流监测装置原理框图
敏度和线性度, 分别使用设计的罗氏线圈和圆管
典型值为 200mW 。在系统工作过程中, 当杆塔
式分流器测试相同的冲击电流波( 8 / 20 μ s ) 进行
发生闪络时, 接地线上流过雷电流, 罗氏线圈通过
误差比较, 测试波形如图 2 所示。图 2 中, 波形 1
耦合感应得到输出电压波形, 波形通过信号预处
为罗氏线圈所测, 波形 2 为分流器所测。通过比
理模块, 当处理后的信号幅值达到触发系统的阈
较可见, 罗氏线圈测得的波形和传统分流器测量
值时, 系统启动高速数据采集模块, 对监测到的雷
的波形基本一致, 波形失真度较小, 说明罗氏线圈
电流进行高速采集, 并通过微处理器对波形进行
满足被测雷电流信号频带宽度的要求, 可实现对
分析, 实现对雷电流参数的测量。由于系统采用
雷电流的监测。故本文采用罗氏线圈实施对配电
硬件比较器触发, 在采集的过程中会丢掉小于触
网雷击闪络雷电流的监测。
发阈值之前的波形数据, 系统在 FPGA 中内嵌了
预采样 FIFO , 以实现雷电波形的全波采集。
( 2 ) 无线数据传输系统搭建。雷电流监测模
块应用于线路杆塔雷击电流大小的测量, 处于野
外的杆塔与监控 中心之间的距离通常在十几公
里, 甚至几十公里, 传统的 Wi-Fi 、 Ze g bee 等无线
传输技术通信距离短, 无法满足系统数据传输距
离的要求, 而传统的有线通信因需敷设线缆更加
不适合 监 测 系 统 的 布 置。 受 条 件 的 限 制, 采 用
GPRS 通信技术来实现对雷击电流监测模块数据

图 2 罗氏线圈和圆管式分流器测试 8 / 20 μ s冲击电流的波形 的传 送。本 文 采 用 的 GPRS 模 块 支 持 TL 、 RS-
根据罗氏线圈对雷电流监测的原理, 结合现 232 、 RS-485 接口电平, 无需在使用过程中对底层
场实际的需求, 对整个雷电流监测装置进行了设 设备的开发, 大大简化了系统。
计, 其结构如图 3 所示。由图 3 可以看出, 整个雷 雷击点定位装置由 1 个监测平台和多个雷电

电流监测装置由电流传感模块、 信号预处理模块、 流监测装置构成, 在数据通信上为一点对多点的
A / D 数据采集模块、 微处理器模块、 数据通信模 网络拓扑结构, 监测平台为中心节点, 雷电流监测

块和太阳能电源系统组成。 装置为子节点。在数据传输过程中, 监测平台终
( 1 ) 雷电流监测单元设计。雷电流监测装置 端和雷电流监测装置均通过 RS232 串口和 GPRS
长期处于野外工作环境, 为了确保整个系统实时 模块相连, 监测平台和雷电流监测装置配置不同
工作, 设计过程中采用低功耗方案。整个硬件系 的物理地址。当监测节点发生雷击时, 雷电流监
统由高速 A / D 、 FPGA 和 MSP430 构成了数字系 测装置能够将信号完整地记录下来并通过无线通
统的核心 部 分。系 统 选 用 EP1C12Q240 作 为 逻 信模块将数据主动上传至监测平台; 当未发生雷
辑的芯片, 超低 功 耗 单 片 机 MSP430F5438 作 为 击时, 雷电流监测装置每天定时发回一个数据给
控制 芯 片, 高 速 A / D 选 用 了 10 位 并 行 芯 片 监测平台, 确保通信链路正常工作。
ADS822 , 该 A / D 的采样率可达 40 MS · s , 功耗 ( 3 ) 触发电路设计。为了使系统能在野外长
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