基于SMS无线通信的直流输电接地极监测装置研究
变压器直流偏磁在线监测与隔离接地装置
直流输电：在电网中，以直流电的方式实现电能传输，兼 顾输电和联网作用的电力设施。
（1） 直流系统将接收交流电整流一一 转换为直流输电一一 一再逆变为交流电送出，按设定的功率输电。 （2） 直流系统主要由换流器和相应的变压器，交流滤波器 （包括电容器和电抗器等无功补偿装置）和直流滤波器（包括 平波电抗器），直流线路等主设备，以及二次控制保护系统组 成。 （3） 直流系统基本结构双极大地回线，并通过直流断路器、 隔离刀闸，可以组成单极大地回线、单极金属回线等结构。
隔离变隔离水平：42kV·1min
高压直流输电单极大地回路方式运行时，接地极入地电流会在极址周边产生一 个强大的电流场，由于大地土壤电阻率的变化，接地极周边不同位置的中性点直 接接地变压器处于不同地电位，接地极的部分入地电流将从地电位较高的变压器 中性点流入变压器三相绕组，再经交流线路，然后通过地电位较低的变压器三相 绕组，由中性点入地，从而形成直流回路，即交流系统为入地电流提供了一个比 大地更容易流通的通道，如下图所示：
系统电压发生畸变
当变压器因直流偏磁的作用而工作点移至非线性饱和区时，变压器的激磁电感将 不在是常数，其直接后果是使系统的电压发生畸变，引起电压波动。具体的畸变情况 与变压器的绕组接法和磁路结构有关。在我国，110kV及以上变压器一般采用Y0/△连 接。 超高压、大容量变压器特别是自耦变压器一般采用Y0/△/Y0连接。当铁芯工作在 严重饱和区，漏磁通会增加，在一定的程度上使电压波峰变平。
变压器绕组中有直流分量流过时，这些直流磁通造成变 压器铁芯严重饱和，励磁电流高度畸变，产生大量谐波，变 压器无功损耗增加，金属结构件损耗增加，导致局部过热现 象，破坏绝缘,损坏变压器或降低使用寿命。严重时甚至引 起系统电压降低，系统继电器误动作。
基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现的开题报告
基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现的开题报告一、研究背景及意义随着移动通信技术的不断发展和普及，通信频率的空间利用率逐渐增大，为国家安全和公共利益带来了一定的威胁，如恐怖袭击、非法窃听、情报活动等。
为了保障国家安全和公共利益，需要对无线电频谱进行监测和管理，以防范和打击上述威胁事件的发生。
目前，无线电监测主要有三种方式：信令分析、射频检测和测向定位。
其中，测向定位是一种较为有效的监测手段，可以对无线电信号源进行快速准确的定位。
本项目基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现，旨在实现对GSM无线电信号源的测向定位，并通过无线电监测来保障国家安全和公共利益。
二、研究内容1. GSM无线电信号源测向原理及方法研究；2. 基于数字信号处理技术的GSM无线电监测系统设计及实现；3. 基于测向定位算法的GSM无线电信号源定位算法研究；4. 对测向系统进行测试，评估其测向精度和性能，并对系统进行优化。
三、研究计划1. 设计GSM无线电监测系统的硬件框架和软件框架，包括信号源捕获模块、信号特征提取模块、测向定位模块、用户界面模块等；2. 完成GSM无线电信号源测向原理及方法的研究，包括常规测向方法、高精度测向方法和多普勒参数测向方法等；3. 根据研究结果，设计基于数字信号处理技术的GSM无线电监测测向系统；4. 完成测向定位算法研究，包括基于互相关算法、基于最小二乘算法和基于最大似然估计算法等；5. 对测向系统进行测试，评估其测向精度和性能，并对系统进行优化。
四、研究意义及预期成果本项目研究的GSM无线电监测测向系统，对解决无线电频谱管理和保障国家安全及公共利益具有重要意义。
通过对GSM无线电信号源进行测向定位，可有效的防范和打击不法分子进行的恐怖袭击、非法窃听、情报活动等威胁事件。
同时，本项目也可为无线电频谱管理领域的研究与开发提供一定的参考和借鉴。
预期成果包括：1.设计与实现基于数字信号处理技术的GSM无线电监测测向系统；2.完成GSM无线电信号源测向原理及方法的研究；3.完成基于测向定位算法的GSM无线电信号源定位算法研究；4.对测向系统进行测试，评估其测向精度和性能，并对系统进行优化。
基于GSM通信技术的35kV输电线路避雷器在线监测系统研究
由于避 雷 器 的 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ露 全 电 流一 般为 微 安级 电流 ，
其 感 应 电流 ， 采 样 电 阻ｒ 产 生 的 电压 幅值 也 很 ２ 在 上 小， 一般 为毫伏 级 。因此 ， 了在微 机系统 内实 现精 为
确 的数据 采集 ．必须 对 该采样 电 阻的 电压 信号 进行
线监 测系 统 ， 并对 该 系统进行 了挂 网测试 。
该 模块 在发 送 时工作 电流较 大 ，峰 值 电流 达 １８Ａ， ． 而休 眠状 态 电流较 小为 ３０ｍＡ３ ． ｝ ＿ 。因此 ， 系统采 用 本 微 机对Ｔ ３模 块 的工 作模 式 进行 实 时 调整 ， 定 模 Ｃ５ 设
Ｓｒ ｃ，Ｍ ） ｅ ｉ Ｓ Ｓ 作为避雷器监测信号 的传输方式。本 ｖｅ 系 统Ｇ Ｍ模 块 选 用 西 门子 公 司 生产 的第 ３ Ｇ Ｍ双 Ｓ 代 Ｓ 频模 块Ｔ ３ ，其支 持Ａ 指 令 控 制 ，支持 Ｅ Ｓ ０／ Ｃ５ Ｔ Ｇ Ｍ９０ Ｇ Ｍ１８ ０ Ｓ ０ 双频 ， 据发送 速率 可达 １ ． ｋ ｉｓ 数 ４４ ｂｆ 。由于
始 在３ ｖ 电线路 上安装 氧化 锌避 雷器 。 得 了 良 ５ｋ 输 取 好 的效果 。 而 ， 路氧化 锌避 雷器 在长期 运行 过程 然 线
中 ， 因受 潮 或 老 化 而 发 生 故 障｛ ， 线 路 避 雷 器 易 对
进行远程监测 ， 对于提高线路避雷器的可靠性 、 保障 其 防雷效果 具有 重要 意义 。 文基 于嵌入式 微机 、 本 全
研 究 与 分 析
Ｙ ＮＪＵＹ Ｅ × Ａ Ｉ Ｕ Ｆ Ｎ
基于ＧＳ 通信技 术的３ Ｖ输 电线路 Ｍ ５ｋ 避 雷器在线监测 系统研 究
段 宇涵 唐 睿 杨 国清 ， ，
基于换流站直流测量装置现场测试方法的研究
基于换流站直流测量装置现场测试方法的研究摘要：换流站的直流测量装置涉及直流场许多保护，因此直流测量装置的现场检查、检测、调试尤为重要，加强对设备的研究对进行换流站调试工作具有重要的指导意义。
关键词：换流站；直流测量装置；现场测试1 引言青海至河南±800千伏特高压直流工程做为世界首条主要以输送清洁能源为主的外送通道，承载着青海能源外送、可靠供应河南电力消费需求的使命。
随着电力技术的飞速发展，电压等级的提高，直流电子式电流互感器以及零磁通电流互感器因其结构紧凑、绝缘简单可靠、体积小、重量轻、线性度好、动态范围大等特点大量应用于测量直流场、阀厅及接地极的直流电流和谐波电流，为直流控制保护装置提供电流信息。
2 直流电子式电流互感器±800kV特高压青南换流站采用PCS-9250 型直流电子式电流互感器，其利用分流器传感直流电流、利用空芯线圈传感谐波电流、利用基于激光供电的远端模块就地采集分流器及空心线圈的输出信号，利用光纤传送信号、利用复合绝缘子保证绝缘。
2.1 基本结构PCS-9250 直流电子式电流互感器主要由四部分组成。
2.1.1 一次传感器一次传感器包括一个分流器及一个空芯线圈，分流器用于测量直流电流，空芯线圈用于测量谐波电流。
2.1.2 远端模块远端模块也称一次转换器。
PCS-9250 型直流电子式电流互感器可根据工程需求配置多个完全相同的远端模块，满足直流工程多重化冗余配置需求，保证电子式电流互感器具有较高的可靠性。
远端模块接收并处理分流器及空芯线圈的输出信号，远端模块的输出为串行数字光信号。
2.1.3 光纤绝缘子绝缘子为内嵌光纤的复合绝缘子（悬式或支柱式），光纤绝缘子采用先进工艺技术使光纤免受损伤，绝缘可靠。
绝缘子内可根据工程需要嵌入多根62.5/125um 的多模光纤，留有足够的备用光纤。
2.1.4 合并单元合并单元置于控制室，合并单元一方面为远端模块提供供能激光，另一方面接收并处理远端模块下发的数据，并将测量数据按规定的协议（TDM 总线或IEC60044-8 标准）输出供二次设备使用，合并单元亦可输出模拟信号供二次设备使用。
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基于SMS无线通信的直流输电接地极监测
装置研究
作者：王玲
来源：《农村经济与科技》2016年第06期
【摘要】本文采用开环穿芯式霍尔传感器采集接地极上的电流，利用CYB500D系列水位
水温传感器采集水深水位信息，经过屏蔽导线送入在线监测装置，采用分段线性插值法对测量
误差进行补偿，提高了装置的测量精度。测试结果表明，监测装置的整体性能能够满足接地极
在线监测的要求，可以为直流输电系统运行方式判断和接地极工作状态提供重要可靠的数据依
据，具有实际的应用价值。
【关键词】接地极；无线通信；在线监测；高压直流输电
随着我国“西电东送，南北互供，全国联网”的电力发展总方针，高压直流输电技术将会成
为我国电网互联主要途径。高压直流输电在远距离、超大容量输电中占有极其重要的位置。高
压直流输电作为新型输电方式投入运行时间较短，其运行基础数据较少，有待进一步搜集及分
析整理。尤其是直流换流站接地极的运行参数采集等完全依靠人工来完成，自动化程度很低。
而直流接地极在直流输电系统中是关键设备，该类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，对于直流接地极接地系统实时监测具有重要的现实意义。
1直流输电方式
1.1直流单极输电大地回流方式
这种方式的极线可采用架空线或电缆，回流方式则利用大地，此方式可大量降低输电线路
的造价，如图1-1所示。然而，这种方式要求接地极长期流过直流输电的额定电流，因此对接
地极的材料、设置方式有较高的要求。
1.2直流双极输电中性点两端接地方式
图1-2所示为整流与逆变侧中性点均通过接地极接入大地中的情况。这种方式可大大提高
了直流输电的可靠性和可用率。但这种方式在正常运行时，由于变压器参数、触发控制的角度
等不完全堆成，会在中性点上有一定的电流流过，这一电流对附近中性点接地的变压器、地下
铺设设备、通信等产生影响。
2监测装置总体设计
本文设计的直流输电接地极在线监测装置，是针对接地极上流过的漏电流以及对应接地极
极址附近的水井进行监测，从而确定输电系统的工作状态，并且通过对水井中的水深和水温来
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判定接地极接地导电的状态。如图2-1所示，被监测的接地极漏电流、水深和水温，经温度传
感器、水深传感器和电流传感器通过引流导线，进入监测装置，经信号采集调理和测量后，得
到的数据发送至附近的监测基站，通过无线通讯方式（SMS）上传至监控中心，经过数据处理
分析后得出输电系统和接地极的判断结果。监测装置由太阳能电源及其控制电路、数据存储单
元、实时时钟电路、数据采集单元和无线通信模块等组成。
图2-2所示为接地极在线监测装置结构图，主要由太阳能电源模块、电源控制电路、无线
通信电路、时钟电路、监控电路、调理与滤波电路、隔离转换电路和检测电路等主要单元构
成。太阳能电源模块单元，此单元包含太阳能板和蓄电池组，主要完成装置的电源供给，在日
照充足时太阳能板负责实现对装置的供电和对蓄电池组的充电，当日照弱或黑夜时，由蓄电池
组向装置供电。电源控制电路实现对蓄电池充电的管理，以及对检测电路的电源启停管理。无
线通信电路完成SMS短信内容的组织和编写，利用GSM模块实现SMS短信的收发，完成数
据的无线传输。时钟电路实现装置内部的时间管理，提供各项采集数据对应的时间信息。监控
电路实现对主控芯片工作状态的监控，当主控芯片工作故障时实现主控芯片自恢复功能。隔离
转换电路，实现被测信号与装置内部的隔离和AD转换。调理与滤波电路对所测信号进行滤
波，获取较准确的测量信号。
3监测装置通信模块电路设计
文中GSM通信模块电路分为两部分，一部分由高速单片机组成，实现对短信息内容的编
解码、向主控单元发送接收数据和指令的下发；另一部分是GSM无线通信模块，选用的是西
门子公司的TC35i模块，通过此模块实现SMS的发送和接收。
系统电路原理图如图3-1所示。文中ATMEGA85
15L工作电压为3.3V，因此在与TC35i模块通信时，需要进行电平转换。其中U2B、Q4
和R3构成的是3.3V到5V的电平转换。利用CMOS期间的宽电压输入，U2D实现5V到3.3V
的电平转换。PD3与PD4引脚与主控单元中MSP430F149的串行通信引脚相连。
监测系统与控制中心之间通过通信模块，以短消息信息的方式按照一定的通讯协议实现数
据短信、命令短信、状态短信的交换，实现了控制中心软件命令的下传和前台监测系统数据的
上传以及短信状态的互传功能。短消息通信的方式也实现了对接地极电流状态的远程监控，降
低了系统的成本。蓄电池的储能作用对保证系统连续工作是很重要的。通过计算得出，应选用
额定电压为16V，功率为10W的太阳能电池板。
4软件设计
系统软件程序主要包括主控单元程序，监控单元程序、时钟管理和通信模块程序四部分。
主控单元完成接地极电流、水温水位的采集，处理和传输；能通过通信模块定时发送日常数据
信息，当检测信号超出限值则立即发送报警信息；接收解析后的后台数据中心发送的短信命令
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信息、并实现相应的处理与应答。通信模块程序完成将主控单元发送的数据进行编码，封装为
短信格式程序；解析后台数据中心发送的命令信息并发送给主控单元。监控单元程序完成主控
单元心跳信号的监测，当主控单元运行异常时，控制监测装置实现自恢复。程序采用汇编语言
编写，并采取一定措施确保数据的可靠性，可实现系统的高效，稳定运行。为了便于软件的维
护采取了模块化的软件设计方法。系统整体软件结构如图4-1所示。
5监测装置及结果分析
本文根据监测装置的测量要求，依据实验室现有条件，设计了监测装置的精度试验方法，
并进行了测试。通过对测量数据的误差进行分析，对测量结果进行校准，以满足对接地极电流
进行在线监测的要求。水位水温测试利用一个直径为10cm，高为2.5m的有机玻璃管模拟水井
水位。
5.1模拟双极运行方式
测试时，保持传感器穿过的线圈匝数不变，改变电流源输出电流的大小。在本测试实验
中，电源电流大小变化范围为0～2A，线圈匝数为50，模拟实际电流大小为0～100A，玻璃
管中水位为0.5～1.5m。实际电流与装置所测电流关系曲线图如图5-1所示。从图中可以看
出，在实际电流为0-40A时，两者之间的偏差较小；当实际电流大于40A后，两者之间的偏
差越来越大，但是在40—70A区间中，实测电流成线性关系，在70-100A区间中实测电流也
呈线性关系，但是两个区间的线性度不同。
水位实际值与测量值之间的关系曲线图如图5-2所示。从图中可以看出，在水位为1m以
下时，实际值与测量值之间存在一个固定的偏差；当水位高于1m时，测量值仍呈线性关系，
但是线性系数产生变化，造成偏差增大。对于水温的测试从表中可以看出，水温的测量保持不
变，与实际值之间存在一个固定的偏差。
5.2模拟接大地回线方式
此项测试时，电流大小变化范围为0～2A，线圈匝数为150，模拟实际电流大小为0～
300A，对应电流玻璃管中水位为1m。实际电流与装置所测电流关系曲线图如图5-3所示。从
图中可以看出，在实际电流为0-10A时，两者之间的偏差较小；当实际电流大于100A后，两
者之间的偏差越来越大，但是在100-210A区间中，实测电流成线性关系，在210-300A区间中
实测电流也呈线性关系，但是两个区间的线性度不同。在此情况下未变化水位，故水位维持在
一个稳定值。而水温变为16℃，与实测温度之间仍相差一个固定偏差。从以上实验数据的关
系曲线可以看出，流过传感器的电流越大，监测装置测量的数据偏差越大，但是在一定区间内
仍呈线性化关系。对此，文中采用分段线性插值法对电流的测量结果进行校正。图5-4为对实
验2中电流测量结果进行校正后与实际电流的对比关系图。可以看出，在进行校正后两者的关
系曲线基本重合，减小了测量误差。
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6结论
在借鉴国内外在线监测技术的基础上，确定了接地极在线监测装置的监测对象和取值范
围，在硬件电路原理和软件设计上进行了细致工作，完成了在线监测装置的开发。根据实验室
现有条件，对监测装置进行了测试，获取了一定的测试数据，并对测量数据进行了分析和校
正，提高了监测装置的测量精度。结果表明：本文设计的接地极电流在线监测装置，能够准
确、有效的测量接地极电流和水温水位，为综合判断直流输电系统的运行状态，预防接地极关
键设备的损坏提供了一种技术手段。
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