一种基于大数据分析的避雷器在线诊断系统
技术领域
本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种基于大数据分析的避雷器在线诊断系统。
背景技术
在电力系统中，避雷器为重要设备，其运作状态的优与劣，对实际供电所产生的影响也是非常大的。金属氧化物避雷器具备体积较小、结构相对单一等的特性，其优势价值是尤为显着的，因此其运用范围较为广泛。现阶段，我国超高压以及高压等领域已经对这种方式加以了运用，但在运用过程中，却常常产生故障问题，进而对其运用造成不良影响。可见，研究金属氧化物避雷器常见故障类型与预控措施是至关重要的，对此应加以高度关注。
实用新型内容
本实用新型的目的是一种基于大数据分析的避雷器在线诊断系统，对避雷器进行实时的监测，并且将监测到的数据完整的反馈给系统，完成避雷器监测的实时报警和老化程度的预测，避免故障，有效的解决了因为避雷器损坏造成的重大电力事故，严重会影响国民经济生产，破坏社会的正常秩序，造成难以挽回的损失。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种基于大数据分析的避雷器在线诊断系统，包括采集模块、控制模块、GPRS模块、电源模块，采集模块与控制模块单向通讯，采集模块用于采集电流；控制模块与GPRS模块双向通讯，GPRS模块与后台系统无线通讯，电源模块为采集模块、控制模块、GPRS模块供电。
采集模块由温度传感器、湿度传感器、零磁通电流互感器、驱动放大器组成，温度传感器、湿度传感器均与控制模块单向通讯，零磁通电流互感器的信号输出端与驱动放大器的信号输入端相连，驱动放大器与控制模块单向通讯。
控制模块由单片机、复位电路、定时器组成，单片机分别与GPRS模块、复位电路、定时器双向通讯，单片机分别与温度传感器、湿度传感器、驱动放大器单向通讯。
作为上述方案的进一步改进，所述电源模块是采用3.3V的锂电池。
作为上述方案的进一步改进，所述单片机采用PIC18F45K40单片机。
作为上述方案的进一步改进，所述GPRS模块采用低功耗的SIM800CGPRS模块。
作为上述方案的更进一步改进，所述采集模块、控制模块、GPRS模块、电源模块均集成在一电路板上，所述电路板的外侧设置有收容所述电路板的外壳。
其中，温度传感器、湿度传感器、零磁通电流互感器均位于外壳外，驱动放大器位于外壳内。
作为上述方案的更进一步改进，外壳的一侧开设有供电路板插入的收容槽，外壳上设置有用于封闭收容槽的壳盖。
作为上述方案的更进一步改进，壳盖的一侧相对设置有两个卡块，收容槽的相应侧壁上开设有两个与相应卡块卡接配合的卡槽，每个卡槽内的槽壁上开设有顶槽，每个卡块上开设有与顶槽相对应的珠槽，珠槽内通过弹簧连接有与顶槽相配合的顶珠。
作为上述方案的更进一步改进，当弹簧处于非压缩状态时，顶珠的珠心与珠槽的槽口相齐平。
由上述技术方案可知，本实用新型可以实时监测避雷器工作状态并进行大数据分析，并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，锂电池的电量完全可以支持连续工作几年，可保证供电的安全性、可靠性和持久性。
本实用新型的基于大数据分析的避雷器在线诊断系，通过将相应模块集成在同一电路板上，并将该电路板收容在外壳内，可以对外壳内的相应模块进行防护，同时壳盖与外壳之间通过卡槽、卡块、顶珠、顶槽进行连接，使外壳与壳盖之间的连接更加稳固，以进一步提高对于电路板上各模块的防护效果。
附图说明
图1为本实用新型实施例1提供的基于大数据分析的避雷器在线诊断系统的组成框图；
图2为本实用新型实施例1提供的基于大数据分析的避雷器在线诊断系统中的外壳顶部的剖面结构示意图；
图3为图2中的A处的放大结构示意图；
图4为图3中的B处的放大结构示意图；
图5为本实用新型实施例2提供的基于大数据分析的避雷器在线诊断系统的在线诊断方法的流程示意图。
主要符号说明：
1、采集模块；2、控制模块；3、GPRS模块；4、电源模块；5、温度传感器；6、湿度传感器；8、零磁通电流互感器；9、驱动放大器；10、单片机；11、复位电路；12、定时器；13、电路板；14、外壳；15、收容槽；16、壳盖；17、卡槽；18、卡块；19、顶槽；20、珠槽；21、顶珠；22、弹簧。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
如图1所示，基于大数据分析的避雷器在线诊断系统，包括采集模块1、控制模块2、GPRS模块3、电源模块4。采集模块1与控制模块2单向通讯，采集模块1用于采集电流；控制模块2与GPRS模块3双向通讯，GPRS模块3与后台系统无线通讯，电源模块4为采集模块1、控制模块2、GPRS模块3供电。
采集模块1由温度传感器5、湿度传感器6、零磁通电流互感器8、驱动放大器9组成，温度传感器5、湿度传感器6均与控制模块2单向通讯，零磁通电流互感器8的信号输出端与驱动放大器9的信号输入端相连，驱动放大器9与控制模块2单向通讯。
控制模块2由单片机10、复位电路11、定时器12组成，单片机10分别与GPRS模块3、复位电路11、定时器12双向通讯，单片机10分别与温度传感器5、湿度传感器6、驱动放大器9单向通讯。
如图1所示，零磁通电流互感器8负责定时采集电流，采集频率用户可以自定义，驱动放大器9可以把采集到的电流放大，这样更容易被采集模块1识别计算，采集模块1采集到的电流回传到控制模块2，也就是单片机10，单片机10经过计算驱动GPRS模块3把收到的数据回传到系统后台，后台的数据库经过计算分析完成报告然后发送到用户的电脑和移动端，当然分析数据的时候会根据避雷器的使用年份和污秽度外加避雷器的自身属性进行判断，这样才能准确的判断出避雷器的问题所在。温度信息和湿度信息同电流一样，可以定时回传。
以下结合图1本实用新型作进一步的说明。
采集模块1的零磁通电流互感器8的精度可以达到十万分之一，甚至更高，由于其采用自动补偿的方式，放大倍数越大，补偿效果越好，误差也就越小，其频带及带载能力等指标也很好，也可相对减少铁心及互感器的体积，降低对材料的使用成本。
零磁通电流互感器8的优点在于，零磁通电流互感器8也称为磁平衡式电流互感器，同样基于电磁感应原理，零磁通电流互感器8的理论误差等于零，不存在比差。零磁通电流互感器为了消除励磁电流对测量精度的影响，采用一个补偿绕组，专门用于提供励磁电流，这样，测量绕组就不会受到励磁电流的影响，就不存在比差和角差，从而达到高精度的测量。
控制模块2采用单片机10对从采集模块1采集到的数据进行计算处理以及控制，控制模块2当然会配置复位电路11和定时器12，复位电路11、定时器12均集成在单片机10上。这样才能准确地控制回传时间和产生动作的时间，复位电路11也会定时的工作，让单片机10定时重启，避免死机故障的发生。单片机10的数据处理能力强，通用性能好，能够满足各种需求，并且集成度高，工作效率高。单片机10采用PIC18F45K40单片机。
用于测量温度的温度传感器5、用于测量湿度的湿度传感器6、用于控制处理的控制模块2以及用于通信的GPRS模块3均是低功耗的，现场直接采用固定电源供电，或者采用光伏电池板供电，从而保证供电的可靠性、稳定性和持久性。
GPRS模块3采用北斗无线通讯技术，实现测量所得数据信息及信号从杆塔到基站再到监控人员的通讯，数据通信实时性强，数据传输快捷，1秒以内可实现一次发送。所需设备及通信费用低，北斗通信的系统容量大、并发能力强，数据传输的可靠性和稳定性极高。无需普通无线通讯方式GPRS模式，需要通讯基站的支持。GPRS模块3可以采用低功耗的SIM800CGPRS模块。
电源模块4可以是采用3.3V的锂电池。选择锂电池的原因是锂电池使用寿命相对较长，使用寿命可达到7年以上。锂电池高低温适应性强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45℃环境下使用。绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。
通过零磁通电流互感器8采集信息，经过驱动放大器9，并且通过采集模块1算出准确地信息，将测量的信息通过串口传送给控制模块2，经控制模块2内单片机10运算处理后驱动GPRS模块3传输信息，在采集电流的同时，温度传感器5和湿度传感器6也会参与工作采集环境湿度和避雷器的温度。并通过定时器12及复位电路11，每隔一段时间对单片机10进行一次复位，防止单片机10出现长时间死机的不利情况。信息进入后台系统中，利用大数据分析处理生成报告后发送到用户的电脑或者移动端，如有异常运行维护人员就要进行维护检修，防止发生事故危害电力传输系统的稳定性。
为解决采集信息的精度，采用了零磁通电流互感器8，将采集到的信息经过驱动放大器9，有效降提高信号强度，提高测量精度，能够在动态环境下准确测量出避雷器的泄漏电流，稳定性极高。
本装置将监测避雷器具体参数并和后台进行综合比较，实现避雷器报警的作用，有效地解决由于外力破坏、冰雪灾害和避雷器老化问题，防止事故的发生，保证电力传输的安全性和稳定性。并通过北斗通信技术将数据传给接收端，反馈给后台系统，在后台系统的大数据分析下，根据当地的气候，避雷器的使用时间进行系统的分析，最终反馈一个合理且准确的报告给用户。
结合图2至图4，采集模块1、控制模块2、GPRS模块3、电源模块4均集成在一电路板13上，电路板13的外侧设置有收容电路板13的外壳14。其中，温度传感器5、湿度传感器6、零磁通电流互感器8均位于外壳14外，驱动放大器9位于外壳14内。
本装置布置在一个长方体绝缘的外壳14上，控制模块2、GPRS模块3和电源模块4收容在外壳14内部，可以对控制模块2、GPRS模块3和电源模块4进行防护，采集模块1位于外壳14外，以便于采集电流信息、温度信息和湿度信息。其中电源模块4为其它三个模块进行供电。
外壳14的一侧开设有供电路板13插入的收容槽15，外壳14上设置有用于封闭收容槽15的壳盖16。电路板13可以插入收容槽15或者从收容槽15中抽出，实现了外壳14对于电路板13的防护。
壳盖16的一侧相对设置有两个卡块18，收容槽15的相应侧壁上开设有两个与相应卡块18卡接配合的卡槽17，通过卡块18插入卡槽17，方便壳盖16封闭收容槽15的槽口。
每个卡槽17内的槽壁上开设有顶槽19，每个卡块18上开设有与顶槽19相对应的珠槽20，珠槽20内通过弹簧22连接有与顶槽19相配合的顶珠21。当弹簧22处于非压缩状态时，顶珠21的珠心与珠槽20的槽口相齐平。
当卡块18插入相应的卡槽17内时，卡块18的块体侧壁上的顶珠21会在卡槽17槽壁的挤压下被压入珠槽20内，同时顶珠21会使弹簧22压缩，当珠槽20运动至与顶槽19的对应位置时，顶珠21不会再受到来自卡槽17槽壁的挤压，顶珠21会在弹簧22的弹力释放作用下被顶入相应的顶槽19内，使卡块18与卡槽17之间的连接更加稳固。
实施例2
请结合图5，本实施例2与实施例1的区别在于，本实施例2为避雷器在线诊断系统的在线诊断方法，具体包括如下步骤：
步骤1：连接好避雷器和监测避雷器的设备，确认避雷器和监测仪都可以正常工作，然后等待数据回传。
步骤2：通过监测仪的采集模块1对避雷器的泄漏电流进行采集，并且通过GPRS模块3将采集到的数据回传到后台系统中。
步骤3：数据分析，后台系统通过对接收到的避雷器数据进行存储和统计，对正常的数据进行分析，经过多次且正确的数据采集后建立合理的数学模型。在采集数据时候将采集的数据代入到数学模型中，判断数据是否正常，进而判断避雷器的老化程度和损坏程度。
步骤4：生成诊断报告，远程诊断系统通过接收到的避雷器一系列数据后，将避雷器的数据和系统中的原始数据对比结果打印出来，可以通过手机和后台系统进行查看。
步骤5；制定检修计划，后台系统会通过避雷器数据和原始数据的对比结果制定检修方案。
其中，在步骤1中，避雷器监测仪投入工作后，可以当场招收数据，实时的反应避雷器的现状，进而判断避雷器是否可以正常工作。
在步骤2中，通过采集模块1采集避雷器泄露的电流，温度传感器5采集避雷器自身的温度，湿度传感器6采集避雷器所处环境的湿度，把采集到的数据回传到系统后台中，为后台数据识别对比做准备。
在步骤3中，避雷器在使用过程中的数据包括泄露电流、动作次数、避雷器温度和环境湿度。这些数据可以准确地体现避雷器目前的工作状态，通过GPRS模块3的传输反应到后台系统中，同时后台系统接收到数据后及时进行整理和分析，再根据避雷器的相关物理属性(温度、湿度)和系统电压的波动，外绝缘污秽度进行合理正确的数学模型关系建立，同步生成诊断报告发送给检修运行人员。
在步骤4中，诊断系统在收到了无线回传的数据之后，首先要了解避雷器自身的属性和避雷器的污秽度，然后判断避雷器的温度和泄漏电流，根据避雷器的属性和污秽度合理分析，确定避雷器有没有受损，会不会导致避雷器温度过高影响线路安全，然后通过环境的湿度和动作次数判断泄漏电流的数值是否过大，是否存在避雷器潮湿的现象，通过多个数据的联合判断决定避雷器的老化程度和受损程度，最后判断避雷器的剩余寿命。
在步骤5中，后台读取诊断报告后，会根据大数据进行理解分析，结合数据库中的应对措施给出最佳的解决方案，节省了人力，降低了检修人员的劳动强度，增强了电力设备的安全程度。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
