CN102998511A - 一种避雷器放电电流监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种避雷器放电电流监测装置，所述装置包括放电电流监测单元和数据接收终端；所述放电电流监测单元通过ISM无线数据传输单元将监测的放电电流信息传输到所述数据接收终端；所述放电电流信息包括幅值、极性、波形和GPS时间。放电电流监测单元和数据接收终端之间双向无线通讯，数据接收终端随时访问放电电流监测单元，了解其运行状态，该装置结构简单，维护方便。本发明克服了避雷器在线监测领域对避雷器放电电流监测的不足，为雷电放电监测研究提供很好的获取雷电电流参数的途径。

Description

一种避雷器放电电流监测装置
技术领域
本发明属于电力系统避雷器在线监测和雷电监测技术领域，具体涉及一种避雷器放电电流监测装置。
背景技术
避雷器是电力系统设备防护雷电过电压和系统操作过电压的主要设备之一。就避雷器的工作特点而言，就是牺牲自己，保护其它设备。但数万安培的大电流流过或短时间内连续数次的数千安培电流流过都会对其内部的非线性阀片造成不可恢复性伤害，通过监测和记录避雷器动作时的放电电流的波形、幅值、放电次数，可以计算得到流过避雷器电流的放电能量，从而提供避雷器内部的运行状态信息，使得运行维护人员对避雷器的健康状况做到心中有数，对减少避雷器的日常维护工作，提高系统安全运行有很大的帮助。
就雷电放电监测研究来说，雷电流是十分重要的参数，测量雷电流参数对探讨防雷对策，提高防雷设施性能，分析雷害事故，具有十分重要的意义。同时，雷电流参数的测量也是进行雷电特性研究的基础工作。目前电力系统部门在全国各省都安装了雷电监测系统，其基本原理是用多个闪电探测站测量雷击时大气放电的电磁波，经过计算机的反推计算确定大气放电通道流过的雷电流流幅值和极性。但雷击输变电设备时，实际流过的电流，与大气放电电流是不同的。电力系统设备在遭受雷击时，雷电流大多会流经避雷器入地，这就为我们测量雷电流提供了一个很好的通道；通过监测流经避雷器的雷电流幅值，波形，以及雷击时的精确时间，可以获取到十分重要的雷电流参数。
目前的避雷器在线监测装置，主要用来监视避雷器的泄漏电流以及放电电流。避雷器泄漏电流是避雷器在正常系统电压状况下，流过避雷器的弱小电流，放电电流是在避雷器在遭受过电压状况下，起保护其它设备作用时，流过避雷器内部的大电流；和泄漏电流相比，放电电流更能反映避雷器内部的状态。避雷器泄漏电流在线监测的相关产品和专利非常多，而能查询到的监测避雷器放电电流的产品和专利很少。
电力系统在有些避雷器上，安装有一个简单的机械式或电子式的放电计数器，用于记录避雷器的动作次数，这些监测设备能提供的放电电流信息很少。目前国内已开发了一些避雷器放电电流的监测装置，申请号为201110414650.7的发明专利公开了一种避雷器放电计数器在线检测装置，它具有一个箱体，在箱体内设有蓄电瓶、逆变器和接线夹，所述蓄电瓶、逆变器和接线夹依次通过导线连接，在蓄电瓶与逆变器的连接导线上设有手动开关。其只能检测避雷器的放电动作次数。
申请号为201020661817.0的实用新型专利公开了一种避雷器动作电流幅值监测器，包括动作计数传感器、计数/触发电路、数据输出接口电路、电压基准电路、单片机、显示器和电源，动作计数传感器与计数/触发电路连接，计数/触发电路输出到单片机的接口，单片机输出信号到数据输出接口电路，单片机与电压基准电路、显示器相连，电源为监测器提供工作电源，还包括雷电幅值传感器和无缘积分电路，雷电幅值传感器与无源积分电路连接，无源积分电路输出到单片机的接口。该实用新型可实时监测线路避雷器的动作次数、放电电流幅值等运行情况，但并未记录避雷器动作的时刻，只能简单的获取电流幅值，更不能获取更详细的波形信息。可见这些避雷器放电电流监测装置的功能都十分简单，不能满足避雷器放电电流的监测的要求。此外在避雷器放电通道安装传感器来获取雷电流参数的相关产品和专利也极少。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种避雷器放电电流监测装置，放电电流监测单元和数据接收终端之间双向无线通讯，数据接收终端随时访问放电电流监测单元，了解其运行状态，该装置结构简单，维护方便。本发明克服了避雷器在线监测领域对避雷器放电电流监测的不足，为雷电放电监测研究提供很好的获取雷电电流参数的途径。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
提供了一种避雷器放电电流监测装置，所述装置包括放电电流监测单元和数据接收终端；所述放电电流监测单元通过ISM无线数据传输单元将监测的放电电流信息传输到所述数据接收终端；所述放电电流信息包括幅值、极性、波形和GPS时间。
所述放电电流监测单元包括电流传感器、信号衰减器、信号调理电路、A/D采集电路、触发电路、CPU处理器、ISM无线数据传输单元、GPS受时单元、时钟芯片和数据存储单元；所述信号衰减器包括信号衰减器A和信号衰减器B，信号调理电路包括信号调理电路A和信号调理电路B。
所述电流传感器将其输出的电压信号同时输入信号衰减器A和信号衰减器B，信号衰减器A、信号调理电路A和A/D采集电路依次连接，所述采样时钟分别同时连接A/D采集电路和先进先出缓存器，A/D采集电路通过先进先出缓存器连接CPU处理器；信号衰减器B连接信号调理电路B，所述信号调理电路B通过触发电路连接CPU处理器；所述CPU处理器从先进先出缓存器中将数据转移到所述数据存储单元进行存储；所述ISM无线数据传输单元、GPS受时单元、时钟芯片和数据存储单元均与CPU处理器互连。
所述放电电流监测单元捕获避雷器在遭受过电压时的放电电流，记录放电电流信息，并按时间索引，将放电电流信息进行存储。
所述电流传感器为分流器或罗氏线圈，其安装于所述避雷器接地引下线上。
所述电压信号经过信号衰减器A衰减1/N1，经过信号衰减器B衰减1/N2，其中N1＞N2。
所述信号调理电路包括滤波电路和信号放大电路。
所述触发电路设有门槛电压，避雷器动作且电压信号超过所述门槛电压的情况下，所述CPU处理器测量并记录放电电流波形。
所述ISM无线数据传输单元、GPS受时单元、时钟芯片和数据存储单元均通过UART串口与CPU处理器互连。所述数据存储单元的存储芯片为NAND FLASH。
所述装置通过GPS受时单元获取GPS时间，获取的GPS时间精度为纳秒级。
所述避雷器包括安装在输电线上的避雷器和安装在变电站的避雷器，所述安装在输电线上的避雷器采用太阳能供电，所述安装在变电站的避雷器采用220V交流供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.能够自动测量和记录避雷器放电电流的全面信息，包括幅值、极性、波形、以及避雷器放电的时间；填补现有避雷器在线监测领域对避雷器放电电流监测的不足，同时为雷电放电监测研究提供了一个很好的获取雷电流参数的途径；
2.系统采用GPS卫星受时，解决了硬件实时钟因晶振温漂以及运行积累产生的时间误差，时间精度高；
3.测量记录的数据保存在监测单元内的非易失大容量NAND FLASH中，测量的数据不易丢失，可以通过数据接收终端随时读取；
4.放电电流监测单元和数据接收终端之间采用无线通讯方式，没有数据线长短以及铺设的制约，使得避雷器监测单元的安装点灵活方便,在有多个监测点的情况下，容易组网；
5.放电电流监测单元和数据接收终端之间可以双向通讯，在数据终端可以随时访问避雷器监测单元了解运行状态，维护方便。
附图说明
图1是避雷器放电电流监测装置结构示意图；
图2是避雷器放电电流监测装置工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2，提供了一种避雷器放电电流监测装置，所述装置包括放电电流监测单元和数据接收终端；所述放电电流监测单元通过ISM无线数据传输单元将监测的放电电流信息传输到所述数据接收终端；所述放电电流信息包括幅值、极性、波形和GPS时间。
所述放电电流监测单元包括电流传感器、信号衰减器、信号调理电路、A/D采集电路、触发电路、CPU处理器、ISM无线数据传输单元、GPS受时单元、时钟芯片和数据存储单元；所述信号衰减器包括信号衰减器A和信号衰减器B，信号调理电路包括信号调理电路A和信号调理电路B。
所述电流传感器将其输出的电压信号同时输入信号衰减器A和信号衰减器B，信号衰减器A、信号调理电路A和A/D采集电路依次连接，所述采样时钟分别同时连接A/D采集电路和先进先出缓存器，A/D采集电路通过先进先出缓存器连接CPU处理器；信号衰减器B连接信号调理电路B，所述信号调理电路B通过触发电路连接CPU处理器；所述CPU处理器从先进先出缓存器中将数据转移到所述数据存储单元进行存储；所述ISM无线数据传输单元、GPS受时单元、时钟芯片和数据存储单元均与CPU处理器互连。先进先出缓存器容量越大，波形记录的时间就越长。
所述放电电流监测单元捕获避雷器在遭受过电压时的放电电流，记录放电电流信息，并按时间索引，将放电电流信息进行存储。
所述电流传感器为分流器或罗氏线圈，其安装于所述避雷器接地引下线上。
所述电压信号经过信号衰减器A衰减1/N1，经过信号衰减器B衰减1/N2，其中N1＞N2，保证可以可靠触发。
所述信号调理电路包括滤波电路和信号放大电路。
所述触发电路设有门槛电压，避雷器动作且电压信号超过所述门槛电压的情况下，所述CPU处理器测量并记录放电电流波形。
所述ISM无线数据传输单元、GPS受时单元、时钟芯片和数据存储单元均通过UART串口与CPU处理器互连。所述数据存储单元的存储芯片为NAND FLASH。
所述装置通过GPS受时单元获取GPS时间，获取的GPS时间精度为纳秒级。
在触发启动时，读取到的GPS时间为避雷器动作时间，在计算信号硬件延时以及CPU处理代码执行时间的误差后，避雷器动作时间可以精确到0.01秒。为了加快GPS模块自动跟踪卫星以及和卫星校时，监测单元电路中同时设计了一个硬件实时钟，设计该硬件实时钟的另外一个目的是在GPS受时模块无法搜索到卫星以及掉电的情况下，系统工作时钟不至于发生混乱。此外，这两个时钟还可以相互受时。
数据传输采用ISM无线数据传输单元，其中ISM（Industrial Scientific Medical）频段主要是开放给工业，科学、医学三个主要机构使用，属于Free License，无需授权许可，无需申请频点，无需频率使用费用。
所述避雷器包括安装在输电线上的避雷器和安装在变电站的避雷器，所述安装在输电线上的避雷器采用太阳能供电，所述安装在变电站的避雷器采用220V交流供电。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种避雷器放电电流监测装置，其特征在于：所述装置包括放电电流监测单元和数据接收终端；所述放电电流监测单元通过ISM无线数据传输单元将监测的放电电流信息传输到所述数据接收终端；所述放电电流信息包括幅值、极性、波形和GPS时间。
2.根据权利要求1所述的避雷器放电电流监测装置，其特征在于：所述放电电流监测单元包括电流传感器、信号衰减器、信号调理电路、A/D采集电路、触发电路、CPU处理器、ISM无线数据传输单元、GPS受时单元、时钟芯片和数据存储单元；所述信号衰减器包括信号衰减器A和信号衰减器B，信号调理电路包括信号调理电路A和信号调理电路B。
3.根据权利要求2所述的避雷器的放电电流监测装置，其特征在于：所述电流传感器将其输出的电压信号同时输入信号衰减器A和信号衰减器B，信号衰减器A、信号调理电路A和A/D采集电路依次连接，所述采样时钟分别同时连接A/D采集电路和先进先出缓存器，A/D采集电路通过先进先出缓存器连接CPU处理器；信号衰减器B连接信号调理电路B，所述信号调理电路B通过触发电路连接CPU处理器；所述CPU处理器从先进先出缓存器中将数据转移到所述数据存储单元进行存储；所述ISM无线数据传输单元、GPS受时单元、时钟芯片和数据存储单元均与CPU处理器互连。
4.根据权利要求2或3任一所述的避雷器放电电流监测装置，其特征在于：所述放电电流监测单元捕获避雷器在遭受过电压时的放电电流，记录放电电流信息，并按时间索引，将放电电流信息进行存储。
5.根据权利要求2或3任一所述的避雷器放电电流监测装置，其特征在于：所述电流传感器为分流器或罗氏线圈，其安装于所述避雷器接地引下线上。
6.根据权利要求2或3任一所述的避雷器放电电流监测装置，其特征在于：所述电压信号经过信号衰减器A衰减1/N1，经过信号衰减器B衰减1/N2，其中N1＞N2。
7.根据权利要求2或3任一所述的避雷器放电电流监测装置，其特征在于：所述信号调理电路包括滤波电路和信号放大电路。
8.根据权利要求2或3任一所述的避雷器放电电流监测装置，其特征在于：所述触发电路设有门槛电压，避雷器动作且电压信号超过所述门槛电压的情况下，所述CPU处理器测量并记录放电电流波形。
9.根据权利要求2或3任一所述的避雷器放电电流监测装置，其特征在于：所述ISM无线数据传输单元、GPS受时单元、时钟芯片和数据存储单元均通过UART串口与CPU处理器互连。
10.根据权利要求2或3任一所述的避雷器放电电流监测装置，其特征在于：所述数据存储单元的存储芯片为NAND FLASH。
11.根据权利要求1所述的避雷器放电电流监测装置，其特征在于：所述装置通过GPS受时单元获取GPS时间，获取的GPS时间精度为纳秒级。
12.根据权利要求1所述的避雷器放电电流监测装置，其特征在于：所述避雷器包括安装在输电线上的避雷器和安装在变电站的避雷器，所述安装在输电线上的避雷器采用太阳能供电，所述安装在变电站的避雷器采用220V交流供电。
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