CN103616603A - 一种新型智能避雷器监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型智能避雷器监测装置，用于与避雷器装置配合使用，实现避雷器监测的功能，包括取能装置、单片机控制单元、硬件时钟单元和数据存储单元；所述取能装置设置于避雷装置上并从输电线上获取电能；所述硬件时钟单元和数据存储单元分别与单片机控制单元的对应端口相联接；所述取能线圈将获取的电能提供给单片机控制单元；本发明的一种新型智能避雷器监测装置能持续实现对输电线路或建筑物的避雷针是否遭受雷击及遭受雷击的次数进行监测，无需专门的触发电路，具有精度高，结构简单，体积小，成本低，安全性高等特点。

Description

一种新型智能避雷器监测装置

技术领域

本发明涉及变电站过电压记录技术领域，特别涉及一种避雷器动作记录检测系统。具体可适用于变电站的避雷器发生雷击次数、时间的实时监测。

背景技术

随着国民经济的发展，电力系统电压等级及规模随之迅速发展和扩大，对电力系统运行的可靠性和安全性也提出了更高要求，因此，必须减小故障发生率。避雷器的作用是通过避雷器动作，将电网电荷释放到地网中，从而抑制电网过电压，保障输电及变电设备安全。一种新型智能避雷器监测装置可记录避雷器的动作情况，便于过电压现象的了解和故障的分析。传统的避雷器监测装置仅能反映避雷器在过电压作用下的动作次数、多次避雷器动作后记录次数会溢出或归零重新计数，无法获得准确的避雷器动作次数，且避雷器动作的时间无法记录。实用新型200720173616.4“一种雷电流检测装置”，解决了避雷器是否被雷击的检测问题，虽然装置结构简单、成本低，但只能说明避雷装置是否遭受雷击，不能准确记录遭受雷击的详细次数，也需要额外的供能装置。实用新型98228178.1“雷击计数器”，介绍了一种由电流感应器件、信号处理电路及电磁计数器构成的雷击计数器，虽然装置结构简单，不用电源，且安全、快捷、准确，但受电磁干扰影响较大，而且放置位置会干扰设备本身磁场，影响测量准确性。中国发明专利201010246956.1“一种用于雷击计数器的自动连续测试装置”，实现了对雷击次数的自动连续检测，节约了时间成本和人力成本，但供能部分需要用到高压和低压两种电源，需要定期对电源进行检测，电源电力不足时，该方法会受到很大限制，且不能进行长期性实时检测。

因此，有必要提出一种新型智能避雷器监测装置，能持续实现对架空输电线路和避雷器是否遭受雷击进行监测，并可以准确记录遭受雷击的次数，同时不需要外接电源。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种能持续实现对架空输电线路和避雷器是否遭受雷击进行监测的系统，并且该系统还可以准确记录遭受雷击的次数。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的一种新型智能避雷器监测装置，包括取能装置、单片机控制单元、硬件时钟单元和数据存储单元；

所述取能装置设置于避雷装置上并从输电线上获取电能；

所述硬件时钟单元和数据存储单元分别与单片机控制单元的对应端口相联接；

所述取能装置将获取的电能提供给单片机控制单元；

所述单片机控制单元，用于控制电流的采集、数据的读取存储以及与上位机通信；

所述硬件时钟单元，用于单片机控制单元计时；

所述数据存储单元，用于存储采集数据并保存。

进一步，所述取能装置包括依次联接的取能线圈、前端保护单元、整流滤波单元、限压保护单元、稳压单元和DC/DC单元；

所述DC/DC单元的输出端与单片机控制单元的电源输入端相联接；

所述取能线圈，用于从流经雷电通道的雷电流摄取单片机控制单元所需能量；

所述前端保护单元，用于将二次侧电流超出预设值部分通过前端过压保护瞬态浪涌电压抑制管泄放，使供能电压达到所需电压，保证单片机控制单元能正常运；

所述整流滤波单元，用于保证电压值在DC/DC降压芯片输入电压范围内；

所述限压保护单元，通过后端瞬态浪涌电压抑制管再一次抑制超过DC/DC降压芯片输入电压范围的电压，用于保护后续的电子线路免受过电压损害；

所述稳压单元，用于将充电电容放电产生几伏特到几十伏特的宽范围直流输入电压转换为稳定预设电压输出；

所述DC/DC单元，用于向测量系统提供预设电压的直流电源。

进一步，所述取能装置的前端保护单元为接入取能线圈两输出端之间的冲击保护电阻。

进一步，所述整流滤波单元包括整流桥、第四电容、第十电阻、第一单向TVS管和第五电容；

所述整流桥包括第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；

其中，所述第三二极管的正极与第四二极管的负极相联接，所述第四二极管的负极与第六二极管的负极相联接，所述第六二极管的正极与第五二极管的负极相联接，所述第五二极管的正极与第三二极管的正极相联接；

所述取能线圈的输出端分别接入第三二极管与第四二极管的公共接点以及第五二极管与第六二极管的公共接点，所述第四电容与第十电阻并联后两端分别接入第四二极管与第六二极管的公共接点，以及第三二极管与第五二极管的公共接点，其中，联接到第三二极管与第五二极管的公共接点的一端接地；

所述第一单向TVS管和第五电容并联后输出至限压保护单元，所述第一单向TVS管和第五电容均与第四电容和第十电阻并联。

进一步，所述稳压单元包括稳压芯片，所述限压保护单元的输出端联接到稳压芯片的VIN端，所述VIN端与SGND端之间连接有串联在一起的第十一电阻和第十二电阻，所述稳压芯片的ON/OFF端与第十一电阻和第十二电阻的公共接点联接后通过开关与SGND端相联接，所述VD端通过第八电容分别与GND端和SGND联接后接地；所述稳压芯片的BST端通过第七电容与LX端联接后，再通过第二单向TVS管接地；所述第七电容与LX端的公共接点通过第十三电阻联接到DC/DC单元，所述稳压芯片的FB端联接到第十三电阻与DC/DC单元之间；

所述稳压单元的输入端上联接有接地的第六电容，所述稳压单元的输出端上联接有接地的第九电容。

进一步，所述稳压芯片采用MAX5035芯片。

进一步，所述DC/DC单元采用型号为TL7660的转换芯片。

本发明的优点在于：本发明的有益效果是：

1.本发明直接利用架空输电线路或避雷针遭受雷击时的能量，通过取能线圈耦合最终得到的电源，无需外部电源提供能量驱动检测设备，能够确保长期稳定持续的进行实时检测，不用考虑因外部电力不足引起设备失效以至于检测不到雷击的情况；

2.本发明的取能单元在雷击发生时，实时记录雷击发生次数，不需要外加触发电路，可靠性更高；

3.能够长期工作于工频交流环境中，并且能承受较大的冲击电压，另外，取能单元与电网一次侧完全电气隔离，具有很好的安全特性；

4.本发明能够准确地检测输电线路或避雷针是否遭受过雷击，实时记录雷击发生的次数；

5.本发明的取能单元能够提供的电源，可以用以单片机和硬件时钟供能，扩展性好；

6.本发明电流测量范围从正负几千安到几百千安，包括了输电线路和避雷针可能遭受雷电流的几乎全部范围，满足实际工程的需要；

7.本发明结构简单，具有体积小，重量轻，取能方便，便于安装，可以灵活调节等优点。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的原理示意图；

图2为罗氏线圈结构示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为前端保护单元和整流滤波单元电路图；

图5为稳压单元电路图；

图6为DC/DC单元电路图；

图7为实例取能单元的输入波形；

图8为实例取能单元的输出波形。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

图1为本发明的原理示意图，图2为罗氏线圈结构示意图，图3为本发明的结构示意图，图4为前端保护单元和整流滤波单元电路图，图5为稳压单元电路图，图6为DC/DC单元电路图，图7为实例取能单元的输入波形，图8为实例取能单元的输出波形，如图所示：本发明提供的一种新型智能避雷器监测装置，包括取能装置、单片机控制单元、硬件时钟单元和数据存储单元；所述取能装置设置于避雷装置上并从输电线上获取电能；所述硬件时钟单元和数据存储单元分别与单片机控制单元的对应端口相联接；所述取能装置将获取的电能提供给单片机控制单元；所述单片机控制单元，用于控制电流的采集、数据的读取存储以及与上位机通信；所述硬件时钟单元，用于单片机控制单元计时；所述数据存储单元，用于存储采集数据，且保证掉电也能安全可靠保存；所述取能装置包括依次联接的取能线圈、前端保护单元、整流滤波单元、限压保护单元、稳压单元和DC/DC单元；所述DC/DC单元的输出端与单片机控制单元的电源输入端相联接；所述取能线圈，通过电磁感应原理，用于从流经雷电通道的雷电流摄取单片机控制单元所需能量；所述前端保护单元，用于将二次侧电流超出10kA的部分通过前端过压保护瞬态浪涌电压抑制管泄放，使供能电压达到所需电压，保证单片机控制单元能正常运；所述整流滤波单元，用于保证电压值在DC/DC降压芯片输入电压范围内；所述限压保护单元，通过后端瞬态浪涌电压抑制管再一次抑制超过DC/DC降压芯片输入电压范围的电压，用于保护后续的电子线路免受过电压损害；所述稳压单元，用于将充电电容放电产生几伏特（可以取5伏特）到几十伏特（可以取30、50或80伏特）的宽范围直流输入电压转换为稳定的3.3V输出；所述DC/DC单元，用于降压，向测量系统提供3.3V的直流电源。

所述取能装置的前端保护单元为接入取能线圈两输出端之间的冲击保护电阻。

所述整流滤波单元包括整流桥、第四电容、第十电阻、第一单向TVS管和第五电容；

所述整流桥包括第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；

其中，所述第三二极管的正极与第四二极管的负极相联接，所述第四二极管的负极与第六二极管的负极相联接，所述第六二极管的正极与第五二极管的负极相联接，所述第五二极管的正极与第三二极管的正极相联接；

所述取能线圈的输出端分别接入第三二极管与第四二极管的公共接点以及第五二极管与第六二极管的公共接点，所述第四电容与第十电阻并联后两端分别接入第四二极管与第六二极管的公共接点，以及第三二极管与第五二极管的公共接点，其中，联接到第三二极管与第五二极管的公共接点的一端接地；所述第一单向TVS管和第五电容并联后输出至限压保护单元，所述第一单向TVS管和第五电容均与第四电容和第十电阻并联。

所述稳压单元包括稳压芯片，所述限压保护单元的输出端联接到稳压芯片的VIN端，所述VIN端与SGND端之间连接有串联在一起的第十一电阻和第十二电阻，所述稳压芯片的ON/OFF端与第十一电阻和第十二电阻的公共接点联接后通过开关与SGND端相联接，所述VD端通过第八电容分别与GND端和SGND联接后接地；所述稳压芯片的BST端通过第七电容与LX端联接后，再通过第二单向TVS管接地；所述第七电容与LX端的公共接点通过第十三电阻联接到DC/DC单元，所述稳压芯片的FB端联接到第十三电阻与DC/DC单元之间；

所述稳压单元的输入端上联接有接地的第六电容，所述稳压单元的输出端上联接有接地的第九电容。所述稳压芯片采用MAX5035芯片。所述DC/DC单元采用型号为TL7660的转换芯片。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于：

如图1和图2所示，本发明的一种新型智能避雷器监测装置，用于与避雷装置配合使用，实现雷击次数的记录，取能装置包括依次联接的取能线圈、前端保护单元、整流滤波单元、限压保护单元、稳压单元和DC/DC单元，DC/DC单元的输出端与单片机控制单元的电源输入端相联接；硬件时钟单元和数据存储单元分别与单片机控制单元的对应端口相联接；本发明所述的避雷装置包括用于输电线路、建筑以及设备的避雷针和避雷器等，耦合是指将线圈套设在上述避雷装置的引雷导线的外部。

如图4所示，取能装置的前端保护单元包括接入取能线圈两输出端之间的冲击保护电阻R9；整流滤波单元包括第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第四电容C4和第十电阻R10；其中，第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6组成整流桥，其中，第三二极管D3的正极与第四二极管D4的负极相联接，第四二极管D4的负极与第六二极管D6的负极相联接，第六二极管D6的正极与第五二极管D5的负极相联接，第五二极管D5的正极与第三二极管D3的正极相联接；取能线圈4的输出端分别接入第三二极管D3与第四二极管D4的公共接点以及第五二极管D5与第六二极管D6的公共接点，第四电容C4与第十电阻R10并联后两端分别接入第四二极管D4与第六二极管D6的公共接点以及第三二极管D3与第五二极管D5的公共接点，其中，联接到第三二极管D3与第五二极管D5的公共接点的一端接地。整流滤波单元的输出级联接相互并联的第一单向TVS管TVS1和第五电容C5后输出至限压保护单元，第一单向TVS管TVS1和第五电容C5均与第四电容C4和第十电阻R10并联，用于稳压。

如图5所示，稳压单元包括稳压芯片U1及其外围电路。本实施例中，稳压芯片U1采用MAX5035，Max5035芯片的输入量程是7.5v～75v，输出是5v的电压。其具体联接如下：

限压保护单元的输出端联接到稳压芯片U1的VIN端，VIN端与SGND端之间连接有串联在一起第十一电阻R11和第十二电阻R12，稳压芯片U1的ON/OFF端与第十一电阻R11和第十二电阻R12的公共接点联接后通过开关K与SGND端相联接，VD端通过第八电容C8分别与GND端和SGND联接后接地；稳压芯片U1的BST端通过第七电容C7与LX端联接后，再通过第二单向TVS管TVS2接地；第七电容C7与LX端的公共接点通过第十三电阻R13联接到DC/DC单元，稳压芯片U1的FB端联接到第十三电阻R13与DC/DC单元之间；稳压单元的输入端上联接有接地的第六电容C6，稳压单元的输出端上联接有接地的第九电容C9。

如图6所示，DC/DC单元9包括转换芯片U2及其外围电路，转换芯片U2采用TL7660。

本发明的一种新型智能避雷器监测装置在使用时，将装置装设于建筑的避雷针底部，将取能线圈装设在避雷针上，当建筑物的避雷针遭受雷击时，雷电流通过避雷针的引流形成幅值很高的暂态冲击电流，取能电源也捕捉到暂态雷电流信号，通过前端保护电路和电磁耦合捕获电能信号，经电路转换保持，变为稳定的±5V电压输出给单片机供电，在取能单元的作用下，实时地对雷击次数的准确记录，并将结果存储在数据存储单元。

系统仿真取能效果：

当输入波形如图7所示时，得到的电源信号如图8所示，由图中可以看出：当输入8us/20us，50kA的雷电流波形时，经过取能单元转换，获得输出电压为12V左右，此电压可以经过进一步的稳压，可最终获取5V电压。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种新型智能避雷器监测装置，其特征在于：包括取能装置、单片机控制单元、硬件时钟单元和数据存储单元；所述取能装置设置于避雷装置上并从输电线上获取电能；所述硬件时钟单元和数据存储单元分别与单片机控制单元的对应端口相联接；所述取能装置将获取的电能提供给单片机控制单元；所述单片机控制单元，用于控制电流的采集、数据的读取存储以及与上位机通信；所述硬件时钟单元，用于单片机控制单元计时；所述数据存储单元，用于存储采集数据并保存。

2.根据权利要求1所述的一种新型智能避雷器监测装置，其特征在于：所述取能装置包括依次联接的取能线圈、前端保护单元、整流滤波单元、限压保护单元、稳压单元和DC/DC单元；所述DC/DC单元的输出端与单片机控制单元的电源输入端相联接；所述取能线圈，用于从流经雷电通道的雷电流摄取单片机控制单元所需能量；所述前端保护单元，用于将二次侧电流超出预设值部分通过前端过压保护瞬态浪涌电压抑制管泄放，使供能电压达到所需电压，保证单片机控制单元能正常运；所述整流滤波单元，用于保证电压值在DC/DC降压芯片输入电压范围内；所述限压保护单元，通过后端瞬态浪涌电压抑制管再一次抑制超过DC/DC降压芯片输入电压范围的电压，用于保护后续的电子线路免受过电压损害；所述稳压单元，用于将充电电容放电产生几伏特到几十伏特的宽范围直流输入电压转换为稳定预设电压输出；所述DC/DC单元，用于向测量系统提供预设电压的直流电源。

3.根据权利要求1所述的一种新型智能避雷器监测装置，其特征在于：所述取能装置的前端保护单元为接入取能线圈两输出端之间的冲击保护电阻。

4.根据权利要求2所述的一种新型智能避雷器监测装置，其特征在于：所述整流滤波单元包括整流桥、第四电容、第十电阻、第一单向TVS管和第五电容；所述整流桥包括第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；其中，所述第三二极管的正极与第四二极管的负极相联接，所述第四二极管的负极与第六二极管的负极相联接，所述第六二极管的正极与第五二极管的负极相联接，所述第五二极管的正极与第三二极管的正极相联接；所述取能线圈的输出端分别接入第三二极管与第四二极管的公共接点以及第五二极管与第六二极管的公共接点，所述第四电容与第十电阻并联后两端分别接入第四二极管与第六二极管的公共接点，以及第三二极管与第五二极管的公共接点，其中，联接到第三二极管与第五二极管的公共接点的一端接地；所述第一单向TVS管和第五电容并联后输出至限压保护单元，所述第一单向TVS管和第五电容均与第四电容和第十电阻并联。

5.根据权利要求2所述的一种新型智能避雷器监测装置，其特征在于：所述稳压单元包括稳压芯片，所述限压保护单元的输出端联接到稳压芯片的VIN端，所述VIN端与SGND端之间连接有串联在一起的第十一电阻和第十二电阻，所述稳压芯片的ON/OFF端与第十一电阻和第十二电阻的公共接点联接后通过开关与SGND端相联接，所述VD端通过第八电容分别与GND端和SGND联接后接地；所述稳压芯片的BST端通过第七电容与LX端联接后，再通过第二单向TVS管接地；所述第七电容与LX端的公共接点通过第十三电阻联接到DC/DC单元，所述稳压芯片的FB端联接到第十三电阻与DC/DC单元之间；所述稳压单元的输入端上联接有接地的第六电容，所述稳压单元的输出端上联接有接地的第九电容。

6.根据权利要求5所述的一种新型智能避雷器监测装置，其特征在于：所述稳压芯片采用MAX5035芯片。

7.根据权利要求2所述的一种新型智能避雷器监测装置，其特征在于：所述DC/DC单元采用型号为TL7660的转换芯片。

Images