CN110389255A - 一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的方法及装置 - Google Patents

一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的方法及装置,所述方法通过使用差分式电流互感器,排除外界电磁环境和杂散电容因素对测量结果的干扰;通过自动增益控制电路,实时动态调整信号调理电路的增益,实现宽动态范围的信号采集和处理。所述装置包括差分式电流互感器、自动增益控制AGC电路、A/D转换电路、单片机处理模块、无线通讯模块和后台系统;所述差分式电流互感器通过自动增益控制AGC电路连接A/D转换电路;A/D转换电路的输出端连接单片机处理模块;单片机处理模块的输出通过无线通讯模块发送至后台系统,从而实现远程在线测量。所述自动增益控制AGC电路由I/V转换电路、抗混叠滤波电路、自动增益调整电路构成。

Description

一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的方法及装置,属避雷器安全运行技术领域。
背景技术
避雷器的安全可靠运行在电力系统生产中非常重要,一旦发生故障,轻则失去防雷保护效果,重则直接危及电网本身安全运行,所以对避雷器运行状态的监测和评估显得十分重要。目前对避雷器在线监测最常用的方法为泄漏电流测量法,通过避雷器运行泄漏电流的幅值大小和变化情况开展避雷器的状态评估。然而,常规方法存在两个方面的问题:一是目前的氧化锌避雷器泄漏电流测量,一般采用穿心式电流互感器,存在着动态范围小、检测精度低、受干扰噪声影响大、实时性不够等缺点,即使采用无源零磁通电流互感器,仍然会受到现场复杂电磁环境及外部杂散电容等因素的干扰,使测量结果出现偏差,从而影响对避雷器状态的判断评估;二是传统避雷器泄漏电流监测装置动态范围小,一般为毫安级,仅能测量正常运行状态下的微弱电流信号,而避雷器遭受雷击时电流在几十安培以上,此时电流互感器必然饱和,无法兼顾避雷器雷电冲击电流测量的要求。
监测避雷器的雷电冲击电流,能够更加全面地分析遭受雷电冲击后避雷器的健康状况。以往避雷器雷击监测仅通过动作计数器监测其动作与否,而没有具体的冲击电流数值,而研究发现避雷器遭受50A的雷电流和500A的雷电流,其氧化锌阀片的老化程度和伏安曲线变化也是不同的,因此研制一种避雷器正常运行和雷击全工况电流的测量装置,对于分析避雷器在遭受不同雷电流冲击后的老化情况,很有必要。
发明内容
本发明的目的是,为了解决避雷器泄漏电流测量中抗干扰、以及避雷器正常运行微弱泄漏电流和雷击时大冲击电流同时测量的问题,实现避雷器运行状态的全工况准确评估。本发明公开一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的方法。
实现本发明的技术方案如下,一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的方法,所述方法通过使用差分式电流互感器,排除外界电磁环境和杂散电容因素对测量结果的干扰;通过自动增益控制电路,实时动态调整信号调理电路的增益,有效提高测量的动态范围;将信号幅度与A/D转换电路的输入范围相匹配,实现宽动态范围的信号采集和处理;由单片机处理模块进行数字信号处理,通过无线通讯模块上传到采集终端,或直接上传到后台系统,实现远程在线测量。
一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的装置,所述装置包括差分式电流互感器、自动增益控制AGC电路、A/D转换电路、单片机处理模块、无线通讯模块和后台系统;所述差分式电流互感器通过自动增益控制AGC电路连接A/D转换电路;A/D转换电路的输出端连接单片机处理模块;单片机处理模块的输出通过无线通讯模块发送至后台系统,从而实现远程在线测量。
所述差分式电流互感器的测量线圈由两个罗氏线圈构成;其中一个线圈允许一次侧电流穿心而过;另一个线圈不允许一次侧电流穿心而过;差分式电流互感器套在氧化锌避雷器接地引线上,即氧化锌避雷器的接地引线作为差分式电流互感器的一次线圈,二次侧输出为两个线圈的差分信号,穿心的线圈与未穿心的线圈之间形成差分信号,将外部电磁场的干扰信号消除掉,并有效将共模干扰信号滤除,屏蔽了杂散电容产生的泄漏电流,消除或降低微弱信号中的干扰噪声,使采集到的电流更接近真实值。
所述差分式电流互感器还能做成开合式电流互感器,使用开合式结构,无需拆卸接地引线,能带电操作,不影响线路正常供电,从而节省大量的人力、物力及财力,而且很大程度上提高了工作效率。
所述自动增益控制AGC电路由I/V转换电路、抗混叠滤波电路、自动增益调整电路构成;I/V转换电路是将差分式电流互感器的差分电流输出信号转化为电压信号;然后通过抗混叠滤波电路进行滤波,增益自动调整电路根据I/V转换电路的电压输出信号幅度范围实时动态调整电路的增益大小。
所述自动增益控制方法如下:当I/V转换电路的输出电压信号幅度较小,达不到A/D转换电路的最小输入电压时,自动增益控制AGC电路能够根据输出电压的幅度自动提高电路增益;当I/V转换电路的输出电压信号幅度较大,超出A/D转换电路的最大输入电压范围时,自动增益控制AGC电路能够根据输出电压的幅度自动降低增益;并且避雷器的动作电流信号越大,I/V转换电路的输出电压信号幅度也越大,自动增益调整电路就会将电路增益降的越低,最终使得自动增益控制AGC电路的输出信号幅度大小与A/D转换电路的输入范围相匹配。
本发明的有益效果是,本发明采用差分式电流互感器采集氧化锌避雷器动作电流,将外部电磁干扰信号消除掉,输出的差分信号有效将共模干扰信号滤除,降低了干扰噪声;本发明还采用自动增益控制AGC电路处理差分信号,通过实时动态调整电路的增益,将信号幅度与A/D转换电路的输入范围相匹配(构建一个动态增益控制的负反馈系统来实现增益的动态调节),实现宽动态范围的信号采集和处理;本发明由单片机处理模块进行数字信号处理,通过无线通讯模块上传到采集终端,或直接上传到后台系统,可实现远程在线测量,具有实时性强、监测效率高和安全稳定的特点。
附图说明
图1是本发明现场安装及整体结构示意图;
图2是本发明电路原理图;
图3是本发明结构及功能示意图;
图4增益可调模块原理图;
图5 峰值动作电流采样原理;
图中图号:1是氧化锌避雷器;2是避雷器接地引线;3是差分式电流互感器。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如附图所示。
如图1所示,将氧化锌避雷器接地引线穿入差分式电流互感器3,避雷器电流信号从套在氧化锌避雷器1的接地引线2上的穿心式差分电流互感器的二次侧取得。氧化锌避雷器的接地引线作为差分式电流互感器的一次线圈,一次侧和二次侧通过互感器的磁耦合实现信号传递,有效地实现了一次和二次设备的隔离。同时差分式电流互感器的输出端为差分信号,穿心的线圈与未穿心的线圈之间形成差分信号,将外部电磁干扰信号消除掉,并有效将共模干扰信号滤除,屏蔽了电磁耦合和杂散电容产生的泄漏电流,消除或降低微弱信号中的干扰噪声,使采集到的电流更接近真实值。
差分式电流互感器输出的差分信号与自动增益控制AGC电路、A/D转换电路和单片机处理模块依次连接,如图2所示。
如图3所示,自动增益控制AGC电路由I/V转换电路、抗混叠滤波电路、增益自动调整电路构成。其中I/V转换电路是将差分式电流互感器的差分电流输出信号转化为电压信号;然后通过抗混叠滤波电路进行滤波,增益自动调整电路根据I/V转换电路的电压输出信号幅度范围实时动态调整电路的增益大小,能够将I/V转换电路的输出电压信号进行处理,使得信号幅度与A/D转换电路的输入范围相匹配。自动增益控制AGC电路输出的信号进入A/D转换电路,由A/D转换电路转换为数字信号,最后由单片机处理模块进行处理,通过无线通讯模块上传到采集终端,或直接上传到后台系统,实现在线式测量;单片机处理模块包括单片机、电源模块、时钟/掉电存储模块和看门狗模块,单片机由电源模块供电,单片机分别连接时钟/掉电存储模块和看门狗模块。
自动增益模块如图4所示。自动增益模块是根据系统采集量程进行判断,反应时间在0.5us左右,初始默认增益处于1:1,为保证避雷器正常运行和雷击时大冲击电流的准确测量,通过采集数据,提供一个负反馈给自动增益模块来调整增益模块的增益,始终使采集数据保持在A/D采集量程的70%左右,确保采集的线性度和精确度。图4中,gain_net:表示增益网络,即控制信号的放大倍数;register_net:表示增益电阻网络,是一个可编程的电阻网络,通过MCU(微控制单元)来控制电阻的大小,从而进一步调整增益,以保证信号采集量保持在一个良好的线性范围内。
增益可调模块原理:当一个脉冲信号量通过互感器采集过来,通过ADC采集快速运算,判断出此刻采集的数值,是否处于整个采集量程的50%左右,若不是,则通过MCU快速调整register_net,使得采集处于整个量程的50%左右,这样做的好处是可以保证测量的准确度和精度。脉冲信号通过抗混叠滤波电路后送入自动增益模块,首先判断该信号幅值是否在系统采集量程的70%左右(60%~80%),如果是则直接送入A/D转换模块;如果不是,则通过MCU(微控制单元)快速调整register_net,调整gain_net增益模块的放大倍数,最终使得信号幅值处于系统量程的70%左右,然后再送入A/D转换模块,保证信号采集的线性度和精确度。
图5所示的为峰值采样的原理简图,基本思想是采用1欧姆的电阻进行分压,然后通过比例换算关系得出峰值电流。

Claims (6)

1.一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的方法,其特征在于,所述方法通过使用差分式电流互感器,排除外界电磁环境和杂散电容因素对测量结果的干扰;通过自动增益控制电路,实时动态调整信号调理电路的增益,有效提高测量的动态范围;将信号幅度与A/D转换电路的输入范围相匹配,实现宽动态范围的信号采集和处理;由单片机处理模块进行数字信号处理,通过无线通讯模块上传到采集终端,或直接上传到后台系统,实现远程在线测量。
2.一种实现如权利要求1所述的在线测量氧化锌避雷器全工况电流方法的装置,其特征在于,所述装置包括差分式电流互感器、自动增益控制AGC电路、A/D转换电路、单片机处理模块、无线通讯模块和后台系统;所述差分式电流互感器通过自动增益控制AGC电路连接A/D转换电路;A/D转换电路的输出端连接单片机处理模块;单片机处理模块的输出通过无线通讯模块发送至后台系统,从而实现远程在线测量。
3.根据权利要求2所述的一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的装置,其特征在于,所述差分式电流互感器的测量线圈由两个罗氏线圈构成;其中一个线圈允许一次侧电流穿心而过;另一个线圈不允许一次侧电流穿心而过;差分式电流互感器套在氧化锌避雷器接地引线上,即氧化锌避雷器的接地引线作为差分式电流互感器的一次线圈,二次侧输出为两个线圈的差分信号,穿心的线圈与未穿心的线圈之间形成差分信号,将外部电磁场的干扰信号消除掉,并有效将共模干扰信号滤除,屏蔽了杂散电容产生的泄漏电流,消除或降低微弱信号中的干扰噪声,使采集到的电流更接近真实值。
4.根据权利要求3所述的一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的装置,其特征在于,所述差分式电流互感器还能做成开合式电流互感器,使用开合式结构,无需拆卸接地引线,能带电操作,不影响线路正常供电,从而节省大量的人力、物力及财力,而且很大程度上提高了工作效率。
5.根据权利要求2所述的一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的装置,其特征在于,所述自动增益控制AGC电路由I/V转换电路、抗混叠滤波电路、自动增益调整电路构成;I/V转换电路是将差分式电流互感器的差分电流输出信号转化为电压信号;然后通过抗混叠滤波电路进行滤波,增益自动调整电路根据I/V转换电路的电压输出信号幅度范围实时动态调整电路的增益大小。
6.根据权利要求5所述的一种在线测量氧化锌避雷器全工况电流的装置,其特征在于,所述自动增益控制方法如下:当I/V转换电路的输出电压信号幅度较小,达不到A/D转换电路的最小输入电压时,自动增益控制AGC电路能够根据输出电压的幅度自动提高电路增益;当I/V转换电路的输出电压信号幅度较大,超出A/D转换电路的最大输入电压范围时,自动增益控制AGC电路能够根据输出电压的幅度自动降低增益;并且避雷器的动作电流信号越大,I/V转换电路的输出电压信号幅度也越大,自动增益调整电路就会将电路增益降的越低,最终使得自动增益控制AGC电路的输出信号幅度大小与A/D转换电路的输入范围相匹配。
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