CN110687478A - 一种非接触式无线钳形避雷器带电检测装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力设备检测技术领域，具体涉及非接触式无线钳形避雷器带电检测装置及测试方法，该检测装置，包括三个独立的钳式探头，每个所述的钳式探头测试一相泄漏电流，钳式探头将测量的泄漏电流的基波分量幅值和相角发送至终端APP，终端APP计算出三相泄漏电流的夹角，并根据本次与前次相比对应相泄漏电流夹角的变化量和本次三相泄漏电流夹角的绝对偏差来判断避雷器状态，并将各测量所得参数、避雷器状态诊断结果等显示在终端APP界面。使用该装置进行漏电检测的方法实现带电检修，增强了供电可靠性，无需检测系统电压，避免了检测电压的复杂接线过程，同时电流测试采用卡钳，数据传输采用无线通讯，整个过程无需任何接线，安全便捷。

Description

一种非接触式无线钳形避雷器带电检测装置及测试方法

技术领域

本发明属于电力设备检测技术领域，具体涉及非接触式无线钳形避雷器带电检测装置及测试方法。

背景技术

氧化锌避雷器是电力系统里最重要的过电压保护装置，相关基础性研究已进行多年。在恶劣的运行环境下，氧化锌阀片容易出现受潮、老化或寿命终结等问题，严重危及着电网的安全运行，因此如何判断避雷器的运行工况和寿命，对于电网的完全稳定运行具有重要作用。及早发现避雷器可能出现的缺陷，对保障电网安全可靠运行具有重要意义。

目前避雷器带电测试主要基于系统电压和泄漏电流（UI法）。通过测量避雷器泄漏电流和对应相的电压，计算出容性分量、阻性分量，进而判断避雷器状态。其具体方法是通过信号电缆将采集到的避雷器的电压和电流信号引入到一个测量设备，UI法存在的问题是：系统电压信号一般从系统电压互感器或检修电源处获取，存在一定安全风险，而且每次测试都需要改动互感器的接线，现场接线工作量大，同时也给变电站的运行带来一定的安全隐患。另外对于三相交流系统，ABC相间存在电容耦合干扰，任意一相的泄漏电流均包含其他两相空间耦合的容性电流，使用单一本相电压值和泄漏电流来计算的阻性电流和容性电流会存在偏差，这对于本来就很微弱的阻性电流来说，偏差会更大，从而无法准确判断避雷器状态。

文献《基于三相电流法的金属氧化物避雷器带电测量研究》（发表于《电力自动化设备》杂志2005年4月）提出了一种金属氧化物避雷器的带电测量原理方法，指出了可以通过判断避雷器三相泄漏电流之间的夹角的变化来判断避雷器状态，这种方法无需检测母线电压，消除了传统测试方法中检测母线电压带来的母线短路风险，但该论文并没有详细阐述该原理的具体实现方法，没有具体的实施方案。

公布号为CN106908684A的专利文献公开了一种金属氧化物避雷器带电检测多点测量装置，包括多套电流隔离器接线装置和主测试设备，所述多套电流隔离器接线装置均包括一组避雷器三相泄漏电流表的电流采样线夹、数模转换模块和从无线数传模块，电流采样线夹用于短接泄漏电流表；所述的主测试设备 包括主无线数传模块、函数运算器和显示终端。 本发明通过设计多套电流隔离器接线装置，每套电流隔离器接线装置对应一组避雷器，每套电流 隔离器接线装置有自己独立的通信地址，有效的 解决无线通信时的防碰撞问题，测试主机及电压 隔离器（取参考电压）则固定在某个母线电压互 感器端子箱旁，测试人员在完成前期所有组的避 雷器上的电流隔离器接线工作后，即可以在测试 主机旁进行测试。使用该种测量装置进行测量存在一定安全风险，而且每次测试都需要改动互感器的接线，现场接线工作量大，同时也给变电站的运行带来一定的安全隐患。

公布号为CN207502566U的专利文献公开了一种避雷器带电检测试验装置， 绝缘杆体的前端为夹板型夹持部，绝缘杆体的中部为中空结构，绝缘杆体的中部在距离前端一定距离的位置处设置有一直径相对于中空结构的内径缩小的导向孔，绝缘杆体的后端为绝缘手持部，绝缘按压手柄可转动地与绝缘手持部连接， 联动连接部的前端为U形夹板结构，联动连接部的后端为与所述导向孔配合的导向柱，且联动连接部的前端和后端一体成型，联动连接部后端的导向柱可上下移动地插装在所述导向孔内，在导向孔端面与导向柱和U形夹板结构之间的连接端面中间套装有复位弹簧，牵引线一端与绝缘按压手柄连接，牵引线另一端与所述导向柱连接。该带电检测装置需要工作人员手持绝缘杆体进行测量，存在不方便而且工作效率低下的问题，而且测量单相电压值和泄漏电流来计算的阻性电流和容性电流会存在偏差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种非接触式无线钳形避雷器带电检测装置及测试方法，该方法可以实现带电检修，增强了供电可靠性，无需检测系统电压，避免了检测电压的复杂接线过程，同时电流测试采用卡钳，数据传输采用无线通讯，整个过程无需任何接线，安全便捷。

本发明的技术方案是：

一种非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，应用于变电站避雷器日常巡检，包括三个独立的钳式探头，每个所述的钳式探头测试一相泄漏电流，所述的钳式探头将测量的泄漏电流的基波分量幅值和相角发送至终端APP，所述的终端APP计算出三相泄漏电流的夹角，并根据本次与前次相比对应相泄漏电流夹角的变化量和本次三相泄漏电流夹角的绝对偏差来判断避雷器状态，并将各测量所得参数、避雷器状态诊断结果等显示在终端APP界面。

所述的钳式探头包括钳口、与钳口连接的壳体及设置在壳体内部的电源电路模块、滤波放大模块、控制器模块，所述的钳式探头进行漏电电流的采集，采集的电流信息通过滤波放大模块放大之后输送至控制器模块，控制器模块对放大的电流信息进行存储和处理，并通过无线通讯模块将处理结果传送到终端APP。

所述的壳体上设置有开机按键POWER、屏幕页面切换按键SHIFT、充电指示灯、运行指示灯和液晶屏幕。

所述的壳体内部还设置有人机交互模块，所述的控制器模块通过人机交互模块与壳体上的开机按键POWER、屏幕页面切换按键SHIFT、充电指示灯、运行指示灯和液晶屏幕电性连接。

具体的，所述的电源电路模块包括电源电路，该电源电路包括充电电路和稳压转换电路，所述的充电电路包括充电接口P5和下载口P3，P5的1脚接充电器正极VCCIN，P5的2脚接充电器负极GND，P5的1脚通过电阻R24与稳压转换电路连接。

所述的稳压转换电路包括电池电源管理芯片U8，所述的P5的1脚与电阻R24的一端共同连接到U8的8脚和4脚，所述的P5的1脚与电阻R24的一端同时连接到电容C27、C28的一端，电容C27和电容C28并联连接并且其另一端同时连接GND，所述的电阻R24的另一端与发光二极管D4的正极连接，发光二极管D4的负极与U8的7脚连接，电池电源管理芯片U8的5脚与电容C29、C30的一端共同连接到P3的2脚，P3的2脚接到电池的正极，P3的1脚接到电池的负极GND，电容C29、C30的另一端接到GND，电池电源管理芯片的3脚与电阻R25的一端共同连接到GND，电阻R25的另一端连接到电池电源管理芯片U8的2脚，电池电源管理芯片的1脚连接到GND。

具体的，所述的稳压转换电路还包括电池电压转换芯片U9和开关S3，所述的开关S3的一端与电池正极连接，所述的开关S3的另一端与电容C32、电感L2的一端共同连接到U9的6脚、7脚、8脚，电容C32的另一端与U9的4脚与电容C34、电阻R32、电容C33的一端共同连接到电池的负极GND，电感L2的另一端和二极管D6的正极共同连接到芯片U9的1脚，二极管D6的阴极连接到电阻R29、电容C31的一端以及电容C33的另一端，再连接到VCC，电阻R29、电容C31的一端与电阻R32的另一端共同连接到芯片U9的7脚。

所述的稳压转换电路还包括稳压芯片VR1，将VCC转换为所需的+3.3V，电容C37的一端与VR1的3脚共同连接到VCC，电容C37的另一端与VR1的1脚共同连接到GND，稳压芯片VR1的2脚连接到电感L3与电容C38的一端，电感L3的另一端与电容C39的一端共同连接到+3.3V，电容C38的另一端与电容C39的另一端共同连接到GND。

具体的，所述的滤波放大模块包括滤波放大电路，滤波放大电路将钳式探头采集到的信号进行滤波放大，其包括运算放大器U3和运算放大器U6，P2为钳式探头信号输出端，滤波放大电路包括电容C11、电容C12、电容C13以及电容C14，所述的电容C11、电容C12、电容C13以及电容C14的一端共同连接到电源电路的VCC端，电容C11、电容C12、电容C13以及电容C14的另一端共同连接到GND，卡钳式电路表信号输出端P2的1脚、2脚共同连接到GND，P2的3脚与保护二极管D1的3脚及电阻R15的一端同时连接，保护二极管D1的1脚、2脚共同连接到GND，电阻R15的另一端与电阻R12的一端共同连接到运算放大器U3的2脚，电阻R12的另一端与电阻R17的一端共同连接到运算放大器U3的1脚，电阻R17的另一端与电容C23的一端共同连接到嵌入式控制器U1的8脚，电容C23的另一端连接到GND，运算放大器U3的3脚与运算放大器U6的输出端14脚相连，运算放大器U3的8脚与电源电路的VCC相连，运算放大器U3的4脚与GND相连，电阻R18的一端与电源电路的+3.3V相连，电阻R18的另一端与电阻R19、电容C24的一端共同连接到运算放大器U6的12脚，电阻R19的另一端与电容C24的另一端共同连接到GND，运算放大器U6的13脚与运算放大器的14脚相连后共同连接到电容C25、C26的公共端作为输出与运算放大器U3的3脚相连，电容C25的另一端与电容C26的另一端共同连接到GND，运算放大器U6的4脚与电源电路的VCC相连，运算放大器U6的11脚与GND相连。

具体的，所述的无线通讯模块包括WIFI通讯电路和LoRa通讯电路。

具体的，所述的WIFI通讯电路包括WIFI模块U2，WIFI模块U2型号为USR-WIFI232-A/B/D，所述的WIFI模块U2与控制器模块连接， WIFI模块U2的10脚与电阻R39的一端相连，电阻R39的另一端与电源电路的+3.3V相连，WIFI模块U2的1脚与GND相连，WIFI模块的2脚与电源电路的+3.3V相连，电容C3的一端与电容C6的一端共同连接到电源电路的+3.3V，电容C3的另一端与电容C6的另一端共同连接到GND。

具体的，所述的LoRa通讯电路包括通讯模块U4，所述的通讯模块U4为E10-433MS1W，P4为天线接口，通讯模块U4的1脚、14脚、16脚、17脚、18脚以及19脚共同连接到GND，通讯模块U4的2脚与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与GND相连，通讯模块U4与控制器模块相连，通讯模块U4的8脚与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与电源电路的+3.3V相连，通讯模块U4的13脚与电源电路的VCC相连，通讯模块U4的20脚与天线接口P4的1脚相连，天线接口P4的2脚与GND相连。

具体的，所述的人机交互模块包括人机交互电路，该人机交互电路包括按键电路、屏幕显示电路、LED指示电路，所述的按键电路包括按键S1，所述的按键S1的一端与电阻R10的另一端、电容C7的一端共同连接到控制器模块，所述的按键S1的另一端与电容C7的另一端共同连接到GND，电阻R10的一端连接到电源电路VCC；所述的屏幕显示电路包括屏幕U5，所述的屏幕U5选用ICSSD1309，屏幕U5的1脚连接到GND，屏幕U5的2脚连接到电源电路的VCC，屏幕U5与控制器模块连接；所述的LED指示电路包括发光二极管D2，所述的发光二极管D2的阳极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端连接到电源电路的VCC，发光二极管D2的阴极连接到控制器模块；所述的人机交互模块还包括音频控制电路，所述的音频控制电路包括并联连接的电容C8和电容C9，所述电容C8和电容C9的一端共同连接到电源电路VCC，电容C8的另一端与电容C9的另一端共同连接到GND。

具体的，所述的控制器模块包括嵌入式控制器U1和下载接口P1，所述嵌入式控制器U1型号为 STM32F103R8T6，嵌入式控制器U1的16脚接到人机交互单元的屏幕U5的4脚，嵌入式控制器U1的17脚与U5的5脚相连，嵌入式控制器U1的20脚与U5的3脚相连，嵌入式控制器U1的21脚与U5的6脚相连，嵌入式控制器U1的23脚与屏幕U5的7脚相连，嵌入式控制器U1的43脚、44脚分别连接到WIFI通讯U2的3脚和4脚，嵌入式控制器U1的46脚、49脚分别连接到下载口P1的2脚、3脚，下载口P3的4脚连接到嵌入式控制器U1的7脚，嵌入式控制器U1的8脚与滤波放大电路的输出电阻R17的一端相连，嵌入式控制器U1的58脚与人机交换单元的发光二极管D2的阴极相连，嵌入式控制器U1的61脚与人机交互单元的按键电路的S1、电容C7的公共端相连，嵌入式控制器U1的30脚、33脚、34脚、35脚以及36脚分别连接到LoRa通讯电路U4的10脚、5脚、9脚、7脚以及6脚，嵌入式控制器U1的5脚与电容C1的一端以及晶振Y1的3脚相连，电容C1的另一端与电容C2的一端共同连接到GND，电容C2的另一端与晶振Y1的1脚共同连接到嵌入式控制器U1的6脚，嵌入式控制器U1的60脚连接到电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接到GND，嵌入式控制器U1的1脚、19脚、32脚、48脚、64脚、13脚以及电容C4、C5的一端共同连接到电源电路的+3.3V，电容C4、C5的另一端与GND相连，嵌入式控制器U1的12脚、18脚、31脚、47脚以及63脚共同连接到GND，下载口P1的1脚连接到电源电路的+3.3V，P1的5脚连接到GND。

使用以上任意权利要求所述非接触式无线钳形避雷器带电检测装置进行避雷器检测的方法，包括如下步骤：

S1.数据采集：将三个独立的钳式探头分别与其所在相线上的避雷器的接地回路电性连接，单个钳式探头采集泄漏电流；

S2.数据处理：将测得的泄漏电流通过钳式探头内部的互感器和滤波放大电路，之后进入控制器模块进行处理，首先通过A/D转换之后变成数字信号，由嵌入式控制器进行计算，然后由FFT分析单元计算出泄漏电流的基波分量幅值和相位，并存储在数据存储单元，最终显示在钳式探头自身所带的液晶屏幕上，并通过无线通讯的方式传送到终端APP。

本发明的有益效果是：采用钳型电流表测量泄漏电流，并基于无线通讯实现同步采样和数据传输，整套测试装置无需任何接线，操作方便，高效安全，根据三相泄漏电流之间的夹角偏差量和当前夹角相对于历史夹角的变化量大小来判断避雷器运行状态。泄漏电流由基于互感器原理的钳型电流表测量，为实现同步采样保证相角精确度，通过无线通讯方式实现三个钳表之间的同步采样，同时泄漏电流测量信号经嵌入式处理器转换成数字信号后通过无线方式传递给手持终端。该方法可以实现带电检修，增强了供电可靠性，无需检测系统电压，避免了检测电压的复杂接线过程，同时电流测试采用卡钳，数据传输采用无线通讯，整个过程无需任何接线，安全便捷。手持终端采用大数据分析可以直接判断避雷器当前的运行状况，界面友好，显示直观。

附图说明

图1是实施例1提供的单个探头内部功能框图；

图2是实施例1提供的避雷器带电测试装置的测试现场示意图；

图3是实施例1提供的终端APP功能框图；

图4是实施例2提供的电源电路图；

图5是实施例6提供的控制器电路图；

图6是实施例3提供的滤波放大电路图；

图7是实施例4提供的WIFI通讯电路图；

图8是实施例4提供的LoRa通讯电路图；

图9是实施例5提供的人机交互电路图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1

本实施例提供一种非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，应用于变电站避雷器日常巡检，及时发现受损避雷器以便于更换，提高电网供电可靠性。该非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，应用于变电站避雷器日常巡检，包括三个独立的钳式探头，每个所述的钳式探头测试一相泄漏电流，所述的钳式探头将测量的泄漏电流的基波分量幅值和相角发送至终端APP，所述的终端APP计算出三相泄漏电流的夹角，并根据本次与前次相比对应相泄漏电流夹角的变化量和本次三相泄漏电流夹角的绝对偏差来判断避雷器状态，并将各测量所得参数、避雷器状态诊断结果等显示在终端APP界面。

所述的钳式探头包括钳口、与钳口连接的壳体及设置在壳体内部的电源电路模块、滤波放大模块、控制器模块，所述的钳式探头进行漏电电流的采集，采集的电流信息通过滤波放大模块放大之后输送至控制器模块，控制器模块对放大的电流信息进行存储和处理，并通过无线通讯模块将处理结果传送到终端APP。

所述的壳体上设置有开机按键POWER、屏幕页面切换按键SHIFT、充电指示灯、运行指示灯和液晶屏幕，开机按键POWER主要控制开关机，按下开机，再按下关机，由于液晶屏幕较小，需要两页才能显示完所有变量，屏幕页面切换按键SHIFT主要用于切换这两页显示页面，外接USB给探头内部电池充电时充电指示灯亮起，开机运行时运行指示灯亮起。

所述的壳体内部还设置有人机交互模块，所述的控制器模块通过人机交互模块与壳体上的开机按键POWER、屏幕页面切换按键SHIFT、充电指示灯、运行指示灯和液晶屏幕电性连接。

图1所示为避雷器单个探头内部功能框图，卡钳式探头采用互感器的原理采集泄漏电流，钳式探头的钳口部分内含磁铁，磁铁上绕有线圈，穿过钳口的单匝接地排、磁铁以及磁铁上的线圈构成一个互感器，线圈上的电流等于接地排电流除以线圈匝数，采集的泄漏电流通过互感器和滤波放大电路之后，通过控制器模块进行A/D转换之后变成数字信号，由嵌入式控制器U1进行计算，首先由FFT分析单元计算出泄漏电流的基波分量幅值和相位，并存储在数据存储单元，最终显示在探头自身所带的液晶屏幕上，并通过无线通讯的方式传送到主机或者终端APP。需要说明的是，卡钳式探头采用电池供电，探头所有的供电都通过DC/DC变换器由电池供电。此外，三相信号采集需要同步进行，可以选择其中任意一相的探头作为主机发送同步信号，另外两相的探头收到主机发送的同步信号后开启采样，如此才能保证所分离的泄漏电流基波分量相角可靠。

图2所示为非接触式无线钳形避雷器带电检测装置现场测试示意图，整个检测装置包含3台独立的钳式探头，单个探头测试单相泄漏电流，将测得的泄漏电流的幅值和相角通过无线方式发送给终端APP，终端再计算出泄漏电流相间夹角，根据相关理论评估避雷器状态，并将其发送到终端APP以供显示。

图3所示为终端APP程序功能框图，三相钳式探头将测量得到的泄漏电流基波分量幅值和相角同时发送给终端APP，终端APP计算出三相泄漏电流的夹角，并根据本次与前次相比对应相泄漏电流夹角的变化量和本次三相泄漏电流夹角的绝对偏差来判断避雷器状态，并将各测量所得参数、避雷器状态诊断结果等显示在终端APP界面。

实施例2

本实施例提供的非接触式无线钳形避雷器带电检测装置的电源电路模块包括电源电路，如图4所示，该电源电路包括充电电路和稳压转换电路，所述的充电电路包括充电接口P5和下载口P3，P5的1脚接充电器正极VCCIN，P5的2脚接充电器负极GND，P5的1脚通过电阻R24与稳压转换电路连接。

所述的稳压转换电路包括电池电源管理芯片U8，所述的P5的1脚与电阻R24的一端共同连接到U8的8脚和4脚，所述的P5的1脚与电阻R24的一端同时连接到电容C27、C28的一端，电容C27和电容C28并联连接并且其另一端同时连接GND，所述的电阻R24的另一端与发光二极管D4的正极连接，发光二极管D4的负极与U8的7脚连接，电池电源管理芯片U8的5脚与电容C29、C30的一端共同连接到P3的2脚，P3的2脚接到电池的正极，P3的1脚接到电池的负极GND，电容C29、C30的另一端接到GND，电池电源管理芯片的3脚与电阻R25的一端共同连接到GND，电阻R25的另一端连接到电池电源管理芯片U8的2脚，电池电源管理芯片的1脚连接到GND。

所述的稳压转换电路还包括电池电压转换芯片U9和开关S3，所述的开关S3的一端与电池正极连接，所述的开关S3的另一端与电容C32、电感L2的一端共同连接到U9的6脚、7脚、8脚，电容C32的另一端与U9的4脚与电容C34、电阻R32、电容C33的一端共同连接到电池的负极GND，电感L2的另一端和二极管D6的正极共同连接到芯片U9的1脚，二极管D6的阴极连接到电阻R29、电容C31的一端以及电容C33的另一端，再连接到VCC，电阻R29、电容C31的一端与电阻R32的另一端共同连接到芯片U9的7脚。

所述的稳压转换电路还包括稳压芯片VR1，将VCC转换为所需的+3.3V，电容C37的一端与VR1的3脚共同连接到VCC，电容C37的另一端与VR1的1脚共同连接到GND，稳压芯片VR1的2脚连接到电感L3与电容C38的一端，电感L3的另一端与电容C39的一端共同连接到+3.3V，电容C38的另一端与电容C39的另一端共同连接到GND。

实施例3

本实施例提供的非接触式无线钳形避雷器带电检测装置的滤波放大模块包括滤波放大电路，如图6所示，该滤波放大电路将钳式探头采集到的信号进行滤波放大，其包括运算放大器U3和运算放大器U6，P2为钳式探头信号输出端，滤波放大电路包括电容C11、电容C12、电容C13以及电容C14，所述的电容C11、电容C12、电容C13以及电容C14的一端共同连接到电源电路的VCC端，电容C11、电容C12、电容C13以及电容C14的另一端共同连接到GND，卡钳式电路表信号输出端P2的1脚、2脚共同连接到GND，P2的3脚与保护二极管D1的3脚及电阻R15的一端同时连接，保护二极管D1的1脚、2脚共同连接到GND，电阻R15的另一端与电阻R12的一端共同连接到运算放大器U3的2脚，电阻R12的另一端与电阻R17的一端共同连接到运算放大器U3的1脚，电阻R17的另一端与电容C23的一端共同连接到嵌入式控制器U1的8脚，电容C23的另一端连接到GND，运算放大器U3的3脚与运算放大器U6的输出端14脚相连，运算放大器U3的8脚与电源电路的VCC相连，运算放大器U3的4脚与GND相连，电阻R18的一端与电源电路的+3.3V相连，电阻R18的另一端与电阻R19、电容C24的一端共同连接到运算放大器U6的12脚，电阻R19的另一端与电容C24的另一端共同连接到GND，运算放大器U6的13脚与运算放大器的14脚相连后共同连接到电容C25、C26的公共端作为输出与运算放大器U3的3脚相连，电容C25的另一端与电容C26的另一端共同连接到GND，运算放大器U6的4脚与电源电路的VCC相连，运算放大器U6的11脚与GND相连。

实施例4

本实施例提供的非接触式无线钳形避雷器带电检测装置提供的无线通讯模块包括WIFI通讯电路和LoRa通讯电路。

所述的WIFI通讯电路如图7所示，其包括WIFI模块U2，WIFI模块U2型号为USR-WIFI232-A/B/D，所述的WIFI模块U2与控制器模块连接， WIFI模块U2的10脚与电阻R39的一端相连，电阻R39的另一端与电源电路的+3.3V相连，WIFI模块U2的1脚与GND相连，WIFI模块的2脚与电源电路的+3.3V相连，电容C3的一端与电容C6的一端共同连接到电源电路的+3.3V，电容C3的另一端与电容C6的另一端共同连接到GND，实现数据的收发。

所述的LoRa通讯电路如图8所示，其包括通讯模块U4，所述的通讯模块U4为E10-433MS1W，P4为天线接口，通讯模块U4的1脚、14脚、16脚、17脚、18脚以及19脚共同连接到GND，通讯模块U4的2脚与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与GND相连，通讯模块U4与控制器模块相连，通讯模块U4的8脚与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与电源电路的+3.3V相连，通讯模块U4的13脚与电源电路的VCC相连，通讯模块U4的20脚与天线接口P4的1脚相连，天线接口P4的2脚与GND相连，实现同步信号的传输。

实施例5

本实施例提供的非接触式无线钳形避雷器带电检测装置的人机交互模块包括人机交互电路，如图9所示，该人机交互电路包括按键电路、屏幕显示电路、LED指示电路，所述的按键电路包括按键S1，所述的按键S1的一端与电阻R10的另一端、电容C7的一端共同连接到控制器模块，所述的按键S1的另一端与电容C7的另一端共同连接到GND，电阻R10的一端连接到电源电路VCC；所述的屏幕显示电路包括屏幕U5，所述的屏幕U5选用ICSSD1309，屏幕U5的1脚连接到GND，屏幕U5的2脚连接到电源电路的VCC，屏幕U5与控制器模块连接；所述的LED指示电路包括发光二极管D2，所述的发光二极管D2的阳极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端连接到电源电路的VCC，发光二极管D2的阴极连接到控制器模块；所述的人机交互模块还包括音频控制电路，所述的音频控制电路包括并联连接的电容C8和电容C9，所述电容C8和电容C9的一端共同连接到电源电路VCC，电容C8的另一端与电容C9的另一端共同连接到GND。

实施例6

本实施例提供的非接触式无线钳形避雷器带电检测装置的控制器模块包括嵌入式嵌入式控制器U1和下载接口P1，其他模块如上实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5相同，控制器模块的电路图如图5所示，所述嵌入式控制器U1型号为 STM32F103R8T6，嵌入式控制器U1的16脚接到人机交互单元的屏幕U5的4脚，嵌入式控制器U1的17脚与U5的5脚相连，嵌入式控制器U1的20脚与U5的3脚相连，嵌入式控制器U1的21脚与U5的6脚相连，嵌入式控制器U1的23脚与屏幕U5的7脚相连，嵌入式控制器U1的43脚、44脚分别连接到WIFI通讯U2的3脚和4脚，嵌入式控制器U1的46脚、49脚分别连接到下载口P1的2脚、3脚，下载口P3的4脚连接到嵌入式控制器U1的7脚，嵌入式控制器U1的8脚与滤波放大电路的输出电阻R17的一端相连，嵌入式控制器U1的58脚与人机交换单元的发光二极管D2的阴极相连，嵌入式控制器U1的61脚与人机交互单元的按键电路的S1、电容C7的公共端相连，嵌入式控制器U1的30脚、33脚、34脚、35脚以及36脚分别连接到LoRa通讯电路U4的10脚、5脚、9脚、7脚以及6脚，嵌入式控制器U1的5脚与电容C1的一端以及晶振Y1的3脚相连，电容C1的另一端与电容C2的一端共同连接到GND，电容C2的另一端与晶振Y1的1脚共同连接到嵌入式控制器U1的6脚，嵌入式控制器U1的60脚连接到电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接到GND，嵌入式控制器U1的1脚、19脚、32脚、48脚、64脚、13脚以及电容C4、C5的一端共同连接到电源电路的+3.3V，电容C4、C5的另一端与GND相连，嵌入式控制器U1的12脚、18脚、31脚、47脚以及63脚共同连接到GND，下载口P1的1脚连接到电源电路的+3.3V，P1的5脚连接到GND。

使用本实施例提供的非接触式无线钳形避雷器带电检测装置进行避雷器检测的方法，包括如下步骤：

S1.数据采集：将三个独立的钳式探头分别与其所在相线上的避雷器的接地回路电性连接，单个钳式探头采集泄漏电流，采集原理和实施例1相同，采用互感器的原理采集泄漏电流；

S2.数据处理：将测得的泄漏电流通过钳式探头内部的互感器和滤波放大电路，之后进入控制器模块进行处理，首先通过A/D转换之后变成数字信号，由嵌入式控制器进行计算，然后由FFT分析单元计算出泄漏电流的基波分量幅值和相位，并存储在数据存储单元，最终显示在钳式探头自身所带的液晶屏幕上，并通过无线通讯的方式传送到终端APP。

本实施例采用钳型电流表测量泄漏电流，并基于无线通讯实现同步采样和数据传输，整套测试装置无需任何接线，操作方便，高效安全，同时，测试数据通过无线通讯传输到手持终端，显示完美直观，便于数据存储，减少现场工作量。

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；尽管参照较佳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对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，应用于变电站避雷器日常巡检，包括三个独立的钳式探头，每个所述的钳式探头测试一相泄漏电流，其特征在于，所述的钳式探头将测量的泄漏电流的基波分量幅值和相角发送至终端APP，所述的终端APP计算出三相泄漏电流的夹角，并根据本次与前次相比对应相泄漏电流夹角的变化量和本次三相泄漏电流夹角的绝对偏差来判断避雷器状态，并将各测量所得参数、避雷器状态诊断结果等显示在终端APP界面；

所述的钳式探头包括钳口、与钳口连接的壳体及设置在壳体内部的电源电路模块、滤波放大模块、控制器模块，所述的钳式探头进行漏电电流的采集，采集的电流信息通过滤波放大模块放大之后输送至控制器模块，控制器模块对放大的电流信息进行存储和处理，并通过无线通讯模块将处理结果传送到终端APP；

所述的壳体上设置有开机按键POWER、屏幕页面切换按键SHIFT、充电指示灯、运行指示灯和液晶屏幕；

所述的壳体内部还设置有人机交互模块，所述的控制器模块通过人机交互模块与壳体上的开机按键POWER、屏幕页面切换按键SHIFT、充电指示灯、运行指示灯和液晶屏幕电性连接。

2.根据权利要求1所述非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，其特征在于，所述的电源电路模块包括电源电路，该电源电路包括充电电路和稳压转换电路，所述的充电电路包括充电接口P5和下载口P3，P5的1脚接充电器正极VCCIN，P5的2脚接充电器负极GND，P5的1脚通过电阻R24与稳压转换电路连接；

所述的稳压转换电路包括电池电源管理芯片U8，所述的P5的1脚与电阻R24的一端共同连接到U8的8脚和4脚，所述的P5的1脚与电阻R24的一端同时连接到电容C27、C28的一端，电容C27和电容C28并联连接并且其另一端同时连接GND，所述的电阻R24的另一端与发光二极管D4的正极连接，发光二极管D4的负极与U8的7脚连接，电池电源管理芯片U8的5脚与电容C29、C30的一端共同连接到P3的2脚，P3的2脚接到电池的正极，P3的1脚接到电池的负极GND，电容C29、C30的另一端接到GND，电池电源管理芯片的3脚与电阻R25的一端共同连接到GND，电阻R25的另一端连接到电池电源管理芯片U8的2脚，电池电源管理芯片的1脚连接到GND；

所述的稳压转换电路还包括电池电压转换芯片U9和开关S3，所述的开关S3的一端与电池正极连接，所述的开关S3的另一端与电容C32、电感L2的一端共同连接到U9的6脚、7脚、8脚，电容C32的另一端与U9的4脚与电容C34、电阻R32、电容C33的一端共同连接到电池的负极GND，电感L2的另一端和二极管D6的正极共同连接到芯片U9的1脚，二极管D6的阴极连接到电阻R29、电容C31的一端以及电容C33的另一端，再连接到VCC，电阻R29、电容C31的一端与电阻R32的另一端共同连接到芯片U9的7脚。

3.根据权利要求2所述非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，其特征在于，所述的稳压转换电路还包括稳压芯片VR1，将VCC转换为所需的+3.3V，电容C37的一端与VR1的3脚共同连接到VCC，电容C37的另一端与VR1的1脚共同连接到GND，稳压芯片VR1的2脚连接到电感L3与电容C38的一端，电感L3的另一端与电容C39的一端共同连接到+3.3V，电容C38的另一端与电容C39的另一端共同连接到GND。

4.根据权利要求3所述非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，其特征在于，所述的滤波放大模块包括滤波放大电路，滤波放大电路将钳式探头采集到的信号进行滤波放大，其包括运算放大器U3和运算放大器U6，P2为钳式探头信号输出端，滤波放大电路包括电容C11、电容C12、电容C13以及电容C14，所述的电容C11、电容C12、电容C13以及电容C14的一端共同连接到电源电路的VCC端，电容C11、电容C12、电容C13以及电容C14的另一端共同连接到GND，卡钳式电路表信号输出端P2的1脚、2脚共同连接到GND，P2的3脚与保护二极管D1的3脚及电阻R15的一端同时连接，保护二极管D1的1脚、2脚共同连接到GND，电阻R15的另一端与电阻R12的一端共同连接到运算放大器U3的2脚，电阻R12的另一端与电阻R17的一端共同连接到运算放大器U3的1脚，电阻R17的另一端与电容C23的一端共同连接到嵌入式控制器U1的8脚，电容C23的另一端连接到GND，运算放大器U3的3脚与运算放大器U6的输出端14脚相连，运算放大器U3的8脚与电源电路的VCC相连，运算放大器U3的4脚与GND相连，电阻R18的一端与电源电路的+3.3V相连，电阻R18的另一端与电阻R19、电容C24的一端共同连接到运算放大器U6的12脚，电阻R19的另一端与电容C24的另一端共同连接到GND，运算放大器U6的13脚与运算放大器的14脚相连后共同连接到电容C25、C26的公共端作为输出与运算放大器U3的3脚相连，电容C25的另一端与电容C26的另一端共同连接到GND，运算放大器U6的4脚与电源电路的VCC相连，运算放大器U6的11脚与GND相连。

5.根据权利要求4所述非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，其特征在于，所述的无线通讯模块包括WIFI通讯电路和LoRa通讯电路。

6.根据权利要求5所述非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，其特征在于，所述的WIFI通讯电路包括WIFI模块U2，WIFI模块U2型号为USR-WIFI232-A/B/D，所述的WIFI模块U2与控制器模块连接， WIFI模块U2的10脚与电阻R39的一端相连，电阻R39的另一端与电源电路的+3.3V相连，WIFI模块U2的1脚与GND相连，WIFI模块的2脚与电源电路的+3.3V相连，电容C3的一端与电容C6的一端共同连接到电源电路的+3.3V，电容C3的另一端与电容C6的另一端共同连接到GND。

7.根据权利要求5所述非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，其特征在于，所述的LoRa通讯电路包括通讯模块U4，所述的通讯模块U4为E10-433MS1W，P4为天线接口，通讯模块U4的1脚、14脚、16脚、17脚、18脚以及19脚共同连接到GND，通讯模块U4的2脚与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与GND相连，通讯模块U4与控制器模块相连，通讯模块U4的8脚与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与电源电路的+3.3V相连，通讯模块U4的13脚与电源电路的VCC相连，通讯模块U4的20脚与天线接口P4的1脚相连，天线接口P4的2脚与GND相连。

8.根据权利要求5所述非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，其特征在于，所述的人机交互模块包括人机交互电路，该人机交互电路包括按键电路、屏幕显示电路、LED指示电路，所述的按键电路包括按键S1，所述的按键S1的一端与电阻R10的另一端、电容C7的一端共同连接到控制器模块，所述的按键S1的另一端与电容C7的另一端共同连接到GND，电阻R10的一端连接到电源电路VCC；所述的屏幕显示电路包括屏幕U5，所述的屏幕U5选用ICSSD1309，屏幕U5的1脚连接到GND，屏幕U5的2脚连接到电源电路的VCC，屏幕U5与控制器模块连接；所述的LED指示电路包括发光二极管D2，所述的发光二极管D2的阳极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端连接到电源电路的VCC，发光二极管D2的阴极连接到控制器模块；所述的人机交互模块还包括音频控制电路，所述的音频控制电路包括并联连接的电容C8和电容C9，所述电容C8和电容C9的一端共同连接到电源电路VCC，电容C8的另一端与电容C9的另一端共同连接到GND。

9.根据权利要求8所述非接触式无线钳形避雷器带电检测装置，其特征在于，所述的控制器模块包括嵌入式控制器U1和下载接口P1，所述嵌入式控制器U1型号为STM32F103R8T6，嵌入式控制器U1的16脚接到人机交互单元的屏幕U5的4脚，嵌入式控制器U1的17脚与U5的5脚相连，嵌入式控制器U1的20脚与U5的3脚相连，嵌入式控制器U1的21脚与U5的6脚相连，嵌入式控制器U1的23脚与屏幕U5的7脚相连，嵌入式控制器U1的43脚、44脚分别连接到WIFI通讯U2的3脚和4脚，嵌入式控制器U1的46脚、49脚分别连接到下载口P1的2脚、3脚，下载口P3的4脚连接到嵌入式控制器U1的7脚，嵌入式控制器U1的8脚与滤波放大电路的输出电阻R17的一端相连，嵌入式控制器U1的58脚与人机交换单元的发光二极管D2的阴极相连，嵌入式控制器U1的61脚与人机交互单元的按键电路的S1、电容C7的公共端相连，嵌入式控制器U1的30脚、33脚、34脚、35脚以及36脚分别连接到LoRa通讯电路U4的10脚、5脚、9脚、7脚以及6脚，嵌入式控制器U1的5脚与电容C1的一端以及晶振Y1的3脚相连，电容C1的另一端与电容C2的一端共同连接到GND，电容C2的另一端与晶振Y1的1脚共同连接到嵌入式控制器U1的6脚，嵌入式控制器U1的60脚连接到电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接到GND，嵌入式控制器U1的1脚、19脚、32脚、48脚、64脚、13脚以及电容C4、C5的一端共同连接到电源电路的+3.3V，电容C4、C5的另一端与GND相连，嵌入式控制器U1的12脚、18脚、31脚、47脚以及63脚共同连接到GND，下载口P1的1脚连接到电源电路的+3.3V，P1的5脚连接到GND。

10.使用以上任意权利要求所述非接触式无线钳形避雷器带电检测装置进行避雷器检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.数据采集：将三个独立的钳式探头分别与其所在相线上的避雷器的接地回路电性连接，单个钳式探头采集泄漏电流；

S2.数据处理：将测得的泄漏电流通过钳式探头内部的互感器和滤波放大电路，之后进入控制器模块进行处理，首先通过A/D转换之后变成数字信号，由嵌入式控制器进行计算，然后由FFT分析单元计算出泄漏电流的基波分量幅值和相位，并存储在数据存储单元，最终显示在钳式探头自身所带的液晶屏幕上，并通过无线通讯的方式传送到终端APP。

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