CN111239572B - 雷电防护设施spd的在线监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种雷电防护设施SPD的在线监测方法和系统，其中，SPD包括：放电间隙、充气放电管和压敏电阻，所述方法包括：将预设波形的冲击信号作用到在线运行的SPD两端；调节预设波形的冲击信号的输出幅值直至充气放电管或放电间隙击穿，以获得击穿电压；获取压敏电阻在击穿电压作用下的电压信号；根据电压信号判断SPD是否存在故障。本发明的在线监测方法，能够及时有效的检测出损坏的元器件，避免雷击事故的发生，减少损失。

Description

雷电防护设施SPD的在线监测方法和系统

技术领域

本发明涉及在线监测技术领域，尤其涉及一种雷电防护设施SPD的在线监测方法和一种雷电防护设施SPD的在线监测系统。

背景技术

雷电防护设施SPD(Surge protection Device，浪涌保护器)在长期使用中，压敏电阻元件由于承受各种应力的作用会发生各种损坏或性能的劣化、老化，造成压敏电压的下降或泄露电流的上升等，因而会丧失或降低其防护电涌的能力。因此，及时地检测出损坏或预警出性能降低的元器件，对避免雷击事故的发生、减少损失具有非常重要的意义。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种雷电防护设施SPD的在线监测方法，能够及时有效的检测出损坏的元器件，避免雷击事故的发生，减少损失。

本发明的第二个目的在于提出一种雷电防护设施SPD的在线监测系统。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了雷电防护设施SPD的在线监测方法，所述SPD包括：放电间隙、充气放电管和压敏电阻，所述方法包括：将预设波形的冲击信号作用到在线运行的SPD两端；调节所述预设波形的冲击信号的输出幅值直至所述充气放电管或所述放电间隙击穿，以获得击穿电压；获取所述压敏电阻在所述击穿电压作用下的电压信号；根据所述电压信号判断所述SPD是否存在故障。

根据本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测方法，将预设波形的冲击信号作用到在线运行的SPD两端，并调节预设波形的冲击信号的输出幅值直至充气放电管或放电间隙击穿，以获得击穿电压，以及获取压敏电阻在击穿电压作用下的电压信号，并根据电压信号判断SPD是否存在故障。由此，该方法能够及时有效的检测出损坏的元器件，避免雷击事故的发生，减少损失。

另外，根据本发明上述实施例提出的雷电防护设施SPD的在线监测方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，获取所述压敏电阻在所述击穿电压作用下的电压信号，包括：获取所述SPD两端的电压波形；对所述电压波形进行模数转换，并对转换后的电压波形进行数字信号处理，以获得电压信号。

根据本发明的一个实施例，根据所述电压信号判断所述SPD是否存在故障，包括：判断所述电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点；如果是，则根据所述奇异点的特性，判断所述SPD是否存在故障。

根据本发明的一个实施例，判断所述电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点，包括：基于小波分析对电压信号进行消噪处理，获得所述电压信号移动的尖峰和突变数据，以获得所述奇异点。

根据本发明的一个实施例，上述的雷电防护设施SPD的在线监测方法，还包括：获取存在故障的所述SPD的标识码；根据所述标识码确定与其对应的所述SPD的安装位置。

根据本发明的一个实施例，上述的雷电防护设施SPD的在线监测方法，还包括：在确定所述SPD的安装位置后，将所述该SPD对应的标识码发送至PC机，以发出报警提示。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种雷电防护设施SPD的在线监测系统，所述SPD包括：放电间隙、充气放电管和压敏电阻，所述系统包括：控制模块，用于将预设波形的冲击信号作用到在线运行的SPD两端；调节模块，用于调节所述预设波形的冲击信号的输出幅值直至所述充气放电管或所述放电间隙击穿，以获得击穿电压；获取模块，用于获取所述压敏电阻在所述击穿电压作用下的电压信号；判断模块，用于根据所述电压信号判断所述SPD是否存在故障。

根据本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测系统，控制模块将预设波形的冲击信号作用到在线运行的SPD两端，调节模块调节预设波形的冲击信号的输出幅值直至充气放电管或放电间隙击穿，以获得击穿电压，获取模块获取压敏电阻在击穿电压作用下的电压信号，判断模块根据电压信号判断SPD是否存在故障。由此，该系统能够及时有效的检测出损坏的元器件，避免雷击事故的发生，减少损失。

另外，根据本发明上述实施例提出的雷电防护设施SPD的在线监测系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述获取模块在获取所述压敏电阻在所述击穿电压作用下的电压信号时，具体用于，获取所述SPD两端的电压波形；对所述电压波形进行模数转换，并对转换后的电压波形进行数字信号处理，以获得电压信号。

根据本发明的一个实施例，所述判断模块根据所述电压信号判断所述SPD是否存在故障时，具体用于，判断所述电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点；如果是，则根据所述奇异点的特性，判断所述SPD是否存在故障。

根据本发明的一个实施例，所述判断模块判断所述电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点时，具体用于，基于小波分析对电压信号进行消噪处理，获得所述电压信号移动的尖峰和突变数据，以获得所述奇异点。

根据本发明的一个实施例，上述的雷电防护设施SPD的在线监测系统，还包括：确定模块，用于获取存在故障的所述SPD的标识码，并根据所述标识码确定与其对应的所述SPD的安装位置。

根据本发明的一个实施例，上述的雷电防护设施SPD的在线监测系统，还包括：发送模块，用于在确定所述SPD的安装位置后，将所述该SPD对应的标识码发送至PC机，以发出报警提示。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的SPD的在线监测系统框图；

图3是根据本发明一个实施例的SPD的在线监测系统工作原理示意图；

图4是根据本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测系统的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测方法和雷电防护设施SPD的在线监测系统。

图1是根据本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测方法的流程图。

在本发明的一个实施例中，SPD可包括：放电间隙、充气放电管和压敏电阻。其中，SPD是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置，当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

如图1所示，本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测方法可包括以下步骤：

S1，将预设波形的冲击信号作用到在线运行的SPD两端。

S2，调节预设波形的冲击信号的输出幅值直至充气放电管或放电间隙击穿，以获得击穿电压。

S3，获取压敏电阻在击穿电压作用下的电压信号。

根据本发明的一个实施例，获取压敏电阻在击穿电压作用下的电压信号，包括：获取SPD两端的电压波形；对电压波形进行模数转换，并对转换后的电压波形进行数字信号处理，以获得电压信号。

S4，根据电压信号判断SPD是否存在故障。

根据本发明的一个实施例，根据电压信号判断SPD是否存在故障，包括：判断电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点；如果是，则根据奇异点的特性，判断SPD是否存在故障。

具体而言，在接收到监测指令时(例如，可通过有线通信方式或者无线通信方式下达数据传输指令)，将一特定波形的冲击信号作用到在线运行的SPD器件的两端，调节该冲击信号的输出幅值直至使气体放电管或放电间隙击穿，在此条件下，将会有电压作用在气体放电管或放电间隙相串联的压敏电阻上，压敏电阻的不同状态将在SPD两端电压波形中反映，每隔预设时间，采集电压波形；对所测到的电压波形/电流波形进行模数转换，通过串口上传到PC端进行数字信号处理，提取其变换特征。其中，当采集到的电压信号有波形幅值的突变，产生波形的奇异点时，根据奇异点的奇异性，来判断SPD模块是否存在故障，例如，当奇异点的幅值变化大于预设阈值时，确定SPD模块存在故障。可以理解的是，奇异性就是指函数的不连续或导数不存在，表现出奇异性的点称为奇异点。

根据本发明的一个实施例，判断电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点，包括：基于小波分析对电压信号进行消噪处理，获得电压信号移动的尖峰和突变数据，以获得奇异点。

具体而言，基于小波变换原理及方法，，实现监测点采集样本非平稳信号(电压信号/电流信号)的消噪，用小波进行信号的消噪可以精确保留电压(电流)信号异动的尖峰和突变数据。具体地，对信号进行多尺度分析，在信号出现突变时，其小波变换后的系数具有模量极大值，因而可以通过对模量极大值点的检测来确定故障发生的点。

根据本发明的一个实施例，上述的雷电防护设施SPD的在线监测方法，还可包括：获取存在故障的SPD的标识码；根据标识码确定与其对应的SPD的安装位置。

具体而言，按照系统采样要求(定时、即时)发送不同类型数据采集指令，利用智能SPD在线监测控制软件遍历所有在线监测终端的串口唯一标识码，即每个SPD具有唯一的标识码，获取故障的SPD的标识码，就可以确定SPD安装位置。例如，如图2所示，每个SPD具有对应的在线监测仪，上述的监测方法预先烧录在在线监测仪中，智能SPD在线监测仪产品的嵌入式软件控制系统通过智能网关对前端安装的SPD在线监测仪进行采集、分析处理，同时监测控制多个采集终端，并基于实际现场情况，可以调整采集频率或实时触发采集，保护最精准监测与控制。可以理解的是，也可以时一个在线监测仪对应多个SPD模块。

根据本发明的一个实施例，上述的雷电防护设施SPD的在线监测方法，还包括：在确定SPD的安装位置后，将该SPD对应的标识码发送至PC机，以发出报警提示。

也就是说，在SPD存在异常时，通过GPRS无线通信方式向防雷管理人员发出短信提示，以使防雷管理人员及时采取应对措施。另外，防雷管理人员也可以通过手动模式实时读取远程监测终端的数据(监测数据可以以统计报表，或者曲线走势的形式展现)，根据每个SPD的数据参数走向，判断是否存在故障的可能，以便进行提前预防。

由上述分析可知，本申请的雷电防护设施SPD的在线监测方法，根据SPD在线带电检测原理，以其先进的故障智能判断技术，实现SPD模块状态的智能在线检测及漏流异动实时监控，以实现长期在线防雷器件工作状态的科学诊断及智能监管。

作为一个具体示例，如图2和3所示，智能SPD在线监测控制系统物理连接采用TCP/IP有(无)线网络把服务器(PC式)及分布式采集终端有机组成在一起，结合B/S前端和C/S后台程序组成一个完成的的智能SPD在线监测仪产品的嵌入式软件控制系统。

管理人员可基于C语言的嵌入式开发程序，实现远程在线监测多个采集终端，通过在线汇编实现底层终端硬件的直接操作，且支持高并发操作功能，实现基于实际情况即时监测指令下达。利用智能SPD在线监测控制软件遍历所有在线监测终端的串口唯一标识码，确定SPD安装位置，按照系统采样要求(定时、即时)发送不同类型数据采集指令。由监测终端的8051/ARM芯片作为主要运算处理器，接收监测SPD模块的响应信号发出动作指示，接收到的采集样本数据进行A/D转换并按固定数据格式进行封装及远程传输；实现监测范围内SPD状态的显示及监测数据的统计报表展示，并支持手动模式实时读取远程监测终端的数据，在自动模式下实现远端SPD异常报警提示及通过GPRS无线通信方式向防雷管理人员发出短信提示。

由此，该智能SPD在线监测控制系统，采用嵌入式软件控制系统，采用8051/ARM芯片作为主要核心控制器件，C语言开发，采用精确的秒级采样与智能逻辑算法技术，强大的容错纠错能力，实现各类隐蔽性异常(如漏流异动等)的各类智能分析与自动判断；远端进行远程实时监测SPD的工作状态。

综上所述，根据本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测方法，将预设波形的冲击信号作用到在线运行的SPD两端，并调节预设波形的冲击信号的输出幅值直至充气放电管或放电间隙击穿，以获得击穿电压，以及获取压敏电阻在击穿电压作用下的电压信号，并根据电压信号判断SPD是否存在故障。由此，该方法能够及时有效的检测出损坏的元器件，避免雷击事故的发生，减少损失。

图4是根据本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测系统的方框示意图。在本发明的一个实施例中，SPD包括：放电间隙、充气放电管和压敏电阻。

如图4所示，本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测系统可包括：控制模块10、调节模块20、获取模块30和判断模块40。

其中，控制模块10用于将预设波形的冲击信号作用到在线运行的SPD两端。调节模块20用于调节预设波形的冲击信号的输出幅值直至充气放电管或放电间隙击穿，以获得击穿电压。获取模块30用于获取压敏电阻在击穿电压作用下的电压信号。判断模块40用于根据电压信号判断SPD是否存在故障。

根据本发明的一个实施例，获取模块在获取压敏电阻在击穿电压作用下的电压信号时，具体用于，获取SPD两端的电压波形；对电压波形进行模数转换，并对转换后的电压波形进行数字信号处理，以获得电压信号。

根据本发明的一个实施例，判断模块根据电压信号判断SPD是否存在故障时，具体用于，判断电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点；如果是，则根据奇异点的特性，判断SPD是否存在故障。

根据本发明的一个实施例，判断模块判断电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点时，具体用于，基于小波分析对电压信号进行消噪处理，获得电压信号移动的尖峰和突变数据，以获得奇异点。

根据本发明的一个实施例，上述的雷电防护设施SPD的在线监测系统，还包括：确定模块，用于获取存在故障的SPD的标识码，并根据标识码确定与其对应的SPD的安装位置。

根据本发明的一个实施例，上述的雷电防护设施SPD的在线监测系统，还包括：发送模块，用于在确定SPD的安装位置后，将该SPD对应的标识码发送至PC机，以发出报警提示。

需要说明的是，本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测系统中未披露的细节，请参照本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测方法中所披露的细节，具体这里不再赘述。

根据本发明实施例的雷电防护设施SPD的在线监测系统，控制模块将预设波形的冲击信号作用到在线运行的SPD两端，调节模块调节预设波形的冲击信号的输出幅值直至充气放电管或放电间隙击穿，以获得击穿电压，获取模块获取压敏电阻在击穿电压作用下的电压信号，判断模块根据电压信号判断SPD是否存在故障。由此，该系统能够及时有效的检测出损坏的元器件，避免雷击事故的发生，减少损失。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种雷电防护设施SPD的在线监测方法，其特征在于，所述SPD包括：放电间隙、充气放电管和压敏电阻，所述方法包括：

将预设波形的冲击信号作用到在线运行的SPD两端；

调节所述预设波形的冲击信号的输出幅值直至所述充气放电管或所述放电间隙击穿，以获得击穿电压；

获取所述压敏电阻在所述击穿电压作用下的电压信号；

根据所述电压信号判断所述SPD是否存在故障，并根据所述SPD的数据参数变化趋势，进行提前预防。

2.根据权利要求1所述的雷电防护设施SPD的在线监测方法，其特征在于，获取所述压敏电阻在所述击穿电压作用下的电压信号，包括：

获取所述SPD两端的电压波形；

对所述电压波形进行模数转换，并对转换后的电压波形进行数字信号处理，以获得电压信号。

3.根据权利要求1所述的雷电防护设施SPD的在线监测方法，其特征在于，根据所述电压信号判断所述SPD是否存在故障，包括：

判断所述电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点；

如果是，则根据所述奇异点的特性，判断所述SPD是否存在故障。

4.根据权利要求3所述的雷电防护设施SPD的在线监测方法，其特征在于，判断所述电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点，包括：

基于小波分析对电压信号进行消噪处理，获得所述电压信号移动的尖峰和突变数据，以获得所述奇异点。

5.根据权利要求1所述的雷电防护设施SPD的在线监测方法，其特征在于，还包括：

获取存在故障的所述SPD的标识码；

根据所述标识码确定与其对应的所述SPD的安装位置。

6.根据权利要求5所述的雷电防护设施SPD的在线监测方法，其特征在于，还包括：

在确定所述SPD的安装位置后，将所述SPD对应的标识码发送至PC机，以发出报警提示。

7.一种雷电防护设施SPD的在线监测系统，其特征在于，所述SPD包括：放电间隙、充气放电管和压敏电阻，所述系统包括：

控制模块，用于将预设波形的冲击信号作用到在线运行的SPD两端；

调节模块，用于调节所述预设波形的冲击信号的输出幅值直至所述充气放电管或所述放电间隙击穿，以获得击穿电压；

获取模块，用于获取所述压敏电阻在所述击穿电压作用下的电压信号；

判断模块，用于根据所述电压信号判断所述SPD是否存在故障，并根据所述SPD的数据参数变化趋势，进行提前预防。

8.根据权利要求7所述的雷电防护设施SPD的在线监测系统，其特征在于，所述获取模块在获取所述压敏电阻在所述击穿电压作用下的电压信号时，具体用于，

获取所述SPD两端的电压波形；

对所述电压波形进行模数转换，并对转换后的电压波形进行数字信号处理，以获得电压信号。

9.根据权利要求7所述的雷电防护设施SPD的在线监测系统，其特征在于，所述判断模块根据所述电压信号判断所述SPD是否存在故障时，具体用于，

判断所述电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点；

如果是，则根据所述奇异点的特性，判断所述SPD是否存在故障。

10.根据权利要求9所述的雷电防护设施SPD的在线监测系统，其特征在于，所述判断模块判断所述电压信号是否有波形幅值的突变产生奇异点时，具体用于，

基于小波分析对电压信号进行消噪处理，获得所述电压信号移动的尖峰和突变数据，以获得所述奇异点。

11.根据权利要求7所述的雷电防护设施SPD的在线监测系统，其特征在于，还包括：

确定模块，用于获取存在故障的所述SPD的标识码，并根据所述标识码确定与其对应的所述SPD的安装位置。

12.根据权利要求11所述的雷电防护设施SPD的在线监测系统，其特征在于，还包括：

发送模块，用于在确定所述SPD的安装位置后，将所述SPD对应的标识码发送至PC机，以发出报警提示。

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