CN111289823A - 一种避雷器监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种避雷器监测装置，包括电流互感器，第一限幅电路，IV电路，滤波电路，MCU控制电路，以及第一AD转换电路；MCU控制电路用于控制IV电路输出电压的大小；所述电流互感器连接第一限幅电路；所述IV电路分别连接第一限幅电路、滤波电路、MCU控制电路和第一AD转换电路。在避雷器运行时，能准确的测量避雷器的泄露电流和谐波含量。同时还提供一种避雷器监测装置，将避雷器的泄露电流和冲击次数共用一个采样互感器。采用信号耦合的隔离方法。将冲击采样电路和泄漏电流采样电路分别隔离，使之相互为独立的检测回路。不仅能够准确的感知避雷器的动作次数，还能够测量避雷器的泄漏电流，同时还可以测量泄漏电流的谐波含量。

Description

一种避雷器监测装置

技术领域

本发明涉及一种避雷器监测装置，用于监测避雷器的运行状态，包括避雷器遭受冲击时的动作次数，工频泄漏电流，及其谐波。通过该装置可以监测避雷器运行时的必要参数，以此判断避雷器的劣化情况，达到对其寿命评估的目的。

背景技术

随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电力已经成为人们生产和生活中必不可少的能源之一。其中，高压线路作为供电系统最为重要的传输设备，要求高压线路有能力在外部环境恶劣时比如雷雨天气时能稳定的运行，以保证居民用电的安全，这时候避雷器的劣化情况就需要时刻监测以达到对其寿命评估。

现有技术中，公知避雷器泄漏电流和谐波测量是目前相关领域的一大难题，主要难度是电流信号微弱，通常是微安级的电流通过，这对现场检测是一种极大的考验。另外现场环境恶劣，信号容易受干扰。市面上可以实现此类功能的测试设备成本高。

目前，避雷器监测装置采用串接式和穿心式两种安装方式，而穿心式则采用两个电流互感器，其中一个互感器检测泄漏电流，另一个互感器检测冲击次数，这种方式存在的缺点是：检测冲击次数需要一个线圈，生产制造成本高，结构复杂，现场施工安装不方便，难度较大。具体原理图如图1所示。串接式接入的避雷器雷击监测装置主要还是依靠人工巡视来进行，这种方式无法及时发现故障，监测方法单一，更难以发现可能产生故障的较大缺陷，设备隐患不能及时发现，检测灵敏度大大降低。而且安装现场环境恶劣，没有安全隔离，容易受干扰等不利因素。具体原理图如图2所示现有技术方案。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种避雷器监测装置，在避雷器运行时，能准确的测量避雷器的泄露电流和谐波含量。同时还提供一种避雷器监测装置，将避雷器的泄露电流和冲击次数共用一个采样互感器。采用信号耦合的隔离方法。将冲击采样电路和泄漏电流采样电路分别隔离，使之相互为独立的检测回路。不仅能够准确的感知避雷器的动作次数，还能够测量避雷器的泄漏电流，同时还可以测量泄漏电流的谐波含量。

技术方案：一种避雷器监测装置，包括：电流互感器，第一限幅电路，IV电路，滤波电路，MCU控制电路，以及将IV电路输出的采样电压进行模数转换的第一AD转换电路；所述MCU控制电路用于控制IV电路输出电压的大小；所述电流互感器连接第一限幅电路；所述IV电路分别连接第一限幅电路、滤波电路、MCU控制电路和第一AD转换电路。

所述电流互感器与避雷器穿心式连接。

所述第一限幅电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管组成双向限幅电路；所述电流互感器取得的泄漏电流信号经过第一限幅电路后，通过第一电容耦合，然后进入IV电路；第一限幅电路用于减少信号损耗的同时又能有效的保护后端电路。

所述IV电路包括运放芯片、第一电阻和第二电阻；IV电路将泄漏电流信号转变成模拟电压信号。

所述MCU控制电路包括第一开关、第二开关、第一电阻和第二电阻，第一开关连接第一电阻，第二开关连接第二电阻，由MCU根据输出信号的幅值控制S1或者S2的通断从而选择适当的反馈电阻。

所述滤波电路为一个电容，通过电容可以很好的滤除高频骚扰信号。

所述模拟电压信号经过第一AD转换电路传输到MCU。

与现有技术相比，上述提供的避雷器监测装置，结构简单，降低了产品的成本，生产制造更加简单，现场安装方便，施工难度小，使用方便，市场接受程度更高，因为设计简化，后期维护方便。

一种避雷器监测装置，包括：泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路；所述泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路共用一个电流互感器，泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路之间采用信号耦合的隔离方式；泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路的输出端均接MCU。

所述泄漏电流检测回路包括：电流互感器，第一限幅电路，IV电路，滤波电路，MCU控制电路，以及将IV电路输出的采样电压进行模数转换的第一AD转换电路。

所述冲击次数检测回路，共用泄漏电流检测回路的电流互感器，包括第二AD转换电路，第二限幅电路，以及冲击触发电路；所述电流互感器的输出端分别接第一限幅电路的两个输入端；同时所述电流互感器的输出端分别接冲击次数检测回路中第一耦合电容一端和第二耦合电容的一端；所述第二耦合电容的另一端接地；所述第一耦合电容的另一端和作为冲击触发电路的第三电阻的一端一起接作为第二限幅电路的第三二极管的阴极；所述第三电阻的另一端和第二耦合电容的另一端一起接地；所述第三二极管的阳极接地，第三二极管的阴极分别接MCU和第二AD转换电路的输入端，第二AD转换电路的输出端接MUC。

与现有技术相比，上述避雷器监测装置，动作次数检测不再使用单独的互感器，而是和泄露电流检测共用电流互感器，结构简单，便于、加工实施和维护。其中，电流互感器的次级同时接动作次数检测回路和泄漏电流检测回路，动作次数检测回路和泄露电流检测回路用器件隔开，互不影响。电流互感器感应的电流信号转变成电压信号送入AD判断电流互感器是否饱和，当互感器达到饱和状态时即认为雷击发生。

附图说明

1.图1为现有技术中避雷器监测装置的原理框图；

2.图2为现有技术中避雷器监测装置的原理框图；

3.图3为本发明实施例中避雷器监测装置的原理框图；

4.图4为本发明实施例中避雷器监测装置的电路图；

5.图5为本发明实施例中避雷器监测装置的电路原理图；

图6为冲击次数检测回路共用泄漏电流检测回路的电流互感器的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

如图3所示，避雷器监测装置，包括：电流互感器，限幅电路，IV电路，滤波电路，MCU控制电路，以及将IV电路输出的采样电压进行模数转换的AD转换电路；电流互感器与避雷器穿心式连接，MCU控制电路用于控制IV电路输出电压的大小；电流互感器连接限幅电路；IV电路分别连接限幅电路、滤波电路、MCU控制电路和AD转换电路。

其中整个电路包括电流互感器、二极管D1和D2、耦合电容C1、运放芯片U21、精密电阻R5，R6。控制电路包括S1,S2，由MCU控制S1或S2的通断选择R5或R6。IV电路取得的电压信号送入AD。

如图4所示，限幅电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1和二极管D2组成双向限幅电路；电流互感器取得的泄漏电流信号经过限幅电路后，通过电容C1耦合，然后进入IV电路；限幅电路用于减少信号损耗的同时又能有效的保护后端电路。IV电路包括运放芯片U21、电阻R6和电阻R5；IV电路将泄漏电流信号转变成模拟电压信号。MCU控制电路包括开关S1和开关S2，由MCU根据输出信号的幅值控制S1或者S2的通断从而选择适当的反馈电阻。滤波电路为一个电容C6，通过电容C6可以很好的滤除高频骚扰信号。模拟电压信号经过AD转换电路传输到MCU。

电流互感器一端分别接二极管D1的阴极，另一端接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极和二极管D2的阳极连接，二极管D1的阳极和二极管D2的阴极连接；二极管D2的阳极连接电容C1的一端，电容C1的另一端分别连接运放芯片U21的负输入端、电容C6的一端、开关S2的一端和开关S1的一端；二极管D2的阴极接运放芯片U21的正输入端，运放芯片U21的正输入端接1.2V电源，运放芯片U21的输出端接AD转换电路，AD转换电路的输出端接MCU；开关S1的另一端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接AD转换电路；开关S2的另一端接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接AD转换电路；电容C6的另一端接AD转换电路。

D1和D2采用反相漏电流极小的1N4148，减少信号损耗的同时又能有效的保护后端电路。U21为高精度运放OP07，OP07具有很小的输入失调电流和输入失调电压的同时又有很高的增益。R5和R6为高精度低温漂电阻。C6为470pF瓷片电容，可以很好的滤除高频骚扰信号。MCU控制电路由MCU根据输出信号的幅值选择合适的开关从而选择适当的反馈电阻。

通过穿心互感器从避雷器上取得电流，互感器二次电流通过IV电路转换成模拟电压信号，进入AD转换电路转化成数字信号再送入MCU进行计算和傅立叶变换分析。

上述避雷器监测装置用于泄漏电流和谐波检测，包括对采样信号进行限幅的限幅电路、电流转成电压的IV电路、控制采样电压大小的MCU控制电路、滤除干扰信号的滤波电路、模拟信号转成数字信号的AD转换电路。电流互感器取得的泄露电流信号经过限幅电路后，通过电容C1耦合，然后进入IV电路。IV电路主要是把泄露电流信号转变成模拟电压信号，MCU通过选择开关S1，S2选择合适的模拟电压幅值，然后模拟电压信号进入AD转换电路，AD转换电路把模拟电压信号转换成数字信号。转换后的数字电压信号送入MCU。MCU进行计算和傅立叶变换得到需要的数据。

上述装置可以通过很少的成本准确测量和计算出避雷器的泄露电流和谐波含量，从而根据这些数据快速判断避雷器的劣化程度。

如图5所示，避雷器监测装置，包括：泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路；泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路共用一个电流互感器，电流互感器与避雷器穿心式连接，泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路之间采用信号耦合的隔离方式；泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路的输出端均接MCU。

图5和图6中的泄漏电流检测回路和图3-4中避雷器监测装置的电路结构一样，包括：电流互感器，限幅电路，IV电路，滤波电路，MCU控制电路，以及将IV电路输出的采样电压进行模数转换的AD转换电路。

如图6所示，冲击次数检测回路，共用泄漏电流检测回路的电流互感器，电流互感器的两个输出端分别接泄漏电流检测回路的限幅电路的两个输入端；同时电流互感器的两个输出端分别接冲击次数检测回路中耦合电容C41一端和耦合电容C42的一端；耦合电容C42的另一端接地；耦合电容C41的另一端和作为冲击触发电路的负载电阻R7的一端一起接作为限幅电路的二极管D3的阴极；电阻R7的另一端和耦合电容C42的另一端一起接地；二极管D3的阳极接地，二极管D3的阴极分别接MCU和AD转换电路的输入端，AD转换电路的输出端接MUC。

泄露电流检测和动作次数检测回路共用一个互感器，冲击发生时能通过电流互感器产生感应电流，产生的强大电流会在电流互感器上产生很大的感应电流，当冲击电流大于5A时，互感器次级产生5mA感应电流使互感器进入饱和。MCU通过电流互感器是否饱和来判断是否有冲击发生。

冲击触发电路为R7上的电压触发MCU的中断。互感器次级产生的电流信号流过负载电阻R7转变为模拟电压信号，D3用于将模拟电压信号进行限幅保护后端的电路，AD转换电路用于将得到的模拟电压信号转变为数字信号， AD转换得到的数字信号送入MCU，MCU根据这个值判断当前的一次电流的大小，当一次电流大于5A时即判断互感器为饱和，MCU即判断为冲击产生。

冲击电流检测和泄漏电流检测共用一个互感器，在设计上可以更加简化，进一步的提高精度，降低产品成本，生产制造更加简单，安装方便，施工难度小，使用方便，市场接受程度高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种避雷器监测装置，其特征在于，包括：电流互感器，第一限幅电路，IV电路，滤波电路，MCU控制电路，以及将IV电路输出的采样电压进行模数转换的第一AD转换电路；所述MCU控制电路用于控制IV电路输出电压的大小；所述电流互感器连接第一限幅电路；所述IV电路分别连接第一限幅电路、滤波电路、MCU控制电路和第一AD转换电路。

2.如权利要求1所述的避雷器监测装置，其特征在于：所述第一限幅电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管组成双向限幅电路；所述电流互感器取得的泄漏电流信号经过第一限幅电路后，通过第一电容耦合，然后进入IV电路。

3.如权利要求1所述的避雷器监测装置，其特征在于：所述IV电路包括运放芯片、第一电阻和第二电阻；IV电路将泄漏电流信号转变成模拟电压信号。

4.如权利要求1所述的避雷器监测装置，其特征在于：所述MCU控制电路包括第一开关、第二开关、第一电阻和第二电阻，第一开关连接第一电阻，第二开关连接第二电阻，由MCU根据输出信号的幅值选择合适的开关从而选择适当的反馈电阻。

5.如权利要求3所述的避雷器监测装置，其特征在于：所述滤波电路为一个电容；所述模拟电压信号经过第一AD转换电路传输到MCU。

6.如权利要求1所述的避雷器监测装置，其特征在于：所述电流互感器与避雷器穿心式连接。

7.一种避雷器监测装置，其特征在于，包括：泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路；所述泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路共用一个电流互感器，泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路之间采用信号耦合的隔离方式；泄漏电流检测回路和冲击次数检测回路的输出端均接MCU。

8.如权利要求7所述的避雷器监测装置，其特征在于：所述泄漏电流检测回路包括：电流互感器，第一限幅电路，IV电路，滤波电路，MCU控制电路，以及将IV电路输出的采样电压进行模数转换的第一AD转换电路。

9.如权利要求7所述的避雷器监测装置，其特征在于：所述冲击次数检测回路，共用泄漏电流检测回路的电流互感器，包括第二AD转换电路，第二限幅电路，以及冲击触发电路；所述电流互感器的输出端分别接第一限幅电路的两个输入端；同时所述电流互感器的输出端分别接冲击次数检测回路中第一耦合电容一端和第二耦合电容的一端；所述第二耦合电容的另一端接地；所述第一耦合电容的另一端和作为冲击触发电路的第三电阻的一端一起接作为第二限幅电路的第三二极管的阴极；所述第三电阻的另一端和第二耦合电容的另一端一起接地；所述第三二极管的阳极接地，第三二极管的阴极分别接MCU和第二AD转换电路的输入端，第二AD转换电路的输出端接MUC。

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