CN112309658B - 一种一体式避雷器及其在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式避雷器，包括本体，所述本体的外部固定设有玻璃环氧管，所述玻璃环氧管的内部还包括监测器壳体、4G天线、泄露电流互感器、铜棒连接柱、罗氏线圈互感器、锂电池并联超级电容组以及线路板模组；所述4G天线通过天线延长线连接于线路板模组，所述铜棒连接柱的底端贯穿连接于玻璃环氧管的底部，所述泄露电流互感器通过端子线连接于线路板模组，所述罗氏线圈互感器通过端子线连接于线路板模组，所述锂电池并联超级电容组通过端子线连接于线路板模组。通过本发明的实施，使得在线监测避雷器安装更换方便快捷、功耗较低、通讯速度快且稳定、覆盖广，并且实现了避雷器一体式远程在线监测。

Description

一种一体式避雷器及其在线监测系统

技术领域

本发明涉及避雷器技术领域，尤其涉及一种一体式避雷器及其在线监测系统。

背景技术

目前电力上使用的避雷器和避雷器在线监测器是分开安装使用的，该避雷器在线监测器跟避雷器接地线连接在一起，用螺丝安装固定在避雷器旁边的杆塔的支架上，采用太阳能板充电的方式来给电源模块单元供电，用来维持避雷器在线监测器的运行。

现有技术存在如下缺点：

1、现有的避雷器在线监测器安装施工时，安装好避雷器情况的下，再把避雷器接地线与在线监测器连接，然后用螺丝和支架把在线监测器固定好，施工操作复杂，工作力度大，浪费人力物力。

2、该避雷器在线监测器采用太阳能板充电的方式作为供电电源，如果使用环境比较恶劣的情况下，比如长期阴雨天、表面积雪、沙尘覆盖等，容易造成太阳能板无法正常充电或者充电电流较小，都会导致在线监测器不能正常运行；由于太阳能板的使用寿命以及功率受使用环境影响很大，造成在线监测器的使用寿命无法得到保障。更换太阳能板需线路停电施工，不仅浪费人力，给电力系统的正常运行带来经济损失。

3、目前的避雷器在线监测器采用的普通互感器精度低、量程小，实际运行不能精准的测出避雷器泄露电流值，用户不能通过采集的数据进行对比分析，发现不了避雷器的绝缘性衰减老化程度，不能起到提前故障预警功能。

综上所述，需要一种一体式避雷器及其在线监测系统来解决现有技术中所存在的不足之处。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种一体式避雷器及其在线监测系统，旨在解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种一体式避雷器，包括本体，所述本体的外部固定设有玻璃环氧管，所述玻璃环氧管的内部还包括监测器壳体、4G天线、泄露电流互感器、铜棒连接柱、罗氏线圈互感器、锂电池并联超级电容组以及线路板模组；

所述4G天线通过天线延长线连接于线路板模组，所述铜棒连接柱的底端贯穿连接于玻璃环氧管的底部，所述泄露电流互感器通过端子线连接于线路板模组，所述罗氏线圈互感器通过端子线连接于线路板模组，所述锂电池并联超级电容组通过端子线连接于线路板模组。

优选的，所述本体由监测器和避雷器组成，且监测器设于避雷器下部并采用环氧树脂灌封，外部硅橡胶一体成型。

优选的，所述线路板模组的外部有电磁屏蔽层。

一种一体式避雷器在线监测系统，包括：

供电模块，用于整体电路的供电；

单片机，用于数据采集与处理；

泄露电流检测模块，用于监测避雷器的总体泄漏电流；

雷击电流检测模块，用于雷击启动模块给单片机发送信号后单片机打开AD端口检测雷击电流值；

雷击启动模块，用于在雷击瞬间给单片机发送信号；

通讯模块，用于通讯传输数据；

数据存储服务器，用于存储数据；

手机APP，用于终端显示监测信息；

所述供电模块、泄露电流检测模块、雷击电流检测模块、雷击启动模块、通讯模块分别与单片机电性连接，所述单片机通过通讯模块、数据存储服务器无线连接于手机APP。

优选的，所述通讯模块采用4G-LTE的DTU模块。

优选的，所述雷击电流检测模块采用罗氏线圈检测，且适用频率范围为0.1Hz-1MHz。

本发明的有益效果：

1、本发明中，通过把在线监测器与避雷器制作成为一个整体，监测设备运行更加可靠，免维护，无论是前期的施工安装，还是后期的报废拆卸，施工操作简单快捷，提高工作效率，节省大量的施工人力成本、产品经济成本，同时也减少了废品对环境造成的污染，为环境保护做出了一定的贡献。

2、本发明中，通过采用4G-LTE的DTU模块以及对各模块之间的优化，功耗极低达到静态300uW，配合大容量锂电池组，寿命可达电池寿命的极限，测量的数据更加精准，用户通过对避雷器泄露电流值细微变化，及时发现避雷器绝缘性的衰减老化程度，保障了供电系统的安全可靠运行。

附图说明

图1为本发明的整体外部结构示意图。

图2为本发明的玻璃环氧管内部结构剖视图。

图3为本发明的玻璃环氧管内部结构剖视立体图。

图4为本发明的系统原理框图。

图5为本发明的单片机处理器电路图。

图6为本发明的高速采样单片机处理器电路图。

图7为本发明的泄漏电流检测模块的电压钳位电路图。

图8为本发明的泄漏电流检测模块的信号放大电路图。

图9为本发明的泄漏电流检测模块的跟随电路图。

图10为本发明的手机APP示意图，其中，图10还包括图10-1与图10-2。

图中：1-本体、2-玻璃环氧管、3-监测器壳体、4-4G天线、5-泄露电流互感器、6-铜棒连接柱、7-罗氏线圈互感器、8-锂电池并联超级电容组、9-线路板模组。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所示，一种一体式避雷器，包括本体1，所述本体1的外部固定设有玻璃环氧管2，玻璃环氧管2的内部还包括监测器壳体3、4G天线4、泄露电流互感器5、铜棒连接柱6、罗氏线圈互感器7、锂电池并联超级电容组8以及线路板模组9；

4G天线4通过天线延长线连接于线路板模组9，铜棒连接柱6的底端贯穿连接于玻璃环氧管2的底部，泄露电流互感器5通过端子线连接于线路板模组9，罗氏线圈互感器7通过端子线连接于线路板模组9，锂电池并联超级电容组8通过端子线连接于线路板模组9，线路板模组9的外部有电磁屏蔽层。

进一步的，本体1由监测器和避雷器组成，且监测器设于避雷器下部并采用环氧树脂灌封，外部硅橡胶一体成型。

进一步的，所述线路板模组9的外部有电磁屏蔽层。

一种一体式避雷器在线监测系统，包括：

供电模块，用于整体电路的供电；

单片机，用于数据采集与处理；

泄露电流检测模块，用于监测避雷器的总体泄漏电流；

雷击电流检测模块，用于雷击启动模块给单片机发送信号后单片机打开AD端口检测雷击电流值；

雷击启动模块，用于在雷击瞬间给单片机发送信号；

通讯模块，用于通讯传输数据；

数据存储服务器，用于存储数据；

手机APP，用于终端显示监测信息；

供电模块、泄露电流检测模块、雷击电流检测模块、雷击启动模块、通讯模块分别与单片机电性连接，单片机通过通讯模块、数据存储服务器无线连接于手机APP。

进一步的，通讯模块采用4G-LTE的DTU模块，连接速度快，数据传输快，在通讯模块连接服务器的过程中无需单片机操作，且单片机可在波特率为9600下与通讯模块进行数据交换，极大降低功耗。

进一步的，雷击电流检测模块采用罗氏线圈检测，对于高频、大电流测量有独特的优势；线性度好，标定容易；适用频率从0.1Hz到1MHz；不会出现磁饱和现象，无二次开路危险。

进一步的，雷击启动模块为比较器型，无雷击发生时功耗基本为0,发生雷击时给单片机发出脉冲信号以唤醒单片机。

进一步的，泄漏电流检测模块通过泄漏电流互感器用非接触式的方式感应与避雷器相连铜棒连接柱的泄露电流信号，通过钳位电路与定值电阻并联，以控制输出电压范围，防止电压过大对后级电路损坏，再由定值电阻将泄露电流信号转换为电压信号，经过两级放大电路进行信号放大，放大电路输出为交流正弦信号，为避免负半轴电压信号单片机采集不到，设计一个1.5V直流电源将正弦信号均值抬高至1.5V，以实现精准采样，需再配合跟随电路抬升基准电压值将负值电压信号去掉，最后送入单片机进行采样。

进一步的，服务器端采用linux服务器，node.js的编译技术，同时连接处理几千到上万个进程，大大提高了后台数据处理能力，保证一体式避雷器在线监控器的正常运行。

进一步的，手机APP具有对一体式避雷器在线监控器的唯一编码二维码的扫码功能，并支持利用手机GPS坐标对一体式避雷器在线监控器的定位，具有在一定时间段内所有故障点在同一地图显示故障点功能，每个故障点导航功能，月统计与日统计功能，数据实时更新，故障信息通过APP本身、短信或微信方式进行上报。

工作原理：雷击发生时，雷击启动模块通过外部中断唤醒单片机，单片机进入高频模式并随即对雷击检测模块的输出值进行高速采样，数据处理完成后连接服务器将数据传输到服务器并最终显示到手机APP上；通过泄漏电流传感器获取避雷器的泄漏电流并经泄漏电流信号调理模块放大、抬压后送至单片机的AD端口，单片机在休眠模式下通过32.768kHz的辅助系统时钟产生定时中断对其实时采样，并根据泄漏电流大小采用定值法判断避雷器是否老化或损坏，当避雷器总体泄漏电流超过预设阈值并持续一定时间，判断避雷器已损坏；同时通过一体式避雷器在线监测设备每天定时上报的数据观察避雷器的总泄漏电流是否出现变化来判断避雷器是否出现老化；一体式避雷器采用环氧树脂灌封，外部硅橡胶注塑一体成型，防雨耐腐蚀，可直接安装或直接替换老的避雷器，不用进行二次安装，监测器的静态功耗稳定在300uW，单片机供电电压为3V，由于平时处于休眠状态只有32.768kHz的辅助系统时钟工作，功耗极低；发生雷击时，单片机在极短时间内对雷击信息处理完毕后再次进入休眠采样状态，因此雷击检测对系统功耗影响较小，可以忽略；4G通讯模块的供电电压3.6V，无需连接服务器时，通过单片机控制使其电源完全断开，不消耗电池电量，定时上报或者故障上报时单片机才控制通讯模块上电、开机并上传数据，数据上传完成后关断4G通讯模块电源，保证整体平均功耗稳定在300uW；采用3.6V38AH大容量锂电池组并联进口超级电容，保证单片机及各模块电路供电的前提下，可以瞬间提供4.5A电流以上的电脉冲，确保通讯模块正常启动，并在-40℃至85℃的温度范围内正常工作，极大的提高了本发明的使用寿命及稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种一体式避雷器，包括本体(1)，其特征在于，所述本体(1)的外部固定设有玻璃环氧管(2)，所述玻璃环氧管(2)的内部还包括监测器壳体(3)、4G天线(4)、泄漏电流互感器(5)、铜棒连接柱(6)、罗氏线圈互感器(7)、锂电池并联超级电容组(8)以及线路板模组(9)；

所述4G天线(4)通过天线延长线连接于线路板模组(9)，所述铜棒连接柱(6)的底端贯穿连接于玻璃环氧管(2)的底部，所述泄漏电流互感器(5)通过端子线连接于线路板模组(9)，所述罗氏线圈互感器(7)通过端子线连接于线路板模组(9)，所述锂电池并联超级电容组(8)通过端子线连接于线路板模组(9)；

所述本体(1)由监测器和避雷器组成，且监测器设于避雷器下部并采用环氧树脂灌封，外部硅橡胶一体成型；

一体式避雷器的在线监测系统中手机APP具有对一体式避雷器在线监控器的唯一编码二维码的扫码功能，并支持利用手机GPS坐标对一体式避雷器在线监控器的定位，具有在一定时间段内所有故障点在同一地图显示故障点功能，每个故障点导航功能，月统计与日统计功能，数据实时更新，故障信息通过APP本身、短信或微信方式进行上报；通过一体式避雷器在线监测设备每天定时上报的数据观察避雷器的总泄漏电流是否出现变化来判断避雷器是否出现老化。

2.根据权利要求1所述一种一体式避雷器，其特征在于，所述线路板模组(9)的外部有电磁屏蔽层。

3.根据权利要求1所述一种一体式避雷器，其特征在于，所述罗氏线圈互感器(7)的适用频率范围为0.1Hz-1MHz。

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