CN201373895Y - 氧化锌避雷器(moa)在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种避雷器，属于电性能监测领域，特别是一种氧化锌避雷器(MOA)在线监测装置，其特征是：它包括信号处理单元(1)、电流信号采样模块(2)、电压信号采样模块(3)、雷击计数模块(4)、电源模块(5)、无线通信模块(9)、A/D校准模块(6)、液晶显示器(8)和扩展RAM(7)；电流信号采样模块(2)、电压信号采样模块(3)、雷击计数模块(4)、电源模块(5)、无线通信模块(9)、A/D校准模块(6)、液晶显示器(8)和扩展RAM(7)分别与信号处理单元(1)电连接。它使所监测的阻性泄漏电流能够判断MOA的老化和受潮情况；实现了MOA带电运行时阻性泄漏电流的准确检测，将雷电计数脉冲信息通过GPRS/GSM通信模块传输到远程监测管理中心。
Description
氧化锌避雷器（MOA)在线监测装置
技术领域
本实用新型涉及一种避雷器，属于电性能监测领域，特别是一种氧化锌避雷器(MOA)
在线监测装置。
背景技术 -
电力系统中，无间隙的氧化锌避雷器(MOA)在运行电压下会有阻性泄漏电流流过，其 电阻阀片上会产生热量，从而使电阻阀片温度升高。正常情况下，由于发热量较小，在一 个较低的温度下MOA的散热与发热能保持平衡而不影响避雷器的正常工作。但随着工作 时间的延长，温度的升高会使避雷器的电阻阀片老化；同时，由于环境条件的影响，MOA 的阀片会受潮及劣化，从而使正常工作条件下通过的阻性泄漏电流增加。 一旦系统中有过 电压产生，将会使MOA产生热崩溃，甚至使MOA爆炸，从而使MOA失去保护作用。 发明内容
本实用新型的目的是提供一种氧化锌避雷器(MOA)在线监测装置，以便使所监测的阻 性泄漏电流能够判断MOA的老化和受潮情况；实现了 MOA带电运行时阻性泄漏电流的准 确检测，将雷电计数脉冲信息通过GPRS/GSM通信模块传输到远程监测管理中心。
本实用新型的目的是这样实现的，氧化锌避雷器(MOA)在线监测装置，其特征是：它 包括信号处理单元、电流信号釆样模块、电压信号采样模块、雷击计数模块、电源模块、 无线通信模块、A/D校准模块、液晶显示器和扩展RAM;电流信号釆样模块、电压信号采 样模块、雷击计数模块、电源模块、无线通信模块、A/D校准模块、液晶显示器和扩展RAM 分别与信号处理单元电连接。
所述的电压信号采样模块由有源运算放大器IS0124和电流型电压互感器选取 SPT204A构成，中高压线路的二次侧的交流100V的电压经限流电阻Rin的限流，经微型 电流型电压互感器与前置有源运算放大器IS0124放大输入端电连接；IS0124的输出与信 号处理单元电连接。
所述的电流信号采样模块包括： 一匝穿芯式的电流互感器和两级放大器， 一匝穿芯式 的电流互感器并接有MYL1取样电阻，MYL1取样电阻由LM324构成两级放大器放大输出； 第一级运放同相输入端ADCINA5接2.5V电压；第二级运放输出端一IH—负连接二极管 D1和D2， 二极管D1和D2另一端接地。
所述A/D校准电路包括一个精密电压源TL431，精密电压源TL431的内部2.5V电压基准通过Vref端输出，与TL431的K端短接，TL431的K端上拉100Q电阻，Vref端输出 通过两个电阻分压经滤波后输出两路电压。
所述氧化锌避雷器(MOA)输出端并联连接D14、 D15双向TVS管后经经限流电阻R13 后与光电耦合器件4N35输入端电连接，光电耦合器件4N35的输出连接反相器，反相器输 出同时连接D6和D7的正负极，D6和D7的另一端正负极与地和电源电连接，反相器输出 与地之间有3.3V稳压管D17。
与现有技术相比，本实用新型具有如下技术特征-
1、 本实用新型用基次谐波法并结合双"AT"法的设计思路进行测量阻性泄漏电流的检测。
2、 本实用新型选用的零磁通穿芯小电流传感器是专门为高压电气设备绝缘在线监测而 研制的一种小电流传感器。选用起始导磁率高，损耗小的坡莫合金做铁芯，采用了独特的 深度负反馈技术和独特的屏蔽措施，能够对铁芯全自动补偿，使铁芯工作在理想的零磁通 状态。穿芯结构的设计更能保证设备的安全（孔径30mm)，长期使用结果表明，该传感器 能够准确检测0.1mA〜700mA的工频电流，相位变换误差不大于0.01°，不需要任何校正及 修改，所有设备一样，互换性极强，具有极好温度特性和电磁抗干扰能力，完全满足复杂 电站现场干扰下设备取样的精确度。如需检测电压信号，只需通过无感电阻将电压信号转 换为电流信号即可。
3、 采用无线网络的方式实现各个测试^C与中心计算机之间的互连通信。实现无线网络 通信采用的是移动通信的GPRS/GSM无线服务。中国移动GPRS/GSM网络覆盖全国，不 受物理空间的限制，不受变电站高压环境的电磁场干扰，很好的解决了测试仪与中心计算 机之间的无线通信问题。
4、 本实用新型将所有的采集数据存入中心计算机数据库，因此可以对一段时期的监测 数据进行分析，对MOA变化趋势作出判断，预测MOA的绝缘状况变化趋势。 附图说明
下面结合实施例附图对本实用新型做进一步说明。
图1表示本实用新型的系统结构框图；
图2表示本实用新型的电压信号采样电路图；
图3表示本实用新型的电流信号采样电路图；
图4表示本实用新型的A/D校准电路；
图5表示本实用新型的无线通讯模块；图6表示本实用新型的雷击计数模块。
图中：1、信号处理单元；2、电流信号采样模块；3、电压信号采样模块；4、雷击计 数模块；5、电源模块；6、 A/D校准模块；7、扩展RAM; 8、液晶显示器；9、无线通信模块。
具体实施方式
如图1所示，它包括信号处理单元l、电流信号采样模块2、电压信号采样模块3、雷 击计数模块4、电源模块5、无线通信模块9、 A/D校准模块6、液晶显示器8和扩展RAM7; 电流信号采样模块2、电压信号采样模块3、雷击计数模块4、电源模块5、无线通信模块 9、 A/D校准模块6、液晶显示器8和扩展RAM7分别与信号处理单元1电连接。
整个系统的工作流程：CPU发出采集指令，指令通过Internet网络、GPRS/GSM服务 器、GPRS/GSM无线网到现场，现场采集泄漏电流信号和电压信号，记录雷电计数脉冲信 息，并且现场显示，通过GPRS/GSM通信模块进行远距离传输，并将采集的数据存储。当 采集一个工频周期的数据后，将数据通过GPRS/GSM无线网、GPRS/GSM服务器、Internet 网络，送往CPU。
如图2所示，是本实用新型的电压信号采样模块3，电力系统中高压线路的二次侧都 已经形成了标准的AC100V电压，5A电流，但从PT二次侧接线得来的是100V的交流电 压信号，并不适合后续的比较和采集。根据监测原理，需取样MOA运行的相电压，这里 将AC100V的电压经限流电阻Rin的限流，变为0〜2mA的交流电，然后经微型电流型电 压互感器（主要起隔离滤波作用，线性度和角差满足系统精度要求），通过前置有源运算放 大器IS0124放大，IS0124的输出与与信号处理单元1电连接。调节有源运算放大器IS0124 的反馈电阻R，在输出端得到所要求的电压输出，R等于1.5K时输出电压为士3V。电路中 电阻选用精密的贴片电阻，二极管起保护作用，电容Cu起抗干扰滤波作用。电流型电压互 感器选取SPT204A0.1级，其相差小于5分，线性度为0.1%。
如图3所示，给出电流信号采样模块2电的电路图。 一匝穿芯式的电流互感器并接有 MYL1取样电阻，MYL1取样电阻经由LM324构成两级放大器放大输出。第一级运放同相 输入端ADCINA5接2.5V电压；第二级运放输出端一正一负连接二极管Dl和D2， 二极管 D1和D2另一端接地。2.5V电压作为提升电平的参考电压。其中，Dl、 D2作保护做用。 MYL1为非线性电阻，钳位输入端电压不能超过某给定值。
在数据采集领域中，中信号与大信号的采集方法及处理方法已经比较成熟，只有小信 号的采集与数据处理并无一种固定的模式，由于其信号本身微弱，常常会淹没在外界干扰及自身产生的噪声之中，因此，它的采集与分离十分困难。而MOA的泄漏电流在正常情 况下是一种毫安级甚至微安级的小电流，为了能够准确地反映被测MOA的泄漏电流，对 小电流传感器的基本要求如下：（1)能够适应测量小电流（毫安级）的要求，灵敏度高， 同时二次信号应尽可能的大；（2)在测量范围内线性度好，输出波形不畸变，输出信号与 被测信号之间的比值差、角差小，且其差值稳定，不随其他因素的变化而变化;（3)工作
稳定性好，温度系数小且稳定，结构简单，体积小，具有电磁屏蔽功能，电磁兼容性好。
如图4所示，给出A/D校准电路6。 ， A/D校准电路6包括一个精密电压源TL431，精 密电压源TL431的内部2.5V电压基准通过Vref端输出，与TL431的K端短接，TL431的
K端上拉100Q电阻，Vref端输出通过两个电阻分压经滤波后输出两路电压。
根据TI的数据手册，芯片2812的AD采样电路精度不是很高， 一般只有2%，需要对 AD采样进行软件校正，软件校正后的精度可以达到0.5%。 TL431是一个精密电压源，内 部2.5V的电压基准通过Vref端输出，与TL431的K端短接，TL431的K端电压就会精确 稳定在2.5V。 TL431的K端上拉电阻取100Q，为了保证TL431的可靠导通，流过TL431 的电流大于lmA时TL431才会可靠导通， 一般取5〜10mA。 1K的分压电阻在焊接时都 是经过严格测试的，电阻阻值的误差不超过0.5%。
校正的原理就是修正A/D釆样的线性度。用两路已知电压基准作为A/D采样的输入， 将这两路A/D采样得到的数值与基准电压对应的理论值相比较，就可以得到从采样值到理 论值的一个函数映射。这个函数映射用来修正A/D的釆样值。另外，根据TI的应用手册， A/D的线性度在0.3V〜2.7V时最好。设计A/D采样电路时，尽量将所要采样的信号变换到 A/D釆样线性度较好的范围之内。
如图5所示，是本实用新型的电源模块，与电源模块5电连接。该系统由12V太阳能 电源或蓄电池供电，通过LM1117得到5V电源，为了能使MCU正常工作，系统还需要产 生3.3V和1.8V电源，由TI公司专用给DSP供电的TPS767D318提供。运放供电所用的正 负电源可外接，或外接正电源负压由MAX775电路变换得到，图中为得到的-12V电压。
为了提高可靠性，外部纯净+5V电源输入在经过了一个铁氧体磁珠进行滤波后进入电 源芯片，将3.3V固定输出调整器的使能端接地，这样，在上电的时候就会建立起3.3V电 压，该3.3V可使三极管饱和导通，从而把可调输出调整器的使能端拉为低电平，再通过设 置合适的取样电阻网络使输出为1.8V，从而解决了两路不同电压输出以及它们的上电次序 问题。
如图6所示，给出雷击计数模块电路。氧化锌避雷器(M0A)输出端并联连接D14、 D15双向TVS管后经经限流电阻R13后与光电耦合器件4N35输入端电连接，光电耦合器件 4N35的输出连接反相器，反相器输出同时连接D6和D7的正负极，D6和D7的另一端正 负极与地和电源电连接，反相器输出与地之间有3.3V稳压管D17。
雷击高电压对氧化锌避雷器(MOA)作用经过整流限幅后，信号的传送由光电耦合器件 4N35完成，同时起到了隔离保护作用，光电耦合输出通过一反相器后到DSP的IO 口，作 为中断脉冲计数。当计数输入脉冲Vp发生高到低的负跳变时(g卩：下降沿触发)，计数器加 1。次数送至DSP在原来基础上累加，Ci-Ci+1。图中D12、 D13为15V的双向TVS管， D14、 D15为10V单向TVS管，D17为3.3V稳压管。它利用脉冲计数的原理制成，最后由 DSP负责采集和传送。
无线通讯模块9将监测的泄漏电流、雷电计数脉冲等信息通过GPRS/GSM通信模块进 行远距离传输，利用TMS320F2812上的串行通信接口 （SCI)实现与通信模块的接口。采 用R17和R19串联分压的方式将MAX232输出的TTL电平信号转换为DSP输入电平信号； R14和二极管4001将DSP输出电平信号转换为MAX232的TTL 物理空间的限制， 能够满足本发明方案中釆用无线通信的要求。
Claims (5)
1、氧化锌避雷器(MOA)在线监测装置，其特征是：它包括信号处理单元(1)、电流信号采样模块(2)、电压信号采样模块(3)、雷击计数模块(4)、电源模块(5)、无线通信模块(9)、A/D校准模块(6)、液晶显示器(8)和扩展RAM(7)；电流信号采样模块(2)、电压信号采样模块(3)、雷击计数模块(4)、电源模块(5)、无线通信模块(9)、A/D校准模块(6)、液晶显示器(8)和扩展RAM(7)分别与信号处理单元(1)电连接。
2、 根据权利要求1所述的氧化锌避雷器（MOA)在线监测装置，其特征是：所述的 电压信号采样模块(3)由有源运算放大器ISO 124和电流型电压互感器选取SPT204A构成， 中高压线路的二次侧的交流100V的电压经限流电阻Rin的限流，经微型电流型电压互感器 与前置有源运算放大器IS0124放大输入端电连接；IS0124的输出与信号处理单元(l)电连 接。
3、 根据权利要求1所述的氧化锌避雷器（MOA)在线监测装置，其特征是：所述的 电流信号采样模块(2)包括： 一匝穿芯式的电流互感器和两级放大器， 一匝穿芯式的电流互 感器并接有MYL1取样电阻，MYL1取样电阻经由LM324构成两级放大器放大输出；第一 级运放同相输入端ADCINA5接2.5V电压；第二级运放输出端一正一负连接二极管Dl和 D2， 二极管D1和D2另一端接地。
4、 根据权利要求1所述的氧化锌避雷器（MOA)在线监测装置，其特征是：所述A/D 校准电路(6)包括一个精密电压源TL431，精密电压源TL431的内部2.5V电压基准通过Vref 端输出，与TL431的K端短接，TL431的K端上拉100Q电阻，Vref端输出通过两个电阻 分压经滤波后输出两路电压。
5、 根据权利要求1所述的氧化锌避雷器（MOA)在线监测装置，其特征是：所述雷 击计数模块（4)电路、氧化锌避雷器(MOA)输出端并联连接D14、 D15双向TVS管后经 经限流电阻R13后与光电耦合器件4N35输入端电连接，光电耦合器件4N35的输出连接反 相器，反相器输出同时连接D6和D7的正负极，D6和D7的另一端正负极与地和电源电连 接，反相器输出与地之间有3.3V稳压管D17。
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