CN202600064U - 一种避雷器用远程实时在线检测器 - Google Patents

Abstract

一种避雷器用远程实时在线检测器，包括一个信号采集单元(101)，一个信号处理单元(102)，一个中央控制单元(103)，一个外围电路单元(104)，一个显示电路单元(105)。本实用新型基于RS-485总线与GPRS技术的避雷器用远程实时在线检测器，能够提高检测数据的实时性与准确性，降低劳动强度，相关人员通过检测终端，可以随时了解避雷器的运行状况，适合远距离实时在线检测。

Description

一种避雷器用远程实时在线检测器

技术领域

本实用新型涉及一种避雷器用检测装置，特别是一种基于RS-485总线与GPRS技术的避雷器用远程实时在线检测器。

背景技术

避雷器作为电力设备的过电压保护装置，其性能的优劣对电力设备安全运行起着至关重要的作用。目前，国内外使用的氧化锌避雷器大多为无间隙工作模式，在大量长期的运行电压及各种外部因素的作用下，氧化锌避雷器的阀片会逐渐老化，或由于结构不良而受潮，导致避雷器不能正常工作，起不到对电力设备的过电压保护，因此需要定期对其性能参数进行检测。

传统的避雷器检测通常采用人工检测及全数据线型在线检测系统两种方式，前者需要人工携带专用设备，定期到现场抄取数据，因避雷器安装环境一般比较恶劣，位置又较为分散，无法达到对避雷器工作状态的实时及准确检测。后者虽然实时性及准确性有所提高，但采用全数据线型检测方式，需要铺设大量的光纤及电缆等设备，成本大，不利于远距离实时监测及测量点的拓扑增加。

实用新型内容

为了克服现有避雷器检测装置的不足，本实用新型提供一种基于RS-485总线与GPRS网络远程无线传输技术、传感技术及微电子技术相结合，能够达到测量实时、准确，低成本、可扩展的一种避雷器用远程实时在线检测器，该检测器既可通过液晶屏现场读取数据，又可通过监测终端实现远程监控。

为解决上述技术问题，本实用新型是按如下方式实现的：一种避雷器用远程实时在线检测器，包括一个信号采集单元，用于采集避雷器电流信号、避雷器电压信号及避雷器雷击计数；

一个与所述信号采集单元电连接的信号处理单元，用于对所述避雷器电流信号、避雷器电压信号进行放大、滤波及A/D转换得到有效电压信号和有效电流信号；

一个与所述信号处理单元电连接的中央控制单元，用于对所述有效电压信号和有效电流信号计算处理得到避雷器的运行状态，并通过RS-485总线及GPRS技术传输，实现数据远程通信；

一个与所述中央控制单元电连接的外围电路单元，用于完成避雷器雷击计数及泄漏电流大小的采集与处理；

一个与所述中央控制单元电连接的显示电路单元，用于显示所述泄漏电流和雷击计数。

所述信号采集单元包括一个电流采集模块，该电流采集模块包括与MOA接地端连接的电阻R1，电阻R1的另一端连接整流桥D1的第一输入端，整流桥D1的第一输出端一路连接电容C1，一路连接二极管D4的阳极，整流桥的第二输出端一路连接电容C1的另一端，一路通过相互串联的可变电阻R2、可变电阻R3及电阻R5，与可变电阻R4并联后的电路连接二极管D4的阴极，整流桥D1的第二输入端通过相互反极并联的二极管D2和D3连接到地端。

所述信号采集单元包括一个雷击计数采集模块，该雷击计数采集模块包括芯片1G02A和1G02B，芯片采用的是1G02型芯片，后面加注A、B是为了区分第一芯片和第二芯片，芯片1G02A的1A端通过电阻R6接地，2B端通过发光二极管D4连接到晶体三极管Q1的基极，3GND端连同芯片1G02B的3GND端共同接地，4Y端通过电容C2一路连接到芯片1G02B的2B端，一路分为两支，一支通过电阻R7连接到自身5VCC端，同时连接电源VCC和芯片1G02B的5VCC端，另一支连接1G02B的1A端，芯片1G02B的5VCC端同时连接计数器P1的1端，计数器P1的2端连接晶体三极管Q1的集电极，晶体三极管Q1的发射极接地。

所述信号处理单元包括一个电流信号处理模块，该模块包括电阻R45，电阻R45的一端一路连接到KIA端，一路分别连接电阻R37的一端和瞬变电压抑制二极管T2的阴极，电阻R45的另一端一路连接到地，一路连接到瞬变电压抑制二极管T2的阳极和电容C34的一端及电阻R39的一端，电阻R37的另一端连接电容C34的另一端和电容C35、C36的一端及AIIN+端，电阻R39的另一端连接电容C37、C36的一端及AIIN-端，电容C35的另一端和电容C37的另一端接地。

所述信号处理单元包括一个电压信号处理模块，该模块包括阳极接地的二极管E1，二极管E1的阴极连接UA端和电阻R58的一端，二极管E1的阳极同时连接电阻R61的一端，瞬变电压抑制二极管T1的阳极和电阻R36的一端，电阻R58的另一端连接电阻R61的一、连接瞬变电压抑制二极管T1的阴极及电容C30的一端、电容C31的一端及AIIN+端，电阻R36的另一端连接电容C31的一端、电容C32的一端及AIIN-端，电容C30的另一端及电容C32的另一端接地。

所述中央控制单元的总线传输采用RS-485总线，RS-485总线传输过程中，人为地使RS-485芯片的VA端电位高于VB端电位。

本实用新型的积极效果在于：提供了一种基于RS-485总线与GPRS技术的避雷器用远程实时在线检测器，能够提高检测数据的实时性与准确性，降低劳动强度，相关人员通过检测终端，可以随时了解避雷器的运行状况，适合远距离实时在线检测。

附图说明

图1是本实用新型的设计原理图

图2是本实用新型的电流采集模块原理图

图3是本实用新型的电压采集模块原理图

图4是本实用新型的雷击技术采集模块原理图

图5是本实用新型的基于CS5463芯片的信号处理单元电路图

图6是本实用新型的电流信号处理模块电路图

图7是本实用新型的电压信号处理模块电路图

图8是本实用新型的RS-485通信电路图

图9是本实用新型的作为中央控制单元的主机的微处理器STC12C5410AD与M22的通信连接图

图10是本实用新型的SIM电路设计图

图11是软件设计程序流程图

图中101.信号采集单元，102.信号处理单元，103.中央控制单元，104.外围电路单元，105.显示电路单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

一种避雷器用远程实时在线检测器，包括一个信号采集单元(101)，用于采集避雷器电流信号、避雷器电压信号及避雷器雷击计数；

一个与所述信号采集单元(101)电连接的信号处理单元(102)，用于对所述避雷器电流信号、避雷器电压信号进行放大、滤波及A/D转换得到有效电压信号和有效电流信号；

一个与所述信号处理单元(102)电连接的中央控制单元(103)，用于对所述有效电压信号和有效电流信号计算处理得到避雷器的运行状态，并通过RS-485总线及GPRS技术传输，实现数据远程通信；

一个与所述中央控制单元(103)电连接的外围电路单元(104)，用于完成避雷器雷击计数及泄漏电流大小的采集与处理；

一个与所述中央控制单元(103)电连接的显示电路单元(105)，用于显示所述泄漏电流和雷击计数。

所述信号采集单元(101)包括一个电流采集模块，该电流采集模块包括与MOA接地端连接的电阻R1，电阻R1的另一端连接整流桥D1的第一输入端，整流桥D1的第一输出端一路连接电容C1，一路连接二极管D4的阳极，整流桥的第二输出端一路连接电容C1的另一端，一路通过相互串联的可变电阻R2、可变电阻R3及电阻R5，与可变电阻R4并联后的电路连接二极管D4的阴极，整流桥D1的第二输入端通过相互反极并联的二极管D2和D3连接到地端。

所述信号采集单元(101)包括一个雷击计数采集模块，该雷击计数采集模块包括芯片1G02A和1G02B，芯片采用的是1G02型芯片，后面加注A、B是为了区分第一芯片和第二芯片，芯片1G02A的1A端通过电阻R6接地，2B端通过发光二极管D4连接到晶体三极管Q1的基极，3GND端连同芯片1G02B的3GND端共同接地，4Y端通过电容C2一路连接到芯片1G02B的2B端，一路分为两支，一支通过电阻R7连接到自身5VCC端，同时连接电源VCC和芯片1G02B的5VCC端，另一支连接1G02B的1A端，芯片1G02B的5VCC端同时连接计数器P1的1端，计数器P1的2端连接晶体三极管Q1的集电极，晶体三极管Q1的发射极接地。

所述信号处理单元(102)包括一个电流信号处理模块，该模块包括电阻R45，电阻R45的一端一路连接到KIA端，一路分别连接电阻R37的一端和瞬变电压抑制二极管T2的阴极，电阻R45的另一端一路连接到地，一路连接到瞬变电压抑制二极管T2的阳极和电容C34的一端及电阻R39的一端，电阻R37的另一端连接电容C34的另一端和电容C35、C36的一端及AIIN+端，电阻R39的另一端连接电容C37、C36的一端及AIIN-端，电容C35的另一端和电容C37的另一端接地。

所述信号处理单元(102)包括一个电压信号处理模块，该模块包括阳极接地的二极管E1，二极管E1的阴极连接UA端和电阻R58的一端，二极管E1的阳极同时连接电阻R61的一端，瞬变电压抑制二极管T1的阳极和电阻R36的一端，电阻R58的另一端连接电阻R61的一、连接瞬变电压抑制二极管T1的阴极及电容C30的一端、电容C31的一端及AIIN+端，电阻R36的另一端连接电容C31的一端、电容C32的一端及AIIN-端，电容C30的另一端及电容C32的另一端接地。

所述中央控制单元(103)的总线传输采用RS-485总线，RS-485总线传输过程中，人为地使RS-485芯片的VA端电位高于VB端电位。

如图1所示，首先通过信号采样单元(101)将避雷器电流信号与电压信号的相位信号采集到中央控制单元(103)。通过对避雷器电流信号与电压信号的相位信号以及避雷器雷击计数的采集，并经过中央控制单元(103)(A/D转换及浮点数的处理)，通过显示电路单元(105)将泄漏电流及雷击计数的结果显示出来，并将所得的结果利用RS-485总线传输，通过GPRS技术实现数据远程通信。中央控制单元(103)选用STC12C5410AD型微处理器，外围电路单元主要包括RS-485串口模块、JTAG调试模块及时钟模块等。

图4中芯片中1G02A的1A口为雷击感应输入端，为了确保其稳定可靠，在此口处串接了一个大写为2M的电阻R6，这样能避免感应过于敏感而产生的误动作。芯片1G02A及1G02B的5VCC端均为正5V的电压，设计采用了反馈原理，将芯片1G02B的输出端4Y反馈到芯片1G02A的输入端2B。反映时间为τ＝R1*C1，通过改变电阻R7与电容C2的大小就可以改变计数器的反映时间τ。因为电磁计数器P1动作时需要很大的电流，而芯片1G02B的4Y端输出反应电流只有几毫安，所以通过发光二极管D4后电连接一个起功率放大作用的晶体三级管Q1(NPN型)来放大电流。

信号处理单元(102)的设计选取CS5463作为电流电压处理的主芯片，并采用3块CS5463芯片，分别同时对电力系统的A、B、C三相的电流及电压进行采集。这样就保证了电压与电流的同相，从而更好地得出各相的阻性电流。在信号采集单元与信号处理单元芯片CS5463之间，需要对电流进行相应的处理，即对所得的电流信号进行电压转换、初始放大、滤波、除杂和倍率选择等，以及对采集器进行过电流保护，防止电流过大而烧坏采集器，最后将信号送到芯片CS5463中进行模数转换，并进行数值采样。电流信号处理如图6所示，因为计数器前端采集过来的全电流只有几百毫安，用高精度R45将前端采集过来的低电流转变成了一个精确的电压值，这样能更方便芯片CS5463对电流信号的采集与处理。电压信号的处理主要包括：隔离放大、低通滤波以及移相。电压信号处理如图7所示，A相的电压信号处理电路E1为一个250V放电管，是一个过电压保护二极管；而T1是一个TVS管(瞬变电压抑制二极管)，当它的两端受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收数千瓦的浪涌功率。将电压箝位于一个预定值，这样就能有效的保护线路中的精密元器件，免受浪涌脉冲的损坏；电容C30、C31、C32起到了滤波的作用。采集过来的电压信号经过上述处理电路后，送到CS5463进行模数转换，并进行采样。

如图8所示，因为检测多数都在户外，与监测室的距离非常远，所以选用了RS-485总线作为通信单元，并采用TLP521信号隔离的光耦芯片。其中，D10及D11为稳压管，防止芯片被浪涌电流烧坏；R12及R14可以调节光耦芯片的发光管由截止进入饱和时间的长短。RS-485芯片其接收检测的灵敏度为±200mV，即差分输入端VA与VB的电压差必需大于等于200mV，输出逻辑电平才为1；当VA与VB之间的电压为-200mV时，输出的逻辑电平为0；当VA、VB端的电位差的绝对值小于200时，输出为不确定状态。为了解决这一问题，设计中人为的使VA端电位高于VB端电位，这样RS-485总线的RXD电平在不发送时会保持高电平，同时主控芯片也不会收到乱码。

如图1所示，作为中央控制单元(103)的主机(前端微处理器N)不同于其它中央控制单元(103)的从机(前端微处理器1、2......N-1)，因为主机不仅要与从机进行同样的数据处理及相关的基于RS-485总线的数据传输，同时还要利用其自身的远程无线传输模块通过GSM网络与检测器的监测终端进行相关的数据远程传输。这就需要中央控制单元(103)的主机在硬件设计上除了具有从机的功能外，还要有一个能进行远程无线传输模块。在设计中选用明基M22芯片作为主机进行GPRS无线传输模块的芯片，明基M22芯片与中央控制单元(103)之间的通信连接原理如图9所示，模块本身带有SIM卡的卡座，也支持外部的SIM卡。通过加卡座，将相应的引脚线连起来即可，并通过加上电容C37进行滤波处理，确保实现相关通信。SIM卡电路设计如图10，在设计中，不仅需要选择一个对硬件电路功能容易实现的微处理器作为该系统的主控器件，还要在软件上考虑大量的计算，同时此微处理器还要具有低功耗和良好的兼容性等特点，这就对所选的微处理器有了更高的要求。综合以上的条件，前端微处理器(1.2......N)采用STC12C5410AD作为中央控制单元(103)的主控芯片。监测系统前端采集到电流信号经过I/V转换、放大滤波后送到A/D转换芯片进行采样；与此同时采集电压信号，经过计算处理得出其相位的余弦值；将AD转换的结果与相位的余弦值相乘得到避雷器的阻性电流，考虑到相间干扰，设计采用软件移相法对其进行相应的移相处理。前端采集的从机没有GPRS模块，GPRS模块为前端主机所特有，主机通过GPRS模块将从机采集的避雷器相关数据通过GSM网络传输至远端监测中心。

检测器软件设计程序流程如图11所示，程序开始运行后，首先对程序中涉及到的各个参数进行复位及参数定义，并对各个模块进行初始化，最后进入一个大循环，先将采集的各相避雷器的全电流、电压、雷击计数数据通过中央控制单元(103)计算出出各相的阻性电流，当有雷击发生时，触发中断，没有时间间隔，先进行雷击计数，并返回存入中央控制单元(103)的存储器中，在有一定时间间隔后，将所得的数据结果通过RS-485总线及GPRS传输到监测终端，程序运行结束。

Claims (7)

1.一种避雷器用远程实时在线检测器，其特征在于，

包括一个信号采集单元，用于采集避雷器电流信号、避雷器电压信号及避雷器雷击计数；

一个与所述信号采集单元电连接的信号处理单元，用于对所述避雷器电流信号、避雷器电压信号进行放大、滤波及A/D转换得到有效电压信号和有效电流信号；

一个与所述信号处理单元电连接的中央控制单元，用于对所述有效电压信号和有效电流信号计算处理得到避雷器的运行状态，并通过RS-485总线及GPRS技术传输，实现数据远程通信；

一个与所述中央控制单元电连接的外围电路单元，用于完成避雷器雷击计数及泄漏电流大小的采集与处理；

一个与所述中央控制单元电连接的显示电路单元，用于显示所述泄漏电流和雷击计数。

2.根据权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述信号采集单元包括一个电流采集模块，该电流采集模块包括与MOA接地端连接的电阻R1，电阻R1的另一端连接整流桥D1的第一输入端，整流桥D1的第一输出端一路连接电容C1，一路连接二极管D4的阳极，整流桥的第二输出端一路连接电容C1的另一端，一路通过相互串联的可变电阻R2、可变电阻R3及电阻R5，与可变电阻R4并联后的电路连接二极管D4的阴极，整流桥D1的第二输入端通过相互反极并联的二极管D2和D3连接到地端。

3.根据权利要求2所述的检测器，其特征在于，所述信号采集单元包括一个雷击计数采集模块，该雷击计数采集模块包括芯片1G02A和1G02B，芯片1G02A的1A端通过电阻R6接地，2B端通过发光二极管D4连接到晶体三极管Q1的基极，3GND端连同芯片1G02B的3GND端共同接地，4Y端通过电容C2一路连接到芯片1G02B的2B端，一路分为两支，一支通过电阻R7连接到自身5VCC端，同时连接电源VCC和芯片1G02B的5VCC端，另一支连接1G02B的1A端，芯片1G02B的5VCC端同时连接计数器P1的1端，计数器P1的2端连接晶体三极管Q1的集电极，晶体三极管Q1的发射极接地。

4.根据权利要求3所述的检测器，其特征在于，所述信号处理单元包括一个电流信号处理模块，该模块包括电阻R45，电阻R45的一端一路连接到KIA端，一路分别连接电阻R37的一端和瞬变电压抑制二极管T2的阴极，电阻R45的另一端一路连接到地，一路连接到瞬变电压抑制二极管T2的阳极和电容C34的一端及电阻R39的一端，电阻R37的另一端连接电容C34的另一端和电容C35、C36的一端及AIIN+端，电阻R39的另一端连接电容C37、C36的一端及AIIN-端，电容C35的另一端和电容C37的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的检测器，其特征在于，所述信号处理单元包括一个电压信号处理模块，该模块包括阳极接地的二极管E1，二极管E1的阴极连接UA端和电阻R58的一端，二极管E1的阳极同时连接电阻R61的一端，瞬变电压抑制二极管T1的阳极和电阻R36的一端，电阻R58的另一端连接电阻R61的一、连接瞬变电压抑制二极管T1的阴极及电容C30的一端、电容C31的一端及AIIN+端，电阻R36的另一端连接电容C31的一端、电容C32的一端及AIIN-端，电容C30的另一端及电容C32的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的检测器，其特征在于，所述中央控制单元的总线传输采用RS-485总线。

7.根据权利要求6所述的检测器，其特征在于，RS-485总线传输过程中，人为地使RS-485芯片的VA端电位高于VB端电位。

Images