CN204789839U - 氧化锌避雷器带电测试仪 - Google Patents

Abstract

一种氧化锌避雷器带电测试仪，带电测试仪包括：用于同步采集氧化锌避雷器三相泄漏电流并转为数字信号存储的测量模块，用于通过FFT算法对三相泄漏电流的数据进行处理，计算三相泄漏电流的幅值、夹角、阻性电流以及功率数据的CPU模块，高精度基准源、电源管理模块和用于发送计算结果的网络模块；高精度基准源包括高精度电压基准源和高精度频率基准源。本实用新型不依赖于系统电压的测量，也无需设置主机和从机的分体结构，避免了现有技术中主机、从机之间因电磁干扰信号传输稳定性差的问题；本实用新型采用WIFI模块将计算结果外发到移动作用终端等，无需设置专门的显示设备，成本低，更重要的是，可以实现一对多地传输，方便人们随时随地查看计算结果。

Description

氧化锌避雷器带电测试仪

技术领域

本实用新型涉及电力设备测试装置技术领域，具体涉及一种避雷器带电测试仪。

背景技术

氧化锌避雷器在运行时会出现内部绝缘受潮及阀片老化等缺陷，影响电力安全生产，需要定期进行预防性试验，确定其工作状态是否良好。由于电力系统中氧化锌避雷器数量逐渐增多，停电检修工作量越来越大，停电检修越来越难以执行，随着带电测试的迅速发展，避雷器带电测试仪的使用越来越频繁。

目前的避雷器带电测试仪在使用中存在以下缺点：1、目前避雷器带电测试主要基于系统电压和泄漏电流两个因素。主要是测量避雷器泄漏电流和对应相的电压，计算容性分量、阻性分量，然后判断氧化锌避雷器状态。从氧化锌避雷器接地引线处测量泄漏电流，从系统电压互感器的计量端子取得电压信号。然而准确的电压信号较难取得，且从电压互感器取电压信号较为复杂，存在一定风险；

2、现有的测试仪一般包括两部分，主机和从机，测量数据需通过主机和从机之间的点对点的无线发射和接收模块传输至主机，由于高压场地存在较大的电磁干扰，信号稳定性差，且基于点对点的通信协议兼容性也较差；

3、测量数据传输至测试仪的主机经分析后，测试结果显现于仪器的液晶屏上，由于仪器笨重，位置固定，不方便随时随地查看结果，且仪器显示屏普遍为极小的黑白液晶屏显示不清晰，人机交互欠友善。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种不依赖于系统电压的测量，基于泄露电流的氧化锌避雷器带电测试仪。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下：一种氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于，所述带电测试仪包括：

用于同步采集氧化锌避雷器三相泄漏电流并转为数字信号存储的测量模块，用于通过FFT算法对三相泄漏电流的数据进行处理，计算三相泄漏电流的幅值、夹角、阻性电流以及功率数据的CPU模块，高精度基准源、电源管理模块和用于发送计算结果的网络模块；

所述高精度基准源包括高精度电压基准源和高精度频率基准源；

所述高精度电压基准源的输出端与所述测量模块相连，所述高精度频率基准源的输出端通过所述CPU模块与所述测量模块相连，为所述测量模块提供准确的电压参考和时间参考，所述测量模块的信号输出端与所述CPU模块相连，将采集的泄漏电流的数据发送到CPU模块，所述CPU模块与所述网络模块相连，通过所述网络模块将计算结果发送到移动终端，所述电源管理模块与所述高精度电压基准源、高精度频率基准源、测量模块、CPU模块和WIFI模块相连，为各模块提供稳定的电源。

本实用新型通过测量模块同步测量氧化锌避雷器组中各氧化锌避雷器的接地引线上的电流，得到A、B、C三相的泄漏电流，利用三相泄漏电流的相角差的锁定关系，通过高次FFT解算，计算出三相泄漏电流的幅值、夹角、阻性电流以及功率数据，再通过与历史数据的对比，确定避雷器的工作状态是否良好。

所述网络模块为WIFI模块。一方面，WIFI通信协议保证了在变电站复杂电磁环境下通讯的稳定性。另一方面，WIFI模块为现有移动作用终端上最常见的网络模块之一，使测试仪可以将数据同时发送到多达32个移动作业终端上，方便以人们普遍持有的移动作用终端如智能手机、平板等作为本测试仪的显示设备，使人们可随时随地方便及时的查看计算结果等。作为显示设备的接收端也不限于移动作业终端，个人电脑以及远程服务器等均可以作为数据接收端。WIFI模块保证了各设备之间的良好兼容性。

作为本实用新型测量模块的优选实施方式：所述测量模块包括：

三个信号调理模块：用于对氧化锌避雷器组中各氧化锌避雷器的接地引线上的电流信号进行放大和调理，并带有保护电路，防止输入端的异常信号损害测试仪；

信号采集模块：同步采集三相泄漏电流数据，并转换为数字信号存储；

所述信号调理模块的信号输出端与所述信号采集模块的信号输入端相连，所述信号采集模块的信号输出端与所述CPU模块相连，所述高精度电压基准源与所述信号采集模块相连，所述高精度频率基准源通过所述CPU模块与所述信号采集模块相连，所述电源管理模块与所述信号调理模块和所述信号采集模块分别相连。

作为本实用新型的优选实施方式，所述信号调理模块主要包括高精度运算放大器U6、继电器K1、保护芯片U7、二极管D3、D4、电感L1，信号输入端通过

反向并联的二极管D3、D4接地，进行电压限位，再与电感L1串联，通过电感L1进行滤波，然后与保护芯片U7相连，通过保护芯片U7进行保护接地，再通过电阻R27与高精度运算放大器U6的反向输入端相连，高精度运算放大器U6的同向输入端接地，输出端作为信号调理模块的信号输出端，利用高精度运算放大器U6对信号进行放大，所述高精度运算放大器U6的反向输入端与其输出端之间连接有两个串联的电阻R26和电阻R25，所述继电器K1的输出回路一端与所述高精度运算放大器U6的输出端相连，另一端以择一的方式连于电阻R26和电阻R25之间或与所述高精度运算放大器U6的反向输入端相连，继电器K1配合高精度运算放大器U6和电阻R26、R25进行放大档位调节。

所述信号采集模块由拥有16位精度，可进行八通道200kbps同步数据采样的同步数据采集芯片构成。

所述高精度频率基准源采用0.1PPM精度25.0MHZ温补型晶振。

本实用新型的优点在于：

1）本实用新型的氧化锌避雷器带电测试仪仅通过测量三相泄漏电流即可确定避雷器的工作状态是否良好，无需依赖系统电压的测量，使避雷器的带电测试更加便于实施，而且有效地避免了现有技术中三相线路之间互感对测量数据的影响，有利于提高测量精度；

2）本实用新型由于只需测量三相泄漏电流，所以无需设置主机和从机的分体结构，设备简单，也避免了现有技术中主机、从机之间因电磁干扰信号传输稳定性差的问题；

3）本实用新型的计算结果直接通过网络模块发送出去，而非将显示设备直接安装在测试仪上，一方面简化了测试仪的结构，另一方面也有利于人们根据需要选择显示设备的尺寸、位置等，更加灵活；

4）本实用新型采用WIFI模块将计算结果外发到移动作用终端等，无需设置专门的显示设备，成本低，更重要的是，可以实现一对多地传输，方便人们随时随地查看计算结果，而无需依靠传统的纸质数据表单来实现共享，而且数据存储方便，也更加环保。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图；

图2是本实用新型的使用状态参考图；

图3是本实用新型信号调理模块的电路原理图；

图4是本实用新型信号采集模块的电路原理图；

图5是本实用新型CPU模块的电路原理图；

图6是本实用新型电源管理模块的电路原理图。

具体实施方式

本实施例的氧化锌避雷器带电测试仪包括：用于同步测量氧化锌避雷器三相泄漏电流并转为数字信号存储的测量模块，用于通过FFT算法对三相泄漏电流的数据进行处理，计算三相泄漏电流的幅值、夹角、阻性电流以及功率数据的CPU模块，高精度基准源、电源管理模块和用于发送计算结果的网络模块，该实施例中网络模块采用WIFI模块。

如图1所示，测量模块包括：

三个信号调理模块：用于对氧化锌避雷器组中各氧化锌避雷器的接地引线上的电流信号进行放大和调理，并带有保护电路，防止输入端的异常信号损害测试仪；

信号采集模块：同步采集三相泄漏电流数据，并转换为数字信号存储；

三个信号调理模块的信号输出端分别与信号采集模块的三个信号输入端相连，信号采集模块的信号输出端与CPU模块相连。

高精度基准源，高精度基准源包括高精度电压基准源和高精度频率基准源。

电源管理模块：电源管理模块为高频电力电子变换电路，为测试仪各模块提供稳定的电源。

高精度电压基准源的输出端与信号采集模块相连，高精度频率基准源的输出端通过CPU模块与信号采集模块相连，为信号采集模块的AD转换提供准确的电压参考和时间参考；电源管理模块为测试仪所有其他模块供电，电源管理模块为信号调理模块提供±12V模拟电源，为信号采集模块和高精度基准源提供+5V模拟电源，为CPU模块和WIFI模块提供3.3V数字电源。

如图2所示，1为氧化锌避雷器，2为避雷器底座，3为在线监测仪，4为氧化锌避雷器带电测试仪，5为移动作业终端。将氧化锌避雷器带电测试仪4与避雷器1的在线监测仪3并联，同步测量氧化锌避雷器1接地引线上A、B、C三相的泄漏电流，并转为数字信号存储，然后采用FFT算法对数据进行处理，计算测量的A、B、C三相泄漏电流的幅值、夹角、阻性电流以及功率数据（采用FFT算法对三相泄漏电流的数据进行处理，计算三相泄漏电流的幅值、夹角、阻性电流以及功率数据，通过现有技术中的软件即可实现），计算结果通过内置的WIFI模块发送至移动作业终端5进行显示、储存、查询和比较等。在以后的运行维护过程中，按照规程要求在每年雷雨季节之前进行一次上述带电测试，得到相关电流的幅值、夹角、阻性电流以及功率数据，按照规程要求：1）测量值与初始值比较不应有明显变化；2）测量值与初始值比较，当阻性电流增加50%时应该分析原因，加强监测、适当缩短检测周期；当阻性电流增加1倍时应停电检查。

如图3所示，信号调理模块主要包括高精度运算放大器OPA277、继电器K1等。信号经同轴SMA头(P5)输入，首先通过二极管IN4148(D3/D4)进行电压限位，进入电感L1进行滤波，然后由保护芯片SRV05-4(U7)进行保护接地，最后信号进入运算放大器OPA277(U6)进行放大，继电器SIP-1A05(K1)配合运算放大器和电阻进行放大档位调节，调理完成的信号V1通过同轴IPX头(P6)连接到信号采集模块，10uF钽电容(E17/E18)及104贴片电容(C35/C24)为运算放大器OPA277电源滤波电容。

本实用新型采用OPA277芯片进行电流放大，OPA277拥有超低的失调电压10µV，非常小的温度系数±0.1 µV/°C，超高的增益134dB，极小的基极电流1nA max，进行电流放大的精度极高，同时受现场温度变化的影响小。在放大前级设置了两级保护，在输入端信号异常时有效的保护测试仪。

如图4所示，信号采集模块主要由同步数据采集芯片AD7606构成。AD7606是拥有16位精度，可进行八通道200kbps同步采样的AD芯片，该芯片在高速采样的同时能保证高的采样精度，并且保证三相电流采样的同步性，防止在采样环节引入相位误差，为后续数据分析处理打好基础。

本实施例的高精度频率基准源采用0.1PPM精度25.0MHZ温补型晶振，能在变电站等感应电压高、交变磁场强的复杂电磁环境下可靠输出频率信号，为系统稳定工作提供有效保证，同时温度变化对其频率精度影响极小，在高温低温环境下均能提供准确的时间基准。

如图5所示，CPU模块主要包括STM32F407芯片（U1）以及各类连接口等。STM32F407芯片下载有嵌入式程序，控制信号采集模块中的AD7606芯片，并完成数据处理，处理好的数据存储在芯片AT24C512(U3)中，同时将相关数据通过接口USR-WIFI232(U2)传输给WIFI模块，通过WIFI模块最终将数据上传至移动终端。25MHz高精度频率基准源(Y1)为STM32F407芯片提供稳定的时钟，并将这种高精度时钟信号传递给信号采集模块，保证整个系统的频率精度基于同一个频率基准源。通过JTAG接口(J1)将程序下载至STM32F407芯片。

本实用新型芯片STM32F405RG6采用ARM 32-bit Cortex™-M4浮点型内核，并内建DSP（数字信号处理模块），主频168MHz，拥有1Mbyte Flash 存储空间以及196 Kbytes的SRAM，能快速高效的对三相泄漏电流数据进行4096点双精度浮点型 FFT计算和存储，并通过WIFI模块将数据传出到数据终端。

如图6所示，电源管理模块主要包括开关电源芯片LT1935、LT1931，线性稳压芯片1117，以及各类滤波电感、电容。输入的5V电源+5Vin由LT1935(U12)芯片升压至AVCC+15V节点，并通过滤波电感L4输出至AVCC+12V节点，并最终接入到信号调理模块；输入的5V电源+5Vin由LT1931(U13)芯片升压至AVCC-15V节点，并通过滤波电感L6输出至AVCC-12V节点，并最终接入到信号调理模块；输入的5V电源+5Vin由LT1935(U14)芯片升压至AVCC+12V0节点，并通过滤波电感L9输出至AVCC5.0节点，并最终接入到信号采集模块。采用LT1931、LT1935芯片，上述芯片为1.2MHz高开关频率的DC/DC电源转换芯片，其输出能力、抗干扰能力强，电压幅值稳定、谐波小，效率高，通过该类芯片输出多路精确稳定的正负极电源，保证系统可靠运行。

Claims (1)

1.一种氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于，所述带电测试仪包括：

用于同步采集氧化锌避雷器三相泄漏电流并转为数字信号存储的测量模块，用于通过FFT算法对三相泄漏电流的数据进行处理，计算三相泄漏电流的幅值、夹角、阻性电流以及功率数据的CPU模块，高精度基准源、电源管理模块和用于发送计算结果的网络模块；

所述高精度基准源包括高精度电压基准源和高精度频率基准源；

所述高精度电压基准源的输出端与所述测量模块相连，所述高精度频率基准源的输出端通过所述CPU模块与所述测量模块相连，为所述测量模块提供准确的电压参考和时间参考，所述测量模块的信号输出端与所述CPU模块相连，将采集的泄漏电流的数据发送到CPU模块，所述CPU模块与所述网络模块相连，通过所述网络模块将计算结果发送到移动终端，所述电源管理模块与所述高精度电压基准源、高精度频率基准源、测量模块、CPU模块和WIFI模块相连，为各模块提供稳定的电源。

2.根据权利要求1所述的氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于，所述网络模块为WIFI模块。

3.根据权利要求2所述的氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于，所述测量模块包括：

三个信号调理模块：用于对氧化锌避雷器组中各氧化锌避雷器的接地引线上的电流信号进行放大和调理，并带有保护电路，防止输入端的异常信号损害测试仪；

信号采集模块：同步采集三相泄漏电流数据，并转换为数字信号存储；

所述信号调理模块的信号输出端与所述信号采集模块的信号输入端相连，所述信号采集模块的信号输出端与所述CPU模块相连，所述高精度电压基准源与所述信号采集模块相连，所述高精度频率基准源通过所述CPU模块与所述信号采集模块相连，所述电源管理模块与所述信号调理模块和所述信号采集模块分别相连。

4.根据权利要求3所述的氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于，所述信号调理模块主要包括高精度运算放大器U6、继电器K1、保护芯片U7、二极管D3、D4、电感L1，信号输入端通过

反向并联的二极管D3、D4接地，进行电压限位，再与电感L1串联，通过电感L1进行滤波，然后与保护芯片U7相连，通过保护芯片U7进行保护接地，再通过电阻R27与高精度运算放大器U6的反向输入端相连，高精度运算放大器U6的同向输入端接地，输出端作为信号调理模块的信号输出端，利用高精度运算放大器U6对信号进行放大，所述高精度运算放大器U6的反向输入端与其输出端之间连接有两个串联的电阻R26和电阻R25，所述继电器K1的输出回路一端与所述高精度运算放大器U6的输出端相连，另一端以择一的方式连于电阻R26和电阻R25之间或与所述高精度运算放大器U6的反向输入端相连，继电器K1配合高精度运算放大器U6和电阻R26、R25进行放大档位调节。

5.根据权利要求3或4所述的氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于，所述信号采集模块由拥有16位精度，可进行八通道200kbps同步数据采样的同步数据采集芯片构成。

6.根据权利要求3或4所述的氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于，所述高精度频率基准源采用0.1PPM精度25.0MHZ温补型晶振。