CN206114790U - 一种氧化锌避雷器在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氧化锌避雷器在线监测装置，包括第一至第三电流互感器、第一至第三电压互感器、第一至第六整流滤波放大电路、第一至第二AD变换电路、STM32单片机、通信接口模块、避雷器智能电子设备、上位机、锁相环电路、温湿度传感器、时钟模块、报警器、LED指示器和存储器。本实用新型可在线监测三相氧化锌避雷器的全电流、阻性电流、参考电压，节省人力，可实现对全电流和参考电压的同步采集及数据的无线传输、即时反馈，随时反应氧化锌避雷器的健康状况。

Description

一种氧化锌避雷器在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统中避雷器保护技术领域，特别是一种氧化锌避雷器在线监测装置。

背景技术

氧化锌避雷器是电力行业电力生产中的重要一次设备，是供电线路和供电设备的重要保护设施，它在变电站(升降压站)及线路中的主要作用是保护其它设备免遭雷电过电压和系统浪涌过电压的伤害。从上世纪八十年代开始，金属氧化物避雷器(MOA)逐步取代了SiC避雷器，由于金属氧化物避雷器良好的伏安特性，使得电力生产中的主要设备的保护水平有了质的飞跃。随着MOA的普及，它本身的运行状态越来越得到行业的重视。如果电力系统中氧化锌避雷器老化、受潮或失效，可能会造成电力设备损坏，甚至引起大型故障。而对氧化锌避雷器主要的测试项目是阻性电流，传统的测试方法为定期检修，因有检修时间间隔，避雷器发生问题时无法即时反馈并及时检修。现有避雷器测试仪或是无法做到随时测试或是测试误差大，即使有一些仪器能做到带电测量也多是检修时才进行测量，往往不能及时反映出避雷器泄漏电流的变化情况。现有主流避雷器测试仪全电流测量范围多为100μA～10mA，无法满足不同国家生产的不同电压等级的氧化锌避雷器的带电试验要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种氧化锌避雷器在线监测装置，它能够远程实时在线观测避雷器的泄漏电流情况、在发生漏电故障可进行声光报警。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种氧化锌避雷器在线监测装置，包括第一至第三电流互感器、第一至第三电压互感器、第一至第六整流滤波放大电路、第一至第二AD变换电路、STM32单片机、通信接口模块、避雷器智能电子设备和上位机；

所述第一至第三电流互感器分别通过避雷器计数器回路上的连接导线获取相应的避雷器泄露电流；第一至第三电压互感器分别获取对应的避雷器间隔对应母线二次电压；第一至第三电流互感器的输出端分别经对应的第一至第三整流滤波放大电路接第一AD变换电路的相应输入端；第一至第三电压互感器的输出端分别经对应的第四至第六整流滤波放大电路接第二AD变换电路的相应输入端；第一至第二AD变换电路的输出端分别接STM32单片机的相应输入端；所述STM32单片机的输出端经通信接口模块接避雷器智能电子设备的相应输入端；避雷器智能电子设备与上位机通过网线相连接。

上述监测装置，还包括温湿度传感器RH；所述温湿度传感器RH设置在避雷器压敏电阻阀片处；所述温湿度传感器RH的输出端接STM32单片机U1的相应输入端。

上述监测装置，还包括时钟模块RTC；所述时钟模块RTC的输出端接STM32单片机U1的相应端口。

上述监测装置，还包括报警器HA；所述报警器HA接STM32单片机U1的相应输出端。

上述监测装置，还包括LED指示器LED；所述LED指示器LED接STM32单片机U1的相应输出端。

上述监测装置，还包括存储器E2；所述存储器E2与STM32单片机U1的相应端口双向连接。

所述通信接口模块为RS232接口或RS485接口。本实用新型可通过RS485或GPRS方式实时获取监测数据，自动存入数据库。

本实用新型可实现在线监测三相氧化锌避雷器的全电流、阻性电流、参考电压，节省人力；具有自诊断功能，可以对三相氧化锌避雷器供电电源、温湿度等实现监测；可实现声光报警；本实用新型采样周期小于5分钟/次，本地能够存储1个月数据，并能通过外部接口导出；可实现对全电流和参考电压的同步采集及数据的无线传输、即时反馈，随时反应氧化锌避雷器的健康状况。

附图说明

图1为本实用新型原理框图；

图2为锁相环电路原理框图。

图中各标号表示为，CT1、第一电流互感器，CT2、第二电流互感器，CT3、第三电流互感器，PT1、第一电压互感器，PT2、第二电压互感器，PT3、第三电压互感器，A1、第一整流滤波放大电路，A2、第二整流滤波放大电路，A3、第三整流滤波放大电路，A4、第四整流滤波放大电路，A5、第五整流滤波放大电路，A6、第六整流滤波放大电路，AD1、第一AD变换电路，AD2、第二AD变换电路，U1、STM32单片机，IED、避雷器智能电子设备，U2、上位机，IA、避雷器泄露A相电流，IB、避雷器泄露B相电流，IC、避雷器泄露C相电流，UA、A相母线二次电压，UB、B相母线二次电压，UC、C相母线二次电压，SXH、锁相环电路，CPLD、可编程逻辑器件，RH、温湿度传感器，RTC时钟模块，HA、报警器，LED、LED指示器，E2、存储器，Uk、控制电压，Uw、误差电压，Uin、输入信号，Uout、输出信号。

具体实施方式

由图1-2所示实施例可知，本实用新型包括第一电流互感器CT1至第三电流互感器CT3、第一电压互感器PT1至第三电压互感器PT3、第一整流滤波放大电路A1至第六整流滤波放大电路A6、第一AD变换电路AD1、第二AD变换电路AD2、STM32单片机U1、通信接口模块、避雷器智能电子设备IED和上位机U2；

所述第一电流互感器CT1至第三电流互感器CT3分别通过避雷器计数器回路上的连接导线获取相应的避雷器泄露电流IA～IC；第一电压互感器PT1至第三电压互感器PT3分别获取对应的避雷器间隔对应母线二次电压UA～UC；第一电流互感器CT1至第三电流互感器CT3的输出端分别经对应的第一整流滤波放大电路A1至第三整流滤波放大电路A3接第一AD变换电路AD1的相应输入端；第一电压互感器PT1至第三电压互感器PT3的输出端分别经对应的第四整流滤波放大电路A4至第六整流滤波放大电路A6接第二AD变换电路AD2的相应输入端；第一AD变换电路AD1和第二AD变换电路AD2的输出端分别接STM32单片机U1的相应输入端；所述STM32单片机U1的输出端经通信接口模块接避雷器智能电子设备IED的相应输入端；避雷器智能电子设备IED与上位机U2通过网线相连接。

所述第一整流滤波放大电路A1至第六整流滤波放大电路A6的结构相同；其中所述第一整流滤波放大电路A1是由型号为LM324的运算放大器及其外围电路构成的整流滤波放大电路。

其还包括锁相环电路SXH；所述锁相环电路SXH包括相位比较器、低通滤波器、压控振荡器和可编程逻辑器件CPLD；所述相位比较器的输出端经低通滤波器输入压控振荡器的相应输入端；第四整流滤波放大电路A4至第六整流滤波放大电路A6的输出端及压控振荡器的输出端分别接相位比较器的相应输入端；压控振荡器的输出端经可编程逻辑器件CPLD接第一AD变换电路AD1和第二AD变换电路AD2的相应控制输入端。

本实用新型采用锁相环电路，锁相的目的就是相位同步的自动控制，能够完成避雷器泄露电流、参考电压两种电信号相位同步的自动控制闭环系统。锁相环电路的工作原理是：压控振荡器的输出信号Uout连接到相位比较器的输入端，其输出频率的高低由低通滤波器上设置的平均电压大小来决定。施加相位比较器另一个输入端的外部输入信号Uin(Uin是第一电压互感器PT1至第三电压互感器PT3分别获取对应的避雷器间隔对应母线二次电压UA～UC分别经第四整流滤波放大电路A4至第六整流滤波放大电路A6放大后的电压信号)与来自压控振荡器的输出信号进行比较，比较结果产生的误差输出Uw正比于两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压Uk。这个平均值电压朝着减小输出频率和输入频率之差的方向变化，直至输出频率和输入频率信号获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定，同步成功，称作相位锁定。第一AD变换电路AD1和第二AD变换电路AD2采集的控制信号由锁相环倍频输出决定，锁相环跟踪电网频率，利用CPLD将电网信号倍频，可准确控制每个周波信号固定采集1024个点，假设信号频率是50Hz，即采集频率为51.2kHz。

避雷器泄露电流IA～IC是一个间隔的A/B/C三相避雷器泄露电流经过型号为TA5212的电流互感器并调理后的3路输出电流信号，母线二次电压UA～UC是避雷器间隔对应母线二次电压经过型号为TV3154的电压互感器并调理后的3路输出电压信号，六路信号分别进入对应由LM324组成的整流滤波运放电路，滤除掉高次谐波干扰，然后接入STM32单片机U1芯片内电流、电压数据采集通道。

STM32单片机U1读取经A/D转换数据，并进行数据处理，计算避雷器全电流、阻性电流、谐波电流数据，并上报结果数据。

STM32单片机U1的型号为STM32F107VCT6，它是工业控制领域的一款高端产品，是技术先进、功能强大的ARM芯片，具有多个32位高性能CPU定时器，时钟频率支持动态改变，片上资源扩展性强，处理速度高达72MHz。

本实用新型的电流传感器为穿心式电流传感器，其交流输入阻抗很小，仅为导线的电阻，泄露电流可以被全部引入，电流测量准确度为±(5％+5μA)。安装时在穿心式电流传感器外部订做不锈钢外箱，防水防晒，易于安装在不同变电站现场；本实用新型的电路部分的外部使用不锈钢箱体，防水防晒，易于安装在不同变电站现场。

本实用新型的电流采样使用高精度穿心电流传感器，测量时安装本实用新型不需要改变原有电力设备的接线模式，不会对一次系统造成任何干扰和影响；本实用新型采用RS485通讯方式下两端进行隔离收发，增加磁环，确保通讯抗干扰性强；IED负责将在线监测数据，按照标准格式要求传输到上位机。

本实用新型能够实时监测三相氧化锌避雷器的全电流、阻性电流、参考电压，具有RS485、GPRS、IEC61850三种通讯方式，具有自诊断功能，可以对系统供电电源、温湿度、芯片状态、上电状态、通讯状态进行监控上传，可实现灵活的报警方式，报警值可任意设置，可继电器节点输出报警、通讯报警，本实用新型采样周期小于5分钟/次，本地能够存储1个月数据，并能通过外部接口导出。

本实用新型为在线监测装置，随时反馈避雷器的泄漏电流情况。用于测量和监控氧化锌避雷器泄漏电流的数字和变化，电流量程范围大，在AC 0.01-50mA。参考电压测量范围AC：20～250V。为了在高、低温环境下能够全天候实时测量并稳定运行，可在检测装置的机柜里增加温控加热、散热模块，并大量模拟现场进行试验。为了能通过电磁抗干扰试验，从元器件选择、PCB板绘制、器件布局、程序抗干扰多方面增强电磁抗干扰能力。本实用新型可实现自诊断功能，可对供电电源、温湿度、芯片状态、上电状态、通讯状态实现监控。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的核心技术之内所做的等同替换和改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于：包括第一电流互感器(CT1)至第三电流互感器(CT3)、第一电压互感器(PT1)至第三电压互感器(PT3)、第一整流滤波放大电路(A1)至第六整流滤波放大电路(A6)、第一AD变换电路(AD1)至第二AD变换电路(AD2)、STM32单片机(U1)、通信接口模块、避雷器智能电子设备(IED)和上位机(U2)；

所述第一电流互感器(CT1)至第三电流互感器(CT3)分别通过避雷器计数器回路上的连接导线获取相应的避雷器泄露电流(IA～IC)；第一电压互感器(PT1)至第三电压互感器(PT3)分别获取对应的避雷器间隔对应母线二次电压(UA～UC)；第一电流互感器(CT1)至第三电流互感器(CT3)的输出端分别经对应的第一整流滤波放大电路(A1)至第三整流滤波放大电路(A3)接第一AD变换电路(AD1)的相应输入端；第一电压互感器(PT1)至第三电压互感器(PT3)的输出端分别经对应的第四整流滤波放大电路(A4)至第六整流滤波放大电路(A6)接第二AD变换电路(AD2)的相应输入端；第一AD变换电路(AD1)至第二AD变换电路(AD2)的输出端分别接STM32单片机(U1)的相应输入端；所述STM32单片机(U1)的输出端经通信接口模块接避雷器智能电子设备(IED)的相应输入端；避雷器智能电子设备(IED)与上位机(U2)通过网线相连接。

2.根据权利要求1所述的一种氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于：所述第一整流滤波放大电路(A1)至第六整流滤波放大电路(A6)的结构相同；其中所述第一整流滤波放大电路(A1)是由型号为LM324的运算放大器及其外围电路构成的整流滤波放大电路。

3.根据权利要求2所述的一种氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于：还包括锁相环电路(SXH)；所述锁相环电路(SXH)包括相位比较器、低通滤波器、压控振荡器和可编程逻辑器件(CPLD)；所述相位比较器的输出端经低通滤波器输入压控振荡器的相应输入端；第四整流滤波放大电路(A4)至第六整流滤波放大电路(A6)的输出端及压控振荡器的输出端分别接相位比较器的相应输入端；压控振荡器的输出端经可编程逻辑器件(CPLD)接第一AD变换电路(AD1)至第二AD变换电路(AD2)的相应控制输入端。

4.根据权利要求3所述的一种氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于：还包括温湿度传感器(RH)；所述温湿度传感器(RH)设置在避雷器压敏电阻阀片处；所述温湿度传感器(RH)的输出端接STM32单片机(U1)的相应输入端。

5.根据权利要求4所述的一种氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于：还包括时钟模块(RTC)；所述时钟模块(RTC)的输出端接STM32单片机(U1)的相应端口。

6.根据权利要求5所述的一种氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于：还包括报警器(HA)；所述报警器(HA)接STM32单片机(U1)的相应输出端。

7.根据权利要求6所述的一种氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于：还包括LED指示器(LED)；所述LED指示器(LED)接STM32单片机(U1)的相应输出端。

8.根据权利要求7所述的一种氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于：还包括存储器(E2)；所述存储器(E2)与STM32单片机(U1)的相应端口双向连接。

9.根据权利要求8所述的一种氧化锌避雷器在线监测装置，其特征在于：所述通信接口模块为RS232接口或RS485接口。