CN209980244U - 一种智能型避雷器动作信息记录装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种智能型避雷器动作信息记录装置，包括电流传感器、信号放大积分模块、信号触发记录模块、处理器、时钟模块、太阳能供电电路、蓝牙模块；装置采用电信号驱动双稳态继电器动作的方式记录避雷器动作信息，双稳态继电器置位时，处理器被唤醒，退出休眠待机状态，避雷器动作信息记录和存储被存储，同时，对双稳态继电器进行复位，等待下一次避雷器动作触发，处理器重新转入待机休眠状态，整个记录过程，每次处理器唤醒工作时间约一秒钟。

Description

一种智能型避雷器动作信息记录装置

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种智能型避雷器动作信息记录装置。

背景技术

避雷器在电力系统中的应用非常广泛，避雷器是电力系统中最常见的过电压保护装置，通过自身动作泄放过电压能量，保护电力设施不受过电压影响。

避雷器动作计数器是避雷器的关键附属设施，它的作用是记录避雷器的动作次数，是记录避雷器是否“到岗履职”的一份档案。当前进行电力系统过电压事故事件调查时，必须要弄清避雷器的动作情况，由于目前广泛应用的避雷器动作计数器无法记录避雷器动作时间，事故事件发生时避雷器是否动作也就成了“无头案”。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种智能型避雷器动作信息记录装置，具体技术方案如下：

一种智能型避雷器动作信息记录装置，包括电流传感器、信号放大积分模块、信号触发记录模块、处理器、时钟模块、太阳能供电电路、蓝牙模块；所述信号触发记录模块包括双稳态继电器；

所述电流传感器用于避雷器接地引线流过的电流信号；所述信号放大积分模块用于将电流传感器采集的电流信号等比例转换为电压信号；所述信号触发记录模块用于根据转换后的电压信号驱动双稳态继电器置位；所述处理器用于记录、存储避雷器的动作时刻并在避雷器动作后将双稳态继电器复位；所述时钟模块用于为处理器提供时钟源；所述太阳能供电电路用于为装置提供电源；所述蓝牙模块用于向移动终端传输避雷器的动作信息记录；

所述电流传感器套接在避雷器接地引线上，所述电流传感器、信号放大积分模块、信号触发记录模块、处理器依次连接；所述时钟模块、太阳能供电电路分别与处理器连接；所述蓝牙模块与处理器连接。

优选地，所述电流传感器采用罗氏线圈传感器。

优选地，所述太阳能供电电路包括太阳能电池板、超级电容储能模块、锂电池储能模块、电源管理模块、蓝牙监测模块；所述太阳能电池板与超级电容储能模块连接，所述超级电容储能模块、锂电池储能模块分别与电源管理模块连接；所述超级电容储能模块与锂电池储能模块连接；所述蓝牙监测模块分别与超级电容储能模块、锂电池储能模块、电源管理模块连接；所述超级电容储能模块包括超级电容；所述锂电池储能模块包括锂电池；

所述太阳能电池板用于将太阳能转化为电能，并将转化后的电能输入超级电容储能模块；所述超级电容储能模块用于储存电能并通过电源管理模块向小负载设备提供电源或向锂电池储能模块充电；所述锂电池储能模块用于在超级电容储能模块上的电能大于小负载设备的功耗时进行充电，在超级电容储能模块供给小负载设备的电能不足时通过电源管理模块对小负载设备放电；所述电源管理模块用于控制超级电容储能模块和锂电池储能模块的切换，并输出稳定的电压源；所述蓝牙监测模块用于监测超级电容储能模块、锂电池储能模块的状态，并控制电源管理模块的输出。

优选地，所述太阳能电池板通过防逆流二极管与超级电容储能模块串联连接。

优选地，所述超级电容储能模块还包括过压保护二极管；所述超级电容与过压保护二极管并联连接；所述过压保护二极管用于保护超级电容过电压被击穿，电压保护值为超级电容的额定电压。

优选地，所述超级电容的最大充电功率Pcmax与小负载设备的最大功率Pomax存在以下关系：

Pcmax>10*Pomax。

优选地，还包括开关管；所述开关管与电源管理模块连接，用于控制电源的通断。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的电流传感器采用柔性罗氏线圈，频率响应范围宽，电流测量线性度好，安装简单方便，安装过程只需将罗氏线圈环套在接地引下线上，无需停电安装以及避雷器接地引下线的接线，不降低避雷器的安全运行。

本实用新型采用超低功耗设计，无需外接电源，特别地，一块3000mA的锂电即可正常3年以上，配合嵌在机盒上的太阳能电池板与超级电容即可达到长期工作要求。

本实用新型用一体化、超低功耗设计，未有击穿电流流经接地引下线时，本实用新型提供的装置处于待机休眠状态，工作电流小于300微安，功耗小于3.3*0.3=0.99毫瓦。

本实用新型可准确记录避雷器动作时间和累计动作次数，设置具有温度补偿的高精度时钟模块，年累计误差时间小于2.6分钟。

装置采用电信号驱动双稳态继电器动作的方式记录避雷器动作信息，双稳态继电器置位时，处理器被唤醒，退出休眠待机状态，避雷器动作信息记录和存储被存储，同时，对双稳态继电器进行复位，等待下一次避雷器动作触发，处理器重新转入待机休眠状态，整个记录过程，每次处理器唤醒工作时间约一秒钟。

装置采用低功耗的蓝牙模块，可通过手机蓝牙进行连接和下载避雷器的动作信息,通讯距离不小于60米，可方便地读取安装于杆塔上等高处的避雷器动作信息。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图；

图2为信号放大积分模块的原理电路图；

图3为信号触发记录模块的原理电路图；

图4为太阳能供电电路的原理示意图；

图5为太阳能电池板与超级电容储能模块连接的电路图；

图6为电源管理模块的电路原理图；

图7为蓝牙监测模块的电路原理图；

图8为本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

一种智能型避雷器动作信息记录装置，包括电流传感器、信号放大积分模块、信号触发记录模块、处理器、时钟模块、太阳能供电电路、蓝牙模块；装置信号触发记录模块包括双稳态继电器。装置电流传感器用于避雷器接地引线流过的电流信号；装置信号放大积分模块用于将电流传感器采集的电流信号等比例转换为的电压信号；装置信号触发记录模块用于根据转换后的电压信号驱动双稳态继电器置位；装置处理器用于记录、存储避雷器的动作时刻并在避雷器动作后将双稳态继电器复位；装置时钟模块用于为处理器提供时钟源；装置太阳能供电电路用于为装置提供电源；装置蓝牙模块用于向移动终端传输避雷器的动作信息记录。装置电流传感器套接在避雷器接地引线上，装置电流传感器、信号放大积分模块、信号触发记录模块、处理器依次连接；装置时钟模块、太阳能供电电路分别与处理器连接；装置蓝牙模块与处理器、移动终端连接。

其中，电流传感器采用罗氏线圈传感器，罗氏线圈为2000匝的空心线圈，频率响应范围0.1Hz~3MHz,可同时响应50Hz工频电流和雷电波脉冲电流。

信号放大积分模块将罗氏线圈电流传感器输出的微弱信号，经过第一级运算放大器放大，第二级运算放大器积分后，将电流信号转换为0~3V的电压信号，原理图如图2所示，其中第二级运算放大器采用LP358。

信号触发记录模块包括双稳态继电器，输入罗氏线圈传感器的电流信号经过信号放大积分模块处理后转换成电压信号，根据电压信号的大小驱动双稳态继电器动作记录避雷器的动作。流经接地引下线的电流大于50A，持续时间大于1毫秒即可进行触发记录避雷器的动作信息。原理图如图3所示，其中双稳态继电器的型号为DS2E_SL2_DC3V。

处理器采用嵌入式单片机，型号为STM32L151，用于记录、存储避雷器的动作时刻，避雷器动作后将双稳态继电器复位，与低功耗蓝牙模块通信，嵌入式单片机内具有4kB的EEPROM存储器，采用压栈方式进行存储，可存储最新的200条的避雷器动作记录。

时钟模块采用SD2501模块，年累计误差时间小于2.6分钟。蓝牙模块采用低功耗BLE4.2蓝牙模块，型号为汇承HC-42蓝牙模块。

如图4-图7所示，太阳能供电电路包括太阳能电池板、超级电容储能模块、锂电池储能模块、电源管理模块及蓝牙监测模块；太阳能电池板通过防逆流二极管与超级电容储能模块串联连接，超级电容储能模块、锂电池储能模块分别与电源管理模块连接；超级电容储能模块与锂电池储能模块连接；锂电池储能模块包括锂电池；蓝牙监测模块分别与超级电容储能模块、锂电池储能模块、电源管理模块连接；超级电容储能模块包括超级电容、过压保护二极管；超级电容与过压保护二极管并联连接；过压保护二极管用于保护超级电容过电压被击穿，电压保护值为超级电容的额定电压。

太阳能电池板用于将太阳能转化为电能，并将转化后的电能输入超级电容储能模块；超级电容储能模块用于储存电能并通过电源管理模块向避雷器动作信息记录装置提供电源或向锂电池储能模块充电；锂电池储能模块用于在超级电容储能模块上的电能大于装置的功耗时进行充电，在超级电容储能模块供给避雷器动作信息记录装置的电能不足时通过电源管理模块对避雷器动作信息记录装置放电；电源管理模块用于控制超级电容储能模块和锂电池储能模块的切换，并输出稳定的电压源；蓝牙监测模块用于监测超级电容储能模块、锂电池储能模块的状态，并控制电源管理模块的输出。利用蓝牙监测模块的AD采样接口和IO接口，可有效对太阳能供电电路的各个状态进行监测，并可控制电源负载的输出。本实用新型中选择超级电容的电压，锂电池的电压和电源管理模块的稳压输出作为监测、控制的对象，还可根据需要，灵活配置更多的监测对象。

如图6所示，电源管理模块以维持稳压电源输出+5VD为控制目标，同时具备过流、过压、过热保护等功能，主要控制策略如下（1）太阳能电池板的输入电压+VCC大于锂电池电压+Vbat时，由+Vcc电源输入经电源管理模块稳压后输出+5VD。(2)太阳能电池板的输入电压+VC小于锂电池电压时，锂电池输入+Vbat经电源管理模块稳压后输出+5VD电源。（3）当太阳能输入电压+Vcc大于锂电池电压+Vbat且锂电池电压小于满充电压4.2V时，太阳能电源+Vcc的一部分用于给锂电池充电，须优先满足+5VD稳压电源输出。

超级电容的容量应确保电容的最大充电功率Pcmax应远大于装置的最大功率Pomax,如按Pcmax>10*Pomax可获得较好的结果，即夜间无法收集太阳能时，大部分电能仍由超级电容供电，可避免锂电池反复充放电。

太阳能供电电路还包括开关管；开关管与电源管理模块连接，用于控制电源的通断，蓝牙监测模块可通过无线蓝牙传输，实现移动终端对超级电容上的电能、锂电池电能量等状态进行监测，通过蓝牙指令控制开关管接通或断开装置的电源。

其中，防逆流二极管采用肖特基二极管IN5822，过压保护二极管采用SMAJ6.0A，开关管的型号为IRF5210，蓝牙监测模块包括蓝牙模块JDY-17。

太阳能供电电路的工作流程如下：

S1：太阳能电池板收集太阳能产生电能经过防逆流二极管后输入超级电容储能模块。

S2：超级电容储能模块接收太阳能电池板输入的电能并使超级电容上的电压Vc升高。

S3：电源管理模块用于管理超级电容储能模块和锂电池储能模块的充放电，当太阳能电池板上的输入电压Vcc大于锂电池的电压Vbat时，小负载设备由超级电容储能模块供电，且如果锂电池的电压Vbat小于锂电池充满电的最高电压时Vmax时，超级电容储能模块储存的电能对锂电池储能模块充电，超级电容上的电压Vc被限制于接近于锂电池上的电压Vbat。

S4：当锂电池上的储存的电量已满，充满电的电压达到Vmax时，锂电池储能模块不再接受超级电容储能模块上的电能；超级电容除了给负载供电，太阳能电池板持续输入的电能会使超级电容上的电压Vc升高，当超级电容上的电压达到过压保护二极管的放电电压时，多余的电能通过过压保护二极管对地进行泄放电，防止超级电容过压被击穿。

S5：当太阳能电池板收集不到电能时，超级电容储能模块继续对避雷器动作信息记录装置供电，直至超级电容上的电压Vc小于锂电池上的电压Vbat,电源管理模块切换至锂电池储能模块对避雷器动作信息记录装置供电，确保装置的稳定运行。

S6：蓝牙监测模块通过移动终端进行激活，未连接时蓝牙监测模块处于超低功耗休眠状态，蓝牙功耗只有几十微安，移动终端通过蓝牙监测模块对超级电容的电压、锂电池的电量、装置的负载大小进行检测并采集对应数据。

信号放大积分模块、信号触发记录模块、处理器、时钟模块、超级电容储能模块、锂电池储能模块、电源管理模块密闭封装于铝合金信号盒内，进行防水防潮处理，信号盒保留四个接口，即电流传感器接入口、太阳能电池板接入口和蓝牙模块天线接入口、蓝牙监测模块的接入口。

如图8所示，本实用新型的工作流程如下：

S1：对处理器初始化并处于休眠待机的状态；

S2：避雷器动作时，流经接地引下线的电流大于50A，持续时间大于1毫秒即可进行触发记录避雷器的动作信息，此时电流传感器采集避雷器接地引线流过的电流信号；

S3：信号放大积分模块将电流传感器采集的电流信号等比例转换为电压信号；

S4：信号触发记录模块根据转换后的电压信号驱动双稳态继电器置位；

S5：处理器从时钟模块获取时钟源，记录、存储避雷器的动作时刻并将双稳态继电器复位，等待下一次避雷器动作时对应的信号驱动置位；同时处理器同时进入休眠状态；

S6：处理器通过蓝牙模块接收移动终端的指令，并通过蓝牙模块向移动终端传输避雷器的动作信息记录。

本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能型避雷器动作信息记录装置，其特征在于：包括电流传感器、信号放大积分模块、信号触发记录模块、处理器、时钟模块、太阳能供电电路、蓝牙模块；所述信号触发记录模块包括双稳态继电器；

所述电流传感器用于避雷器接地引线流过的电流信号；所述信号放大积分模块用于将电流传感器采集的电流信号等比例转换为电压信号；所述信号触发记录模块用于根据转换后的电压信号驱动双稳态继电器置位；所述处理器用于记录、存储避雷器的动作时刻并在避雷器动作后将双稳态继电器复位；所述时钟模块用于为处理器提供时钟源；所述太阳能供电电路用于为装置提供电源；所述蓝牙模块用于向移动终端传输避雷器的动作信息记录；

所述电流传感器套接在避雷器接地引线上，所述电流传感器、信号放大积分模块、信号触发记录模块、处理器依次连接；所述时钟模块、太阳能供电电路分别与处理器连接；所述蓝牙模块与处理器连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能型避雷器动作信息记录装置，其特征在于：所述电流传感器采用罗氏线圈传感器。

3.根据权利要求1所述的一种智能型避雷器动作信息记录装置，其特征在于：所述太阳能供电电路包括太阳能电池板、超级电容储能模块、锂电池储能模块、电源管理模块、蓝牙监测模块；所述太阳能电池板与超级电容储能模块连接，所述超级电容储能模块、锂电池储能模块分别与电源管理模块连接；所述超级电容储能模块与锂电池储能模块连接；所述蓝牙监测模块分别与超级电容储能模块、锂电池储能模块、电源管理模块连接；所述超级电容储能模块包括超级电容；所述锂电池储能模块包括锂电池；

所述太阳能电池板用于将太阳能转化为电能，并将转化后的电能输入超级电容储能模块；所述超级电容储能模块用于储存电能并通过电源管理模块向小负载设备提供电源或向锂电池储能模块充电；所述锂电池储能模块用于在超级电容储能模块上的电能大于小负载设备的功耗时进行充电，在超级电容储能模块供给小负载设备的电能不足时通过电源管理模块对小负载设备放电；所述电源管理模块用于控制超级电容储能模块和锂电池储能模块的切换，并输出稳定的电压源；所述蓝牙监测模块用于监测超级电容储能模块、锂电池储能模块的状态，并控制电源管理模块的输出。

4.根据权利要求3所述的一种智能型避雷器动作信息记录装置，其特征在于：所述太阳能电池板通过防逆流二极管与超级电容储能模块串联连接。

5.根据权利要求3所述的一种智能型避雷器动作信息记录装置，其特征在于：所述超级电容储能模块还包括过压保护二极管；所述超级电容与过压保护二极管并联连接；所述过压保护二极管用于保护超级电容过电压被击穿，电压保护值为超级电容的额定电压。

6.根据权利要求3所述的一种智能型避雷器动作信息记录装置，其特征在于：所述超级电容的最大充电功率Pcmax与小负载设备的最大功率Pomax存在以下关系：

Pcmax>10*Pomax。

7.根据权利要求3所述的一种智能型避雷器动作信息记录装置，其特征在于：还包括开关管；所述开关管与电源管理模块连接，用于控制电源的通断。

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