CN104330615A - 基于fft算法的避雷器和变压器的多相同测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置及其方法，包括比较电路、四个结构相同的测试电路、分析控制模块、无线模块；其中比较电路包括光耦隔离电路、过零比较电路，所述光耦隔离电路的一端与输电线A、B、C三相中的一相相连，光耦隔离电路的另一端与过零比较电路的输入端相连，所述过零比较电路的另一端与分析控制模块相连；本发明对A相、B相、C相的三相的全电流和N相同时监测，同时将得到的全电流基于傅里叶进行变换得到阻性电流，分析阻性电流排除容性电流的干扰，使检测的灵敏度增加；在线实时监测避雷器和变压器的运行状态，减少非计划停电和运行事故；降低检修费用，监测避雷器和变压器的早期故障信号，连续实时的跟踪故障演变过程。

Description

基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置及其方法

技术领域

本发明公开了一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置及其方法，具体涉及避雷器监测技术领域。

背景技术

避雷器是电力***的重要设备之一，避雷器的作用是用来保护电力***中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的一个电器。避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电***、线路和变电所进线段保护。阀型避雷器与氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护，在500KV及以下***主要用于限制大气过电压，在超高压***中还将用来限制内过电压或作内过电压的后备保护。

随着避雷器投入运行时间的增长以及其产品存在的缺陷,避雷器在运行电压下的受潮、老化问题日益突出。为了及时发现避雷器的隐患，需要对其运行状况在线监测，需要监测避雷器和变压器的全电流，对避雷器和变压器的内部绝缘情况进行监测，从而及时发现变压器和避雷器的工作状况，目前，对避雷器状态在线监测的主要手段是在线监测，目前的检测技术不能实现三相电流电压同时检测，从而无法在同一时间直接观测到避雷器的工作状况，另外现有的避雷器监测装置都没有远程传输功能，需要操作人员到现场进行读取，从而浪费时间和精力，同时不能直观的进行查看，无法有效率的对数据进行查看分析，有效的预测泄露电流的情况，不能有效的提高工作效率。

过正常运行的氧化锌避雷器由容性电流和阻性电流，由于氧化锌微粒的间距很小，其等效电容较大，因此，总电流中容性电流占主要成分；氧化锌避雷器因受潮或老化后，主要是阻性电流起变化（一般表现为泄漏增加），如果仅检测总电流，其阻性电流的微小变化将被大得多的容性点流所湮灭，检测的灵敏度很低，往往不能发现早期的缺陷和故障，。这些问题都是目前急需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置及其方法，对A、B、C三相的全电流和N相同时监测，同时将得到的全电流基于傅里叶进行变换得到阻性电流，分析阻性电流排除容性电流的干扰，使检测的灵敏度增加；在线实时监测避雷器和变压器的运行状态，减少非计划停电和运行事故，提高工作效率，减轻工作人员的劳动强度；降低检修费用，延长定期检修时间间隔，监测避雷器和变压器的早期故障信号，连续实时的跟踪故障演变过程，科学动态地调整负荷。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置，包括比较电路、四个结构相同的测试电路、分析控制模块、无线模块；

其中比较电路包括光耦隔离电路、过零比较电路，所述光耦隔离电路的一端与输电线A、B、C三相中的一相相连，光耦隔离电路的另一端与过零比较电路的输入端相连，所述过零比较电路的另一端与分析控制模块相连；

测试电路包括氧化锌MOV电流泄露回路、互感器、电流电压转换电路、滤波电路、放大器，其中所述氧化锌MOV电流泄露回路的一端与四个输电线的一个相连，所述氧化锌MOV电流泄露回路的另一端与互感器的绕组相感应，互感器的输出端与电流电压转换电路的输入端相连，所述电流电压转换电路的输出端与滤波电路的输入端相连，所述滤波电路的输出端与所述放大器的输入端相连，所述放大器的输出端与分析控制模块相连；

所述分析控制模块还与无线模块相连；

作为本发明的进一步优化方案，所述滤波电路采用RC滤波电路。

作为本发明的进一步优化方案，所述过零比较电路，采用低功耗运放方式对工频电网频率进行过零点检测。

作为本发明的进一步优化方案，所述分析控制模块采用MCU控制器，MCU控制器为STM32L单片机。

作为本发明的进一步优化方案，所述无线模块采用SI4432小无线传输芯片。

作为本发明的进一步优化方案，所述放大器为三级增益可调放大器。

作为本发明的进一步优化方案， 所述互感器为穿心互感器。

作为本发明的进一步优化方案，所述电流电压转换电路采用低功耗集成运算放大器和精密采样电阻，构成反比例电流电压转换电路。

作为本发明的进一步优化方案，还包括温度传感器、湿度传感器、显示模块、GPS模块、大电流检测线圈和电流检测模块，其中温度传感器、湿度传感器、显示模块、GPS模块、大电流检测线圈和电流检测模块均与分析控制模块相连，温度传感器、湿度传感器将检测的温度数据、湿度数据发送给分析控制模块，分析控制模块对接收到的温度数据和湿度数据进行分析后，将最终的数据在显示模块进行显示；GPS模块将测得的经纬和纬度信息发送给分析控制模块，分析控制模块将分析所得的经纬和纬度信息在显示模块中进行显示；大电流检测线圈检测流过避雷器内部的过电压的电流的信息，并发送到分析控制模块，分析控制模块通过分析电流的信息得到电流的峰值、波长和波形，并通过无线模块发送；电流检测模块将检测的避雷器表面的的泄露电流值发送到分析控制模块，分析控制模块将得到的泄露电流值转换成污秽度，并在显示模块进行显示。

一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置及其方法，其特征在于： 包括如下步骤：

步骤一：A相、B相、C相和N相的泄露电流进入氧化锌MOV电流泄露回路，互感器获取氧化锌MOV电流泄露回路的泄露全电流、泄露全电流经过互感器的耦合以电流的方式进入电流电压转换电路；

步骤二：电流电压转换电路将电流转换为电压，然后将电压发送到滤波单元，滤除干扰信号，然后进入放大其中进行放大后输入到分析控制模块的AD采样端口；

步骤三：光耦隔离电路获取与其相连的一相的电压作为参考电压，过零比较电路得到参考电压后输出低电平触发分析控制模块内部的AD模拟采样模块，AD模拟采样模块根据采样频率连续采样三相A、B、C中的第二相的全电流点；

步骤四：分析控制模块将所得的全电流点进行傅里叶变换，得到电流基波的幅度，然后分析控制模块调节放大器的最佳放大倍数，根据傅里叶变换后的全电流得出电流基波信号的相角，根据三相电之间的相序关系，相位角依次增加120°，则该相位角即该相全电流与该相阻性电流之间的夹角a，根据投影法，该相的全电流乘以夹角a的余弦值即为该相的阻性电流，对该阻性电流进行傅里叶变换得到三次谐波，返回步骤一，计算第三相的全电流、阻性电流和三次谐波。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

第一：本发明对A、B、C三相的全电流和N相同时监测，同时将得到的全电流基于傅里叶进行变换得到阻性电流，分析阻性电流排除容性电流的干扰，使检测的灵敏度增加； 

第二：本发明在线实时监测避雷器和变压器的运行状态，减少非计划停电和运行事故，提高工作效率，减轻工作人员的劳动强度；

第三：降低检修费用，延长定期检修时间间隔，监测避雷器和变压器的早期故障信号，连续实时的跟踪故障演变过程，科学动态地调整负荷。

附图说明

图1是本发明的***结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置，本发明的***结构示意图如图1所示，以A相、B相、C相、N相电流为例，本发明包括比较电路、四个结构相同的测试电路、分析控制模块、无线模块；

以A相电路为例，B相、C相、N相的电路结构与A相相同，其中比较电路包括光耦隔离电路、过零比较电路，根据电网三相电相序关系，集采用取B相作为参考电压，所述光耦隔离电路的一端与B相相连，光耦隔离电路的另一端与过零比较电路的输入端相连，所述过零比较电路的另一端与分析控制模块相连；

测试电路包括氧化锌MOV电流泄露回路、穿芯互感器、I/V转换电路即电流电压转换电路、RC滤波电路、三级增益可调放大器，穿芯互感器，其中所述氧化锌MOV电流泄露回路的一端与A相相连，所述氧化锌MOV电流泄露回路的另一端与穿芯互感器的绕组相感应，穿芯互感器的输出端与I/V转换电路的输入端相连，所述I/V转换电路的输出端与RC滤波电路的输入端相连，所述RC滤波电路的输出端与所述三级增益可调放大器的输入端相连，三级增益可调放大器的输出端与分析控制模块相连；

分析控制模块还与无线模块相连，无线模块采用SI4432小无线传输芯片，无线模块将测得的数据信息发送给服务器，可通过服务器直观的观测到数据状况；

过零比较电路，采用低功耗运放方式对工频电网频率进行过零点检测，分析控制模块采用MCU控制器，MCU控制器为STM32L单片机，I/V转换电路采用低功耗集成运算放大器和精密采样电阻，构成反比例电流电压转换电路。

采用精密穿心互感器耦合方式，在实现数据采集下保证三相避雷器的回路可靠接地，不受监测装置的影响；采样MOS管控制正比例运放的比例电阻参数，实现对放大倍数调整。

一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置的方法，其特征在于： 包括如下步骤：

步骤一：A相、B相、C相和N相的泄露电流进入氧化锌MOV电流泄露回路，穿芯互感器获取氧化锌MOV电流泄露回路的泄露全电流、泄露全电流经过穿芯互感器的耦合以电流的方式进入I/V转换电路；

步骤二：I/V转换电路将电流转换为电压，然后将电压发送到RC滤波单元，滤除干扰信号，然后进入放大其中进行放大后输入到MCU控制器的AD采样端口；

步骤三：光耦隔离电路获取与其相连的B相的电压作为参考电压，过零比较电路得到参考电压后输出低电平触发MCU控制器内部的AD模拟采样模块，AD模拟采样模块根据采样频率连续采样A相的全电流点；

步骤四：MCU控制器将所得的全电流点进行傅里叶变换，得到电流基波的幅度，然后MCU控制器调节三级增益可调放大器的最佳放大倍数，根据傅里叶变换后的全电流得出电流基波信号的相角，根据三相电之间的相序关系，相位角依次增加120°，则该相位角即该相全电流与该相阻性电流之间的夹角a，根据投影法，测得的全电流为I，阻性电流为Ir = I*cosa，对该阻性电流进行傅里叶变换得到三次谐波，返回步骤一，计算A相、C相、N相的全电流、阻性电流和三次谐波。

无线模块将该装置测得的数据发送给服务器，由服务器进行直观的显示，使用者可根据数据及时的对避雷器和变压器的工作状态进行分析判断，降低检修费用，延长定期检修时间间隔；依据先进的在线分析，及时分析避雷器和变压器的运行状态，科学管理并延长设备的寿命； 

监测设备的早期故障信号，并连续实时跟踪故障演变了展过程；根据设备的实际运行信息，科学地动态调整负荷； 

解决了铁芯接地检测靠人工采用钳形电流表手工测量不能实时检测，浪费人力资源，精度差，受外界环境影响大等诸多的缺点； 

帮助电力企业对变压器、电抗器铁芯运行状况进行全面、直观、实时的监控和智能分析，提供更精确、更及时、更完整的信息； 

提高工作效率、减轻工作人员劳动强度；同时可以为变压器，电抗器状态检修提供有效的技术支持；可以提高电网安全稳定水平和防灾减灾能力； 

加强设备的全寿命周期监视和管理，提高生产效率，对于建设坚强智能电网有广泛的应用。

本装置还包括温度传感器、湿度传感器、显示模块、GPS模块、大电流检测线圈和电流检测模块，其中温度传感器、湿度传感器、显示模块、GPS模块、大电流检测线圈和电流检测模块均与分析控制模块相连，温度传感器、湿度传感器将检测的温度数据、湿度数据发送给分析控制模块，分析控制模块对接收到的温度数据和湿度数据进行分析后，将最终的数据在显示模块进行显示；

GPS模块将测得的经纬和纬度信息发送给分析控制模块，分析控制模块将分析所得的经纬和纬度信息在显示模块中进行显示并通过无线模块进行发送；使用者可通过经纬度信息得知避雷器所在的位置，对避雷器所在位置的工作情况进行监测。

大电流检测线圈检测流过避雷器内部的过电压的电流的信息，并发送到分析控制模块，分析控制模块通过分析电流的信息得到电流的峰值、波长和波形，并通过无线模块发送到服务器，使用者可通过服务器的显示观测到避雷器内部的过电压，包括雷击电压和操作过电压的情况，及时发现避雷器的故障；

电流检测模块将检测的避雷器表面的的泄露电流值发送到分析控制模块，分析控制模块将得到的泄露电流值转换成污秽度，并在显示模块进行显示。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围。凡是按照本发明提出的技术思想，以及在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置，其特征在于：包括比较电路、四个结构相同的测试电路、分析控制模块、无线模块；

其中比较电路包括光耦隔离电路、过零比较电路，所述光耦隔离电路的一端与输电线A、B、C三相中的一相相连，光耦隔离电路的另一端与过零比较电路的输入端相连，所述过零比较电路的另一端与分析控制模块相连；

测试电路包括氧化锌MOV电流泄露回路、互感器、电流电压转换电路、滤波电路、放大器，其中所述氧化锌MOV电流泄露回路的一端与四个输电线的一个相连，所述氧化锌MOV电流泄露回路的另一端与互感器的绕组相感应，互感器的输出端与电流电压转换电路的输入端相连，所述电流电压转换电路的输出端与滤波电路的输入端相连，所述滤波电路的输出端与所述放大器的输入端相连，所述放大器的输出端与分析控制模块相连；

所述分析控制模块还与无线模块相连；

如权利要求1所述的一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置，其特征在于：所述滤波电路采用RC滤波电路。

2.如权利要求1或2所述的一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置，其特征在于：所述过零比较电路，采用低功耗运放方式对工频电网频率进行过零点检测。

3.如权利要求3所述的一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置，其特征在于：所述分析控制模块采用MCU控制器，MCU控制器为STM32L单片机。

4.如权利要求4所述的一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置，其特征在于：所述无线模块采用SI4432小无线传输芯片。

5.如权利要求5所述的一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置，其特征在于：所述放大器为三级增益可调放大器。

6.如权利要求1所述的一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置，其特征在于： 所述互感器为穿心互感器。

7.如权利要求7所述的一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置，其特征在于：所述电流电压转换电路采用低功耗集成运算放大器和精密采样电阻，构成反比例电流电压转换电路。

8.如权利要求8所述的一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置，其特征在于：还包括温度传感器、湿度传感器、显示模块、GPS模块、大电流检测线圈和电流检测模块，其中温度传感器、湿度传感器、显示模块、GPS模块、大电流检测线圈和电流检测模块均与分析控制模块相连，温度传感器、湿度传感器将检测的温度数据、湿度数据发送给分析控制模块，分析控制模块对接收到的温度数据和湿度数据进行分析后，将最终的数据在显示模块进行显示；GPS模块将测得的经纬和纬度信息发送给分析控制模块，分析控制模块将分析所得的经纬和纬度信息在显示模块中进行显示；大电流检测线圈检测流过避雷器内部的过电压的电流的信息，并发送到分析控制模块，分析控制模块通过分析电流的信息得到电流的峰值、波长和波形，并通过无线模块发送；电流检测模块将检测的避雷器表面的的泄露电流值发送到分析控制模块，分析控制模块将得到的泄露电流值转换成污秽度，并在显示模块进行显示。

9.如权利要求1-9所述的一种基于FFT算法的避雷器和变压器的多相同测装置的方法，其特征在于： 包括如下步骤：

步骤一：A相、B相、C相和N相的泄露电流进入氧化锌MOV电流泄露回路，互感器获取氧化锌MOV电流泄露回路的泄露全电流、泄露全电流经过互感器的耦合以电流的方式进入电流电压转换电路；

步骤二：I/V转换电路将电流转换为电压，然后将电压发送到滤波单元，滤除干扰信号，然后进入放大其中进行放大后输入到分析控制模块的AD采样端口；

步骤三：光耦隔离电路获取与其相连的一相的电压作为参考电压，过零比较电路得到参考电压后输出低电平触发分析控制模块内部的AD模拟采样模块，AD模拟采样模块根据采样频率连续采样A、B、C三相中的第二相的全电流点；

步骤四：分析控制模块将所得的全电流点进行傅里叶变换，得到电流基波的幅度，然后分析控制模块调节放大器的最佳放大倍数，根据傅里叶变换后的全电流得出电流基波信号的相角，根据三相电之间的相序关系，相位角依次增加120°，则该相位角即该相全电流与该相阻性电流之间的夹角a，根据投影法，该相的全电流乘以夹角a的余弦值即为该相的阻性电流，对该阻性电流进行傅里叶变换得到三次谐波，返回步骤一，计算第三相的全电流、阻性电流和三次谐波。