CN105572517B - 一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置及控制方法，该装置包括一箱体以及嵌设于该箱体内的检测电路；检测电路包括MCU控制单元、电能计量单元、数码管显示单元、电源单元、信号指示灯单元、蜂鸣器、运算放大单元、差分运放单元、电流互感单元、电流测量单元以及与电压测量单元。该方法包括：设备接入人员通过将该装置接入避雷器监测表计连接线路中，检测电压、电流，并结合指示灯以及蜂鸣器的响应判断临时接地线是否可靠接地。本发明可直观、可靠的判断接地线是否已可靠接地，并通过数码管显示接地电流、电压以及蜂鸣器报警等功能提示设备接入人员是否已将临时接地线可靠接地，消除了隐患，提高了生产的安全系数。

Description

一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置及控制方法。

背景技术

传统氧化锌避雷器在线监测装置接入时，需要把穿芯式互感器串入接地线中，该互感器通常安装于氧化锌避雷器监测表计的上方的连接线中。现场施工时，先用一根临时接地线把监测表计的上方对地短接掉，然后解开监测表计上方的连接线，串入监测装置的穿芯式互感器中，最后再接回监测表计，还原现场接线。氧化锌避雷器在线监测装置通常是带电接入，为保证设备接入人员的人身安全，必须保证临时接地线可靠接入。普通的临时接地线接完后无法判断是否已可靠接地，存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置及控制方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置，包括一箱体以及嵌设于该箱体内的检测电路；所述检测电路包括一MCU控制单元、通过SPI总线与所述MCU控制单元相连的电能计量单元、与所述MCU控制单元相连的数码管显示单元、与所述MCU控制单元相连的电源单元、与所述MCU控制单元相连的信号指示灯单元、与所述MCU控制单元相连的蜂鸣器、与所述电能计量单元相连的运算放大单元、与所述电能计量单元相连的差分运放单元、与所述运算放大单元相连的电流互感单元、与所述电流互感器相连的电流测量单元以及与所述差分运放单元相连的电压测量单元。

在本发明一实施例中，所述MCU控制单元包括一STM32单片机。

在本发明一实施例中，所述电能计量单元包括一IDT90E36。

在本发明一实施例中，所述运算放大单元包括一OPA2277，所述差分运放单元包括一AMP03GS。

在本发明一实施例中，所述电源单元包括一12V可充电锂电池。

在本发明一实施例中，所述箱体包括一扣盖以及与该扣盖匹配的底座，所述扣盖与所述底座通过一对锁体锁紧，所述检测电路嵌设于所述底座内；所述底座包括一底板、一顶板以及侧板；所述顶板开设有用于嵌设所述数码管显示单元中电压显示屏的第一通孔、用于嵌设所述数码管显示单元中电流显示屏的第二通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中电源指示灯的第三通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中用于指示可靠接地的接地信号指示灯的第四通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中告警指示灯的第五通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中电源欠压指示灯的第六通孔、用于嵌设所述电源单元中电源开关的第七通孔、用于嵌设所述电源单元中充电接口的第八通孔、用于嵌设所述电压测量单元中第一电压接线柱的第九通孔、用于嵌设所述电压测量单元中第二电压接线柱的第十通孔、用于嵌设所述电流测量单元中第一电流接线柱的第十一通孔、用于嵌设所述电流测量单元中第二电流接线柱的第十二通孔。

进一步的，还提供一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置的控制方法，提供一避雷器监测表计，所述避雷器监测表计一端与避雷器相连，另一端接地，包括如下步骤：

步骤S1：打开电源单元的电源开关，使该避雷器在线监测智能带电接入保护装置上电，数码管显示单元中的电压显示屏显示所述电源单元中锂电池的电压，且信号指示灯单元中告警指示灯亮；若该锂电池的电压处于第一电源电压范围内，则信号指示灯单元中电源指示灯亮，否则，所述述信号指示灯单元中电池欠压指示灯亮；

步骤S2：将与电压测量单元中第一电压接线柱相连的第一电压接线端子连接至所述避雷器监测表计与避雷器之间，将与所述电压测量单元中第二电压接线柱相连的第二电压接线端子连接至地，并查看所述电压显示屏显示的电压是否在检测电压阈值范围内，若是，则转至步骤S3，否则，转至步骤S5；

步骤S3：将与电流测量单元中第一电流接线柱相连的第一电流接线端子连接至所述避雷器监测表计与避雷器之间，将与所述电流测量单元中第二电流接线柱相连的第二电流接线端子连接至地，并查看数码管显示单元中的电流显示屏显示的电流是否在检测电流阈值范围内，若是，则转至步骤S4，否则，转至步骤S5；

步骤S4：判断所述电压显示屏显示的电压以及所述避雷器监测表计所测得的电流是否为0，若是，则蜂鸣器连续且等时间间隔响应，信号指示灯单元中的接地信号指示灯亮，所述告警指示灯灭，提示设备接入人员临时接地线已可靠接地；否则，转至步骤S5；

步骤S5：所述告警指示灯亮，且所述蜂鸣器不响应，提示设备接入人员临时接地线没有可靠接地。

在本发明一实施例中，所述第一电源电压范围为10.8V~20V；所述检测电压阈值范围为：0V~36V；所述检测电流阈值范围为0 mA ~5mA。

在本发明一实施例中，所述运算放大单元将所采集的电流信号进行两通道放大，并将电流范围在90uA~500uA的小电流放大20倍，将电流范围在500uA~5mA的电流放大2倍。

在本发明一实施例中，所述MCU控制单元在计算电压值或电流值时，通过多次读取电流测量值与电压测量值，并去掉最大值以及最小值后取平均值的方法。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

（1）电流测量采用穿芯式互感器，并采用专用的计量芯片来采集电流，稳定、可靠；

（2）电压测量回路采用高阻抗差分电路，对原回路的阻抗基本没影响；

（3）采用高亮数码管显示电流、电压，操作界面美观、人性智能化；

（4）采用蜂鸣器不同鸣叫的方式提供现场工作人员，简单区分保护装置是否已经可靠接地；

（5）装置采用内置大容量锂电池，正常充一次电后有效工作时间长。

（6）避雷器智能带电接入保护装置可直观、可靠的判断接地线是否已可靠接地，并通过数码管显示接地电流、电压以及蜂鸣器报警等功能提示设备接入人员是否已将临时接地线可靠接地，消除了隐患，提高了生产的安全系数。

（7）由于电流测量范围比较大，为了更好的测量小电流信号，且保证放大后的大电流信号不超出单片机AD采集范围，在电路设计时对电流信号进行了两通道放大，将范围在90uA~500uA的小电流放大20倍，将范围在500uA~5mA的电流放大2倍。

（8）为保证电流与电压测量值的准确性，减小外界干扰引起的数据波动，程序在测量时采用多次读取电流与电压测量值，去掉最大最小值后求平均的方法。

附图说明

图1为本发明避雷器在线监测智能带电接入保护装置中检测电路的电路原理图。

图2为本发明避雷器在线监测智能带电接入保护装置中箱体的主视图。

图3为本发明避雷器在线监测智能带电接入保护装置中箱体内顶板的结构示意图。

图4为本发明避雷器在线监测智能带电接入保护装置的接入被测设备的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置，包括一箱体以及嵌设于该箱体内的检测电路；如图1所示，所述检测电路包括一MCU控制单元、通过SPI总线与所述MCU控制单元相连的电能计量单元、与所述MCU控制单元相连的数码管显示单元、与所述MCU控制单元相连的电源单元、与所述MCU控制单元相连的信号指示灯单元、与所述MCU控制单元相连的蜂鸣器、与所述电能计量单元相连的运算放大单元、与所述电能计量单元相连的差分运放单元、与所述运算放大单元相连的电流互感单元、与所述电流互感器相连的电流测量单元以及与所述差分运放单元相连的电压测量单元。

进一步的，在本实施例中，所述MCU控制单元包括一STM32单片机。

进一步的，在本实施例中，所述电能计量单元包括一IDT90E36。

进一步的，在本实施例中，所述运算放大单元包括一OPA2277，所述差分运放单元包括一AMP03GS。

进一步的，在本实施例中，所述电源单元包括一12V可充电锂电池。

进一步的，在本实施例中，如图2以及图3所示，所述箱体包括一扣盖1以及与该扣盖匹配的底座2，所述扣盖与所述底座通过一对锁体3锁紧，所述检测电路嵌设于所述底座2内；所述底座包括一底板、一顶板4以及侧板；所述顶板4开设有用于嵌设所述数码管显示单元中电压显示屏5的第一通孔、用于嵌设所述数码管显示单元中电流显示屏6的第二通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中电源指示灯7的第三通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中用于指示可靠接地的接地信号指示灯8的第四通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中告警指示灯9的第五通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中电源欠压指示灯10的第六通孔、用于嵌设所述电源单元中电源开关11的第七通孔、用于嵌设所述电源单元中充电接口12的第八通孔、用于嵌设所述电压测量单元中第一电压接线柱13的第九通孔、用于嵌设所述电压测量单元中第二电压接线柱14的第十通孔、用于嵌设所述电流测量单元中第一电流接线柱15的第十一通孔、用于嵌设所述电流测量单元中第二电流接线柱16的第十二通孔。

进一步的，在本实施例中，整个检测装置使用电池供电，外部有四个接头，分别为：电压﹢，电压﹣，电流﹢，电流﹣。面板上有两个四位数码显示管，分别显示临时接地线两端电压值和流经临时接地线的电流值；一个“电源指示”灯；一个“可靠接地指示”灯；一个“告警灯”；一个“电源欠压”灯；一个电源开关；一个充电口。

进一步的，在本实施例中，还提供一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置的控制方法，提供一避雷器监测表计17，所述避雷器监测表计一端与避雷器18相连，另一端接地，如图4中（a）所示，包括如下步骤：

步骤S1：打开电源单元的电源开关，使该避雷器在线监测智能带电接入保护装置上电，数码管显示单元中的电压显示屏上的数码管会闪烁显示所述电源单元中锂电池的电压，显示时间为5s，且信号指示灯单元中告警指示灯亮；若该锂电池的电压处于第一电源电压范围内，则信号指示灯单元中电源指示灯亮，否则，所述述信号指示灯单元中电源欠压指示灯亮；

步骤S2：将与电压测量单元中第一电压接线柱相连的第一电压接线端子连接至所述避雷器监测表计与避雷器之间，将与所述电压测量单元中第二电压接线柱相连的第二电压接线端子连接至地，如图4中（b）所示，并查看所述电压显示屏显示的电压是否在检测电压阈值范围内，若是，则转至步骤S3，否则，转至步骤S5；

步骤S3：将与电流测量单元中第一电流接线柱相连的第一电流接线端子连接至所述避雷器监测表计与避雷器之间，将与所述电流测量单元中第二电流接线柱相连的第二电流接线端子连接至地，如图4中（c）所示，并查看数码管显示单元中的电流显示屏显示的电流是否在检测电流阈值范围内，若是，则转至步骤S4，否则，转至步骤S5；

步骤S4：判断所述电压显示屏显示的电压以及所述避雷器监测表计所测得的电流是否为0，若是，则蜂鸣器连续且等时间间隔响应，连续响5次，每次间隔1s，信号指示灯单元中的接地信号指示灯亮，所述告警指示灯灭，提示设备接入人员临时接地线已可靠接地，设备接入人员断开避雷器监测表计与避雷器的连接线，可以进行监测装置的接入；否则，转至步骤S5；

步骤S5：所述告警指示灯亮，且所述蜂鸣器不响应，提示设备接入人员临时接地线没有可靠接地。

进一步的，在本实施例中，所述第一电源电压范围为10.8V~20V；所述检测电压阈值范围根据现场具体设备不同，为几伏～几十伏电压，较佳地，为0V~36V；所述检测电流阈值范围根据现场具体设备不同，不同电压等级不一样，为几百uA到几mA，较佳地，为0 mA ~5mA。

进一步的，在本实施例中，所述运算放大单元将所采集的电流信号进行两通道放大，并将电流范围在90uA~500uA的小电流放大20倍，将电流范围在500uA~5mA的电流放大2倍。

进一步的，在本实施例中，所述MCU控制单元在计算电压值或电流值时，通过多次读取电流测量值与电压测量值，并去掉最大值以及最小值后取平均值的方法。

进一步的，在本实施例中，避雷器监测表计一端接至避雷器，另一端接至大地，没有穿过穿心式互感器。避雷器在线监测智能带电接入保护装置测量电压时，两个测量端子并接至表计的两端；测量电流时，两个电流测量端子并接至表计两端，此时相当于电压测量端子被短接，故电压测量值显示为0，电流测量值显示对应的电流，在这种情况下，避雷器在线监测智能带电接入保护装置判断为临时接地线已可靠连接，可以断开避雷器监测表计与避雷器之间的连线，接入所需安装的避雷器在线监测装置。避雷器监测表计有一定的内阻，监测表计两端对应一定的电压值。使用避雷器智能带电接入保护装置的电压端子去测量表计两端，可测量到一定的电压，然后将避雷器智能带电接入保护装置的两根电流接线端子分别接到监测表计上方和地，由于监测表计两端被短路，两头电压为零，面板的电压显示值应变为0，电流则显示的是氧化锌避雷器的泄漏电流，并且此时监测表计上的电流读数为零，这种状态表示临时接地线已可靠接地，面板上的可靠接地指示灯常亮，告警灯灭，蜂鸣器连响5次，现场设备接入人员可以断开原氧化锌避雷器的接地线并接入设备等操作。

进一步的，在本实施例中，每次检测装置使用完毕后请及时关闭电源，以保证电池寿命；默认状态下红色“告警灯”为常亮，只有接地线可靠接地后红色“告警灯”才熄灭；当装置的电源欠压灯常亮时，需要及时给装置充电，注意：只能使用用装置标配的充电器充电，否则可能会损坏装置。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置，其特征在于，包括一箱体以及嵌设于该箱体内的检测电路；所述检测电路包括一MCU控制单元、通过SPI总线与所述MCU控制单元相连的 电能计量单元、与所述MCU控制单元相连的数码管显示单元、与所述MCU控制单元相连的电源单元、与所述MCU控制单元相连的信号指示灯单元、与所述MCU控制单元相连的蜂鸣器、与所述电能计量单元相连的运算放大单元、与所述电能计量单元相连的差分运放单元、与所述运算放大单元相连的电流互感单元、与所述电流互感器相连的电流测量单元以及与所述差分运放单元相连的电压测量单元；

所述箱体包括一扣盖以及与该扣盖匹配的底座，所述扣盖与所述底座通过一对锁体锁紧，所述检测电路嵌设于所述底座内；所述底座包括一底板、一顶板以及侧板；所述顶板开设有用于嵌设所述数码管显示单元中电压显示屏的第一通孔、用于嵌设所述数码管显示单元中电流显示屏的第二通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中电源指示灯的第三通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中用于指示可靠接地的接地信号指示灯的第四通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中告警指示灯的第五通孔、用于嵌设所述信号指示灯单元中电源欠压指示灯的第六通孔、用于嵌设所述电源单元中电源开关的第七通孔、用于嵌设所述电源单元中充电接口的第八通孔、用于嵌设所述电压测量单元中第一电压接线柱的第九通孔、用于嵌设所述电压测量单元中第二电压接线柱的第十通孔、用于嵌设所述电流测量单元中第一电流接线柱的第十一通孔、用于嵌设所述电流测量单元中第二电流接线柱的第十二通孔；所述MCU控制单元包括一STM32单片机。

2.根据权利要求1所述的一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置，其特征在于，所述电能计量单元包括一IDT90E36。

3.根据权利要求1所述的一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置，其特征在于，所述运算放大单元包括一OPA2277，所述差分运放单元包括一AMP03GS。

4.根据权利要求1所述的一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置，其特征在于，所述电源单元包括一12V可充电锂电池。

5.一种基于权利要求1至4任一项所述的一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置的控制方法，提供一避雷器监测表计，所述避雷器监测表计一端与避雷器相连，另一端接地，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：打开电源单元的电源开关，使该避雷器在线监测智能带电接入保护装置上电，数码管显示单元中的电压显示屏显示所述电源单元中锂电池的电压，且信号指示灯单元中告警指示灯亮；若该锂电池的电压处于第一电源电压范围内，则信号指示灯单元中电源指示灯亮，否则，所述信号指示灯单元中电源欠压指示灯亮；

步骤S2：将与电压测量单元中第一电压接线柱相连的第一电压接线端子连接至所述避雷器监测表计与避雷器之间，将与所述电压测量单元中第二电压接线柱相连的第二电压接线端子连接至地，并查看所述电压显示屏显示的电压是否在检测电压阈值范围内，若是，则转至步骤S3，否则，转至步骤S5；

步骤S3：将与电流测量单元中第一电流接线柱相连的第一电流接线端子连接至所述避雷器监测表计与避雷器之间，将与所述电流测量单元中第二电流接线柱相连的第二电流接线端子连接至地，并查看所述数码管显示单元中的电流显示屏显示的电流是否在检测电流阈值范围内，若是，则转至步骤S4，否则，转至步骤S5；

步骤S4：判断所述电压数码管显示屏显示的电压以及所述避雷器监测表计所测得的电流是否为0，若是，则蜂鸣器连续且等时间间隔响应，信号指示灯单元中的接地信号指示灯亮，所述告警指示灯灭，提示设备接入人员临时接地线已可靠接地；否则，转至步骤S5；

步骤S5：所述告警指示灯亮，且所述蜂鸣器不响应，提示设备接入人员临时接地线没有可靠接地。

6. 根据权利要求5所述的一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置的控制方法，其特征在于，所述第一电源电压范围为10.8V~20V；所述检测电压阈值范围为：0V~36V；所述检测电流阈值范围为0 mA ~5mA。

7.根据权利要求5所述的一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置的控制方法，其特征在于，所述运算放大单元将所采集的电流信号进行两通道放大，并将电流范围在90uA~500uA的小电流放大20倍，将电流范围在500uA~5mA的电流放大2倍。

8.根据权利要求5所述的一种避雷器在线监测智能带电接入保护装置的控制方法，其特征在于，所述MCU控制单元在计算电压值或电流值时，通过多次读取电流测量值与电压测量值，并去掉最大值以及最小值后取平均值的方法。