CN108169548A - 一种避雷器在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种避雷器在线监测装置，包括采样电路、信号调理电路、雷击侦测电路、主控模块、供电模块及显示模块；采样电路包括气体放电管、电容器、限流电阻、采样电阻及TVS管；信号调理电路采集并调理采样电阻两端的电压信号；雷击侦测电路实时侦测采样电阻两端的雷击信号；主控模块将经信号调理电路调理后的电压信号进行处理输出、同时控制供电模块为信号调理电路供电并对雷击侦测电路侦测的雷击信号进行计数输出；显示模块显示主控模块输出的数据。解决了现有避雷器在线监测器无法监测3kV及以下交、直流***用避雷器泄漏电流和动作次数的问题，填补了3kV及以下交、直流***用避雷器在线监测的空白，提高了3kV以上交、直流***用避雷器的保护水平。

Description

一种避雷器在线监测装置

技术领域

本发明涉及一种避雷器在线监测装置，主要用于在线监测避雷器的泄漏电流和动作次数，尤其适用于在线监测3kV及以下交、直流***用避雷器，属于电力***在线监测应用领域。

背景技术

避雷器作为电力设备的过电压保护装置，其性能的优劣对电力设备安全运行起着至关重要的作用。为了确保避雷器正常工作，就需要通过在线监测设备对避雷器进行实时监测。

目前，采用传统避雷器在线监测器无法对3kV及以下交、直流***用避雷器的泄漏电流和动作次数进行在线监测，其主要原因是：

1)、城市轨道交通直流供电***的常用电压是DC1500V，对应避雷器的雷电冲击残压是4.8kV，其所配监测器的残压不应大于144V，而传统的避雷器在线监测器，如图1所示，由于采用氧化锌电阻片采集信号，受材料与工艺限制，监测器动作时，氧化锌电阻片两端有≮2kV的残压，如串接在线路中，避雷器将失去保护功能；传统避雷器在线监测器的量程都是mA级别的，分辨率是0.05～0.1mA，而城市轨道交通用直流避雷器的起始泄漏电流仅有几个uA。由此可见，传统避雷器在线监测器的分辨率和测量范围也达不到直流避雷器监测的要求。

2)、3kV交流***用避雷器的雷电冲击残压是15kV，其所配监测器的残压不应大于450V，而传统的避雷器在线监测器，如图1所示，由于采用氧化锌电阻片采集信号，受材料与工艺限制，监测器动作时，氧化锌电阻片两端有≮2kV的残压，如串接在线路中，避雷器将失去保护功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种避雷器在线监测装置，采用新的限压方式和数据采样方式，解决现有避雷器在线监测器无法监测3kV及以下交、直流***用避雷器泄漏电流和动作次数的问题。

本发明的具体技术解决方案如下：一种避雷器在线监测装置，其特殊之处在于：包括采样电路、信号调理电路、雷击侦测电路、主控模块、供电模块及显示模块；

避雷器与采样电路串联；

上述采样电路包括气体放电管、电容器、限流电阻、采样电阻及TVS管；

限流电阻的一端与气体放电管的一端连接，限流电阻的另一端与采样电阻的一端连接，采样电阻的另一端与气体放电管的另一端连接，TVS管并联在采样电阻的两端，电容器并联在气体放电管的两端；

上述信号调理电路用于采集并调理采样电阻两端的电压信号；

上述雷击侦测电路用于实时侦测采样电阻两端的雷击信号；

上述信号调理电路、雷击侦测电路、供电模块及显示模块均与主控模块连接，所述主控模块用于将经信号调理电路调理后的电压信号进行处理输出、同时控制供电模块为信号调理电路供电并对雷击信号进行计数输出；

上述显示模块用于显示主控模块输出的数据。

当没有雷击事件发生时，气体放电管不导通，无泄漏电流流过；泄漏电流流过限流电阻和采样电阻，可从采样电阻两端获取电压信号，因此时电压信号很小，TVS管不导通，也无泄漏电流流过。

当雷击事件发生时，采样电路两端的电压迅速升高，在气体放电管导通之前，通过电容器限制采样电路的电压不超过120V，气体放电管导通后，采样电路的电压被迅速降到几十伏。

优选地，为了实现监测uA级泄漏电流，上述信号调理电路包括运算放大器。

优选地，上述主控模块包括中断模块、AD模块、数据处理模块及输出模块；

上述中断模块用于捕获雷击侦测电路侦测到的雷击信号并进行计数；上述AD模块用于将经信号调理电路调理后的电压信号转化为数字信号；上述数据处理模块用于将数字信号转换为对应的泄漏电流值；上述输出模块用于输出泄漏电流值和雷击次数计数值。

优选地，为了节省用电，上述供电模块用于为主控模块供电，当AD模块运行时，主控模块控制供电模块对运算放大器供电，AD模块关闭时，主控模块控制供电模块停止对运算放大器供电。

优选地，上述供电模块为电池，包括但不限于一次性电池，充电电池或太阳能电池。

优选地，上述显示模块为液晶屏。

优选地，上述主控模块为微功耗单片机，其型号包括但不限于STM8L系列或MSP430系列。

优选地，上述运算放大器为低功耗运算放大器，其型号包括但不限于OPA348AID。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用气体放电管并联电容器的方式，取代非线性氧化锌电阻片进行过压保护，降低在线监测装置的雷电冲击残压，填补了3kV及以下交、直流***用避雷器在线监测的空白，并提高了3kV以上交、直流***用避雷器的保护水平；

非线性氧化锌电阻片由于工艺和材料的限制，其雷电冲击残压≮2kV。本发明采用气体放电管并联电容器的方式进行雷电冲击残压限制。气体放电管放电过程中，只在起始的很短时间内，残压约为几百伏，当放电管导通后，迅速降到几十伏。当雷击事件发生时，采样电路两端的电压迅速升高，在气体放电管导通之前，通过电容器限制采样电路的电压不超过120V，气体放电管导通后，采样电路的电压被迅速降到几十伏。

2、本发明采用以单片机为核心的主控模块，采用A/D转换和数字信号处理技术，监测避雷器的泄漏电流，同时利用液晶屏显示泄漏电流数据，以在线监测uA级的避雷器泄漏电流；

本发明只需选取合适阻值的采样电阻，从而调整采样电压，并利用调理电路对采样电压进行放大，即可测量uA级别的泄漏电流。而传统避雷器在线监测器，由于采用泄漏电流直接驱动指针式电流表的方式，在泄漏电流为几个uA时，由于工艺的限制，这么小的电流很难驱动指针式电流表。

3、单片机将处理后的泄漏电流等监测数据通过液晶屏进行直观显示，通过观测液晶屏数据即可判断避雷器泄漏电流大小，进一步判断避雷器的老化情况。

4、单片机对运算放大器进行供电控制，仅在进行A/D转换时进行供电，节省用电。

5、采用电池进行供电，不用外接电源，方便应用。

附图说明

图1为传统避雷器在线监测器的工作原理图；

图2为本发明其中一个实施例中采样电路工作原理图；

图3为本发明其中一个实施例的结构框图；

图中附图标记为：11-机械式计数表，12-整流模块，13计数采样模块，14-非线性氧化锌电阻片，15-限流电阻，16-TVS管，17-指针式电流表；

21-气体放电管，23-采样电阻，24-电容器。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

从图3可以看出，本实施例避雷器在线监测装置主要包括采样电路、信号调理电路、雷击侦测电路、主控模块、供电模块及显示模块。

从图2可以看出，本实施例的采样电路采用气体放电管21并联电容器24取代非线性氧化锌电阻片14，限流电阻15与采样电阻23串联，TVS管16与采样电阻23并联，电容器24并联在气体放电管21的两端，气体放电管21的输入端与限流电阻15的输入端连接，气体放电管21的输出端与采样电阻23的输出端连接并接地。

本实施例中主控模块包括中断模块、AD模块、数据处理模块及输出模块；

信号调理电路包括运算放大器，运算放大器的输出端与主控模块中AD模块的输入端连接，AD模块的输出端与数据处理模块的输入端连接，数据处理模块的输出端与输出模块的输入端连接；

雷击侦测电路的输出端与主控模块中中断模块的输入端连接，中断模块的输出端与输出模块的输入端连接；

输出模块的输出端与显示模块连接；

供电模块为主控模块供电，当AD模块运行时，主控模块控制供电模块对运算放大器供电，AD模块关闭时，主控模块控制供电模块停止对运算放大器供电。

具体工作时，控制AD模块和数据处理模块周期性运行，当没有雷击事件发生时，气体放电管21不导通，无泄漏电流流过；泄漏电流流过限流电阻15和采样电阻23，可从采样电阻23两端获取电压信号，因此时电压信号很小，TVS管16不导通，也无泄漏电流流过。

采样电阻23两端的电压信号经运算放大器调理后输出至主控模块的AD模块，AD模块对调理后的电压信号进行模数转化，将电压信号转化为数字信号后输出至数据处理模块，数据处理模块对数字信号进行处理，将数字信号转化为泄漏电流值后通过输出模块发送至显示模块进行显示，在该实施例中显示模块为液晶屏，在其他实施例中也可以是其他类型的显示装置。

当雷击事件发生时，采样电路两端的电压迅速升高，在气体放电管21导通之前，通过电容器24限制采样电路的电压不超过设定值，该设定值可通过调整电容器的电容量调整，一般设定的电压值不超过120V，气体放电管21导通后，采样电路的电压被降到几十伏。同时雷击侦测电路实时侦测采样电阻23两端的雷击信号，并通过输出模块发送至显示模块进行显示。

本实施例中可选取气体放电管21的导通电压U₀＝90V，电容器24的电容量C＝47uF＝0.000047F，采样电阻23阻值R＝1K，避雷器标称放电电流I＝10kA＝10000A；

雷击事件发生时，气体放电管21电压升到导通电压后未导通的100纳秒(t＝0.00000001秒)内，电容器24的电压升幅△U如下：

△U＝I×t/C＝10000×0.00000001/0.000047＝21.3V

则气体放电管21导通时，电容器24的电压U如下：

U＝U₀+△U＝90+21.3＝111.3V

由于这里I取值为峰值10kA，而实际的雷电流是从0升到10kA，所以实际的电容器电压U应小于111.3V。

气体放电管24导通后，电压迅速由111.3V降到其残压(一般小于90V)。

Claims (8)

1.一种避雷器在线监测装置，其特征在于：包括采样电路、信号调理电路、雷击侦测电路、主控模块、供电模块及显示模块；

避雷器与采样电路串联；

所述采样电路包括气体放电管(21)、电容器(24)、限流电阻(15)、采样电阻(23)及TVS管(16)；

限流电阻(15)的一端与气体放电管(21)的一端连接，限流电阻(15)的另一端与采样电阻(23)的一端连接，采样电阻(23)的另一端与气体放电管(21)的另一端连接，TVS管(16)并联在采样电阻(23)的两端，电容器(24)并联在气体放电管(21)的两端；

所述信号调理电路用于采集并调理采样电阻(23)两端的电压信号；

所述雷击侦测电路用于实时侦测采样电阻(23)两端的雷击信号；

所述信号调理电路、雷击侦测电路、供电模块及显示模块均与主控模块连接，所述主控模块用于将经信号调理电路调理后的电压信号进行处理输出、同时控制供电模块为信号调理电路供电并对雷击侦测电路侦测的雷击信号进行计数输出；

所述显示模块用于显示主控模块输出的数据。

2.根据权利要求1所述的避雷器在线监测装置，其特征在于：所述信号调理电路包括运算放大器。

3.根据权利要求2所述的避雷器在线监测装置，其特征在于：所述主控模块包括中断模块、AD模块、数据处理模块及输出模块；

所述中断模块用于捕获雷击侦测电路侦测到的雷击信号并进行计数；所述AD模块用于将经信号调理电路调理后的电压信号转化为数字信号；所述数据处理模块用于将数字信号转换为对应的泄漏电流值；所述输出模块用于输出泄漏电流值和雷击次数计数值。

4.根据权利要求3所述的避雷器在线监测装置，其特征在于：所述供电模块用于为主控模块供电，当AD模块运行时，主控模块控制供电模块对运算放大器供电，AD模块关闭时，主控模块控制供电模块停止对运算放大器供电。

5.根据权利要求4所述的避雷器在线监测装置，其特征在于：所述供电模块为电池，包括一次性电池，充电电池或太阳能电池。

6.根据权利要求1-5任一所述的避雷器在线监测装置，其特征在于：所述显示模块为液晶屏。

7.根据权利要求6所述的避雷器在线监测装置，其特征在于：所述主控模块为微功耗单片机，其型号为STM8L系列或MSP430系列。

8.根据权利要求7所述的避雷器在线监测装置，其特征在于：所述运算放大器为低功耗运算放大器，其型号为OPA348AID。