專利名稱：無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及避雷器在線監(jiān)測技術領域，尤其涉及一種無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置。是通過無殘壓的方法對避雷器運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測。
背景技術：
隨著電子技術的進步和對MOA研究的深入，逐漸出現(xiàn)了一些在線監(jiān)測儀器。這些儀器攜帶方便，使用簡單，不用停電拆除Μ0Α，采用人工巡檢的方式，直接測量MOA的泄漏電流、電壓等性能參數(shù)，大大提高了工作效率，避免了離線監(jiān)測的諸多不便。但是MOA的運行工況非常復雜，相間耦合電容和系統(tǒng)電壓諧波的影響相互交織在一起。采用上述這些在線監(jiān)測儀器對MOA進行監(jiān)測還存在著檢測精度低，實時性不夠等缺點。如今現(xiàn)場應用的避雷器在線監(jiān)測裝置內(nèi)部都安裝電阻片，這樣就使得裝置在受到雷擊時留有殘壓，并且此類裝置只能測量全電流峰值，無法測量阻性電流值，缺少了避雷器狀態(tài)的一個重要判據(jù)。傳統(tǒng)的避雷器監(jiān)測裝置也不具有遠程通信功能，不符合當前智能變電站的基本要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對上述現(xiàn)有技術中存在的問題，提供了一種無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置。目的是為了實現(xiàn)各電壓等級避雷器的在線監(jiān)測，可以完全替代傳統(tǒng)的全電流表和動作計數(shù)器，顯著提高工作效率。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置，包括外殼體和內(nèi)部電路板殼體上設有外蓋，外蓋開有顯示屏窗口，LED顯示器安裝在端蓋上從窗口中顯示；外蓋上還設有凸起、電纜穿線孔及插座；內(nèi)部電路板包括傳感器部分、中央處理器MCU、時鐘電路、存儲電路、信號測量及變換電路、保護電路及通信電路；其中互感器連接在殼體內(nèi)，互感器引出線與電路板接線端子相連；電路板引線避雷器泄漏電流直接進入信號測量及變換電路，在經(jīng)過信號變換后進入中央處理器M⑶；時鐘電路與中央處理器MCU連接；存儲電路也與中央處理器MCU連接；中央處理器MCU直接發(fā)送數(shù)據(jù)到保護電路及通信電路，通過標準的RS485電平傳輸?shù)竭h端。所述的顯示屏窗口由工程透明塑料密封。所述的凸起為耳狀，設有兩個。所述的外蓋材質(zhì)為鑄鋁。所述的插座設有兩個，為五芯金屬航空插座，其中第三芯為通信接口，第二芯為電源接口 ；插座的插頭部分焊接五芯屏蔽電纜。所述的互感器采用小電流穿心互感器。所述的中央處理器MCU采用C8051系列高性能單片機，具有12位AD和SP1、UART接口。[0014]本實用新型具備的功能是能夠在線監(jiān)測避雷器全電流、阻性電流、動作次數(shù)等參數(shù)，并具有本地顯示、遠程通訊、數(shù)據(jù)存儲等功能。裝置適用于各電壓等級避雷器的在線監(jiān)測，可以完全替代傳統(tǒng)的全電流表和動作計數(shù)器。裝置也具有遠程通信功能，采用M0DBUS-RTU協(xié)議，標準RS485通信接口，通信參數(shù)可靈活配置，方便與綜合狀態(tài)監(jiān)測單元(主IED)進行通信。帶有時間戳的全電流、阻性電流和動作次數(shù)等監(jiān)測數(shù)據(jù)可以在裝置內(nèi)部存儲I年以上。當裝置所監(jiān)測的避雷器電流值超過用戶設定值時，將輸出報警信號，及時發(fā)現(xiàn)避雷器老化或受潮問題，防止故障的發(fā)生。本實用新型具有如下優(yōu)點及有益效果監(jiān)測裝置采用穿心式互感器取樣，測量精準，通過雷擊電流時不會殘留壓降，并且對取樣信號進行調(diào)理后送入到處理器，經(jīng)過DFT算法提取出基波及三次諧波，從而得出更精確的全電流和阻性電流值，運行人員可以方便的查看避雷器的運行狀態(tài)。能夠在線監(jiān)測避雷器全電流、阻性電流、動作次數(shù)等參數(shù)，并具有本地顯示、遠程通訊、數(shù)據(jù)存儲等功能。適用于各電壓等級避雷器的在線監(jiān)測，可以完全替代傳統(tǒng)的全電流表和動作計數(shù)器，其應用前景廣闊。達到的效果①加快MOA工況判斷的速度和精度；②實現(xiàn)遠程監(jiān)視與故障預測；③減少監(jiān)測費用。MOA遠程在線監(jiān)測具有較大經(jīng)濟效益和社會意義。

圖1是本實用新型的結構框圖；圖2是本實用新型的外部結構示意圖；圖3是本實用新型的內(nèi)部結構示意圖。圖中顯示屏窗口 I，互感器2，插座3，凸起4，外蓋5，中央處理器MCU 6，存儲電路7、Flash存儲器8，信號測量及變換電路9、放大電路10，基準源電路11，負電壓電路12，保護電路13，電容14，保護電路及通信電路15，電壓瞬態(tài)抑制管16，時鐘電路17，比較器18。
具體實施方式
下面結合本實用新型的具體實施例和附圖，對本實用新型加以詳細描述。本實用新型是一種無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置，硬件部分主要包括外殼體和內(nèi)部電路板殼體上設有外蓋5,外蓋5開有顯不屏窗口 I,LED顯不器安裝在端蓋上從窗口中顯示；外蓋5上還設有凸起4、電纜穿線孔及插座3 ;內(nèi)部電路板包括傳感器部分、中央處理器MCU 6、保護電路及通信電路15、存儲電路7、信號測量及變換電路9、電容14。其中互感器2連接在殼體內(nèi)，互感器2引出線與電路板接線端子相連；電路板引線避雷器泄漏電流直接進入信號測量及變換電路9，在經(jīng)過信號變換后進入中央處理器MCU 6 ;時鐘電路17與中央處理器MCU 6連接；存儲電路7也與中央處理器MCU 6連接，便于存儲電流和時間數(shù)據(jù)。中央處理器MCU 6直接發(fā)送數(shù)據(jù)到保護電路及通信電路15，通過標準的RS485電平傳輸?shù)竭h端。本實用新型所述監(jiān)測裝置的外蓋5材質(zhì)為鑄鋁，端蓋上開有顯示屏窗口 1，窗口由工程透明塑料密封。具有寬溫功能的LED顯示器安裝在端蓋上從窗口中顯示。鑄鋁盒背部有兩個耳狀凸起4，用于將外殼固定到避雷器底座上。外殼盒體部分開有電纜穿線孔，避雷器接地線穿過盒體后接入大地。殼體下方安裝兩個芯金屬航空插座3，其中第三芯為通信接口，第二芯為電源接口。插頭部分可以焊接屏蔽電纜。內(nèi)部電路傳感器采用小電流穿心互感器2，采用樹脂把互感器澆灌到盒體內(nèi)部，互感器引出線至電路板接線端子處。中央處理器MCU 6采用C8051系列高性能單片機，具有12位AD和SP1、UART接口。時鐘芯片DS1302 17采用32. 768Hz晶振提供高精度的時基。存儲電路7，采用Flash存儲器8和EEPROM存儲芯片，分別能夠存儲測量數(shù)據(jù)16M字節(jié)和指針數(shù)據(jù)256字節(jié)。信號測量及變換電路9，信號通過互感器2進入到信號測量及變換電路9，經(jīng)過信號變換調(diào)制成可供單片機采集的信號，經(jīng)過軟件算法處理。保護電路13，在信號的輸入端口加入電壓瞬態(tài)抑制電路以保護測量及變換電路不至于在雷電場合下受損。電壓瞬態(tài)抑制管(TVS)的選擇條件要滿足直流擊穿電壓大于采樣電路能承受的最大值Uixw >λ/ χ/￡ X Λ，最大沖擊電流能夠承受流過避雷器最大雷電電流。通信電路，通信電路采用RS485電路，差分電平傳輸方式令通信距離更遠，抗干擾性更強，通信協(xié)議采用M0DBUS-RTU協(xié)議，數(shù)據(jù)經(jīng)過CRC16校驗可使通信傳輸更可靠。計數(shù)電路采用觸發(fā)器觸發(fā)單片機中斷端口，從而進行計數(shù)功能。工作原理無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置采用雙CT采樣電流信號和雷擊信號，通過一個精密互感器采集出避雷器泄漏電流，經(jīng)過信號測量及變換電路9，進入中央處理器MCU 6，中央處理器MCU 6內(nèi)部AD可以根據(jù)用戶設置啟動，當啟動采集命令后，處理器讀取一個周波256個采樣點的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過離散傅立葉算法，提取出基波和三次諧波，計算出當前時間的全電流值和阻性電流值，并且存儲到FLASH芯片8中，存儲時間為I年，用戶也可以調(diào)取存儲器的歷史數(shù)據(jù)。計數(shù)功能是采用高頻互感器，當發(fā)生避雷器發(fā)生雷擊或者線路過電壓時，流出避雷器的電流突然增大，高頻互感器可以提取雷擊或過電壓信號，并且經(jīng)過整流，TVS電壓瞬態(tài)抑制管16保護，最后對電容14充電，電壓升高至基準電壓后觸發(fā)比較器18，比較器18輸出高電平進入處理器中斷，并記錄此次雷擊或過電壓信號。本裝置通過時鐘芯片DS1302 17使每次的電流數(shù)據(jù)和雷擊數(shù)據(jù)帶上時間戳，便于數(shù)據(jù)查詢及故障診斷。本實用新型是通過精密電流互感器對電流信號進行測量，經(jīng)過信號調(diào)理及變換電路轉(zhuǎn)換成處理器可接受范圍的電壓信號，在處理器中利用快速傅立葉算法進行計算，得出避雷器全電流和阻性電流。裝置的計數(shù)功能是采用高頻互感器取樣，大電流沖擊下觸發(fā)比較器，保持并記錄。兩種信號的采集都是采用穿心式互感器，因此在裝置內(nèi)部無殘壓，很好解決了傳統(tǒng)監(jiān)測裝置在避雷器受到雷擊后，裝置存留殘壓高，從而影響避雷器壽命問題。本實用新型的裝置還采用離散傅立葉算法，很好的提取出避雷器的全電流和阻性電流，測量精度得到提高。無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測測量方法是器的泄漏電流經(jīng)過無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置的穿心式電流互感器，電流信號進入電流電壓轉(zhuǎn)換電路，把電流變換成電壓信號，在經(jīng)過電壓信號調(diào)理電路后變換成MCU可以接受的電壓幅值，最后進入MCU進行計算，在經(jīng)過DFT離散傅立葉變換后，采集的電流信號分解出全電流和阻性電流的基波值，在顯示屏以輪詢方式顯示數(shù)據(jù)并存在FLASH存儲器中，存儲數(shù)據(jù)的指針存放在E2PR0M中，可以多次擦寫；當上位機請求發(fā)送數(shù)據(jù)時，MCU通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)接收到命令，并通過UART串口發(fā)出相應返回數(shù)據(jù)。所述的把電流變換成電壓信號是采用高頻互感器感應大電流的出現(xiàn)，當有大電流通過高頻互感器后，在互感器二次側(cè)輸出一定的幅值的電流，經(jīng)過比較電路后形成脈沖信號并直接觸發(fā)MCU中斷功能，此時MCU記錄雷電流或過電壓發(fā)生一次，并且把實時時鐘系統(tǒng)所記錄的時間一起存入FLASH存儲器中。一、計算公式諧波分析法的基本原理如下任意周期性函數(shù)f(t)只要滿足狄里赫利條件，即給定的周期性函數(shù)在有限的區(qū)間內(nèi)，只有有限個第一類間斷點和有限個極大值和極小值，而電工技術中所遇到的周期函數(shù)通常都滿足這個條件。則f (t)均可分解為由直流分量和各次諧波所組成的傅里葉級數(shù)[0032]
權利要求1.無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置，包括外殼體和內(nèi)部電路板其特征是殼體上設有外蓋(5)，外蓋(5)開有顯示屏窗口( I )，LED顯示器安裝在端蓋上從窗口中顯示；外蓋(5)上還設有凸起(4)、電纜穿線孔及插座(3)；內(nèi)部電路板包括傳感器部分、中央處理器MCU (6 )、時鐘電路(17 )、存儲電路(7 )、信號測量及變換電路(9)、保護電路及通信電路(15)；其中互感器(2)連接在殼體內(nèi)，互感器(2)引出線與電路板接線端子相連；電路板引線避雷器泄漏電流直接進入信號測量及變換電路(9)，在經(jīng)過信號變換后進入中央處理器 MCU (6);時鐘電路(17)與中央處理器MCU (6)連接；存儲電路(7)也與中央處理器MCU (6) 連接；中央處理器MCU (6)直接發(fā)送數(shù)據(jù)到保護電路及通信電路(15)，通過標準的RS485電平傳輸?shù)竭h端。
2.根據(jù)權利要求1所述的無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置，其特征是所述的顯示屏窗口(I)由工程透明塑料密封。
3.根據(jù)權利要求1所述的無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置，其特征是所述的凸起(4)為耳狀，設有兩個。
4.根據(jù)權利要求1所述的無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置，其特征是所述的外蓋(5)材質(zhì)為鑄鋁。
5.根據(jù)權利要求1所述的無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置，其特征是所述的插座(3)設有兩個，為五芯金屬航空插座，其中第三芯為通信接口，第二芯為電源接口 ； 插座(3)的插頭部分焊接五芯屏蔽電纜。
6.根據(jù)權利要求1所述的無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置，其特征是所述的互感器(2)采用小電流穿心互感器。
7.根據(jù)權利要求1所述的無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置，其特征是所述的中央處理器MCU (6)采用C8051系列高性能單片機，具有12位AD和SP1、UART接口。
專利摘要本實用新型涉及避雷器在線監(jiān)測技術領域，尤其涉及一種無間隙金屬氧化物避雷器無殘壓監(jiān)測裝置。是通過無殘壓的方法對避雷器運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測。本實用新型包括外殼體和內(nèi)部電路板在體上設有外蓋，外蓋開有顯示屏窗口，LED顯示器安裝在端蓋上從窗口中顯示；外蓋上還設有凸起、電纜穿線孔及插座；內(nèi)部電路板包括傳感器部分、中央處理器MCU、時鐘電路、存儲電路、信號測量及變換電路、保護電路及通信電路。本實用新型能夠在線監(jiān)測避雷器全電流、阻性電流、動作次數(shù)等參數(shù)，并具有本地顯示、遠程通訊、數(shù)據(jù)存儲等功能。適用于各電壓等級避雷器的在線監(jiān)測，可以完全替代傳統(tǒng)的全電流表和動作計數(shù)器，其應用前景廣闊。
文檔編號G01R19/17GK202854247SQ201220477498
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權日2012年9月18日
發(fā)明者高強, 鐘丹田, 耿寶宏, 劉齊, 王茂軍, 李洪凱, 張靜, 原峰, 李平 申請人:遼寧省電力有限公司電力科學研究院, 遼寧省電力有限公司朝陽供電公司, 東北電力科學研究院有限公司, 遼寧東科電力有限公司, 國家電網(wǎng)公司