專利名稱：一種避雷器用在線數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
一種避雷器用在線數(shù)據(jù)采集裝置技術(shù)領(lǐng)域
本該發(fā)明屬于一種電力系統(tǒng)避雷器用在線數(shù)據(jù)采集監(jiān)測裝置。特別是一種監(jiān)測避雷器電流電壓各項參數(shù)指標(biāo)及放電動作次數(shù)，并進行數(shù)據(jù)采集、分析、存儲與傳輸?shù)脑诰€數(shù)據(jù)采集器。該采集器適合配套于6 500千伏電壓等級的各式站內(nèi)型及線路電力避雷器，監(jiān)測避雷器工作運行狀態(tài)，保障電網(wǎng)正常運行和電力設(shè)備安全。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的避雷器的安全運行是整個電力系統(tǒng)安全運行的重要基礎(chǔ)，避雷器在電網(wǎng)中運行時，如果其內(nèi)部存在因制造不良、老化以及外力破壞造成的絕緣缺陷，會發(fā)生影響電力設(shè)備和電網(wǎng)安全運行的絕緣事故。目前，避雷器已經(jīng)普遍配套了傳統(tǒng)監(jiān)測器和其改進產(chǎn)品如:公告號為CN201017462Y、發(fā)明名稱為《避雷器動作計數(shù)遠(yuǎn)傳器》所公開的包括脈沖輸入接口電路、單片機電路、GSM模塊接口及外圍電路、電源電路在內(nèi)的技術(shù)即為此類裝置。該裝置將現(xiàn)場顯示避雷器的放電動作次數(shù)并將其遠(yuǎn)傳，雖然具有結(jié)構(gòu)簡單，但功能單一，而且在數(shù)據(jù)傳輸通道上采用RS232串口通訊，不能滿足目前國家電網(wǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)的要求，GSM在沒有信號基站的情況下也存在失效及漏傳的弊端。在避雷器數(shù)據(jù)采集功能方面，有的監(jiān)測器雖然已經(jīng)引入了計算機方式，但是由于技術(shù)不成熟，加之無統(tǒng)一或標(biāo)準(zhǔn)信息通路，至今大多數(shù)變電站無論是站內(nèi)還是線路避雷器仍然是采用運行值班人員定期巡視記錄的方式，因而存在人力物力花費大，且數(shù)據(jù)采集周期長，效率低，不能及時分析數(shù)據(jù)并報警等缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)存在的缺陷，在背景技術(shù)基礎(chǔ)上改進設(shè)計一種避雷器用在線數(shù)據(jù)采集裝置，以便能夠?qū)崟r地將被監(jiān)測的氧化鋅避雷器的泄漏電流，包括全電流、阻性電流、三次諧波阻性電流、避雷器動作的放電時間、次數(shù)等參數(shù)進行自動記錄并通過標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議準(zhǔn)確及時地遠(yuǎn)程傳輸?shù)诫娏ο到y(tǒng)服務(wù)管理中心或調(diào)度中心；達(dá)到有效提高電力部門安全管理避雷器的效率，對避雷器不停電的實時在線監(jiān)測、特別是對野外偏遠(yuǎn)地區(qū)避雷器的實時在線監(jiān)測，減少線路雷擊停電事故等目的。
本發(fā)明避雷器用在線數(shù)據(jù)采集裝置包括脈沖輸入接口電路，單片機，數(shù)據(jù)傳輸通信模塊，電源電路，關(guān)鍵在于該數(shù)據(jù)采集裝置還包括由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的信號取樣電路，由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的泄漏電流放大整理電路以及由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的同相電壓信號放大整理電路，鎖相環(huán)電路，ADC轉(zhuǎn)換電路，而數(shù)據(jù)傳輸通信模塊則包含時鐘及Flash數(shù)據(jù)存儲電路、隔離與數(shù)據(jù)傳輸電路、無線通信模塊以及按鍵及液晶顯示電路；單片機分別通過數(shù)據(jù)線與脈沖輸入接口電路、ADC轉(zhuǎn)換電路、電源電路、時鐘及Flash數(shù)據(jù)存儲電路、通訊電路(總線)、無線通信模塊以及按鍵及液晶顯示電路連接，信號取樣電路的輸出端分別與脈沖輸入接口電路的輸入端及泄漏電流放大整理電路的輸入端連接，泄漏電流放大整理電路及同相電壓信號放大整理電路又分別通過數(shù)據(jù)線與ADC轉(zhuǎn)換電路連接，鎖相環(huán)電路通過其輸入端及輸出端分別與同相電壓信號放大整理電路的輸出端及ADC轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接；整個裝置工作時則通過信號取樣電路的輸入端口與三相電力避雷器的輸出端連接、以接收其輸出信號，通過同相電壓信號放大整理電路的輸入端口與三相電網(wǎng)連接，以分別接收避雷器的輸出信號及三相電網(wǎng)的電壓信號。上述由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的信號取樣電路，每相均為兩組、每組由三只二極管同向串聯(lián)后再彼此反向并聯(lián)組成的二極管取樣電路。所述由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的泄漏電流放大整理電路，每相電路均包括TVS管、儀表放大器、開關(guān)二極管、電壓反饋運算放大器在內(nèi)的一種運算放大整理電路。而所述由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的同相電壓信號放大整理電路，每相電路均包括TVS管、儀表放大器、開關(guān)二極管、電壓反饋運算放大器在內(nèi)的電壓分壓放大整理電路。所述鎖相環(huán)電路，包括放大電路、施密特觸發(fā)整流電路及鎖相環(huán)集成電路。本發(fā)明可實現(xiàn):1.在線采集所設(shè)地點電力避雷器的動作次數(shù)及動作的精確時間，并自動記錄數(shù)值；2.顯示三相電網(wǎng)中單相避雷器的泄漏全電流、阻性電流、三次諧波阻性電流等，并通過采集泄漏電流信號，特別是阻性電流的計算反映出避雷器的真實工作狀態(tài)和老化情況；3.通過直接與線路PT相連接，實時監(jiān)測并真實顯示電力系統(tǒng)線路出線端電壓的具體數(shù)值；4.實時地將避雷器的泄漏電流、動作次數(shù)等數(shù)據(jù)通過485總線或無線模塊遠(yuǎn)程傳輸?shù)诫娏芾碇行?，從而極大地提高了電力部門安全管理避雷器的效率，減少了線路雷擊停電事故，并克服了野外偏遠(yuǎn)地區(qū)的避雷器不能有效監(jiān)測，且監(jiān)測不夠全面以及由此帶來的諸多問題；5.嵌入到大型電力工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、無人值守智能電力系統(tǒng)中，使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，滿足這些系統(tǒng)所需要的高可靠性、高實時性等要求，且性能穩(wěn)定；因而本發(fā)明具有功能全，性能穩(wěn)定、可靠性高，適應(yīng)范圍廣，實現(xiàn)了對避雷器不停電的實時在線監(jiān)測，解決了傳統(tǒng)避雷器用監(jiān)測器功能單一無多項電流數(shù)據(jù)采集分析的弊端，能及時發(fā)現(xiàn)避雷器的缺陷并有效防止雷擊停電事故，可有效提高電力部門安全管理避雷器的效率，實時性強，特別是對野外偏遠(yuǎn)地區(qū)避雷器的工作狀況進有效監(jiān)測、以減少線路雷擊停電等事故的發(fā)生等特點。


圖1為本發(fā)明的電路原理結(jié)構(gòu)示意圖(方框圖)；圖2為本發(fā)明具體實施方式
電路結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系示意圖；圖3為本發(fā)明具體實施方式
脈沖輸入接口電路102中各單相(Ma、Mb、Mc)脈沖輸入接口電路圖；圖4為本發(fā)明具體實施方式
泄漏電流放大整理電路103和同相電壓信號放大整理電路104中各單相電路圖；圖5為本發(fā)明具體實施方式
由放大電路、施密特觸發(fā)整流電路及鎖相環(huán)集成電路組成的鎖相環(huán)電路。圖中:101.信號取樣電路，102.脈沖輸入接口電路，103.泄漏電流放大整理電路，104.同相電壓信號放大整理電路，105鎖相環(huán)電路，106.ADC轉(zhuǎn)換電路，107.單片機，108.時鐘及Flash數(shù)據(jù)存儲電路，109.(485)通訊電路，110.無線通訊模塊，111.按鍵及液晶顯示電路，112.電源電路；201、202:分別為三相機電式在線監(jiān)測器、三相電壓互感器輸入線。
具體實施例方式圖2為本發(fā)明實施方式電路結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系示意圖，其中:信號取樣電路101為三相電路，每相均為兩組、每組由三只二極管1N5401同向串聯(lián)后再彼此反向并聯(lián)組成的二極管取樣電路(圖2中101虛線框內(nèi)所示即為每相取樣電路圖);取樣所得的三相脈沖信號由數(shù)據(jù)線接入脈沖輸入接口電路102的光耦絕緣芯片6N137，而泄漏電流信號則由數(shù)據(jù)線接入泄漏電流放大整理電路103的電流信號保護及儀表放大器 INA128U_BB ；脈沖輸入接口電路102本實施方式由三組附圖3所示的電路組成，分別負(fù)責(zé)接入信號取樣電路101輸入的三相脈沖信號，每組電路包括瞬態(tài)抑制二極管(以下簡稱TVS管)P6KE20CA、光耦絕緣芯片6N137、雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器SN74HC123N和六角施密特觸發(fā)器逆變器SN74HC14N在內(nèi)的光電隔離模塊(電路)；其中TVS管與光耦絕緣芯片6N137并聯(lián)、該芯片又與雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器串聯(lián)，雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器SN74HC123N與六角施密特觸發(fā)器逆變器SN74HC14N串聯(lián)，輸出信號接入單片機(SMT32F101VBT6) 107 ；泄漏電流放大整理電路103本實施方式由三相(組)與附圖4所示相同的的電路組成、分別負(fù)責(zé)接入電路101輸入的三相泄漏電流信號，每相電路包括型號為P6KE20CA的TVS管、精密低功耗儀表放大器INA128U_BB、開關(guān)二極管IN4148，電壓反饋運算放大器0PA227U_BB在內(nèi)的一種運算放大電路；其中TVS管與精密低功耗儀表放大器INA128U_BB并聯(lián)，精密低功耗儀表放大器與開關(guān)二極管IN4148串聯(lián)，開關(guān)二極管與電壓反饋運算放大器0PA227U_BB串聯(lián)；輸出的電流信號由數(shù)據(jù)線與ADC轉(zhuǎn)換電路106的AD轉(zhuǎn)換芯片AD7656連接；同相電壓信號放大整理電路104本實施方式仍由三相與附圖4所不相同的電路組成、通過數(shù)據(jù)線202分別接收由外部互感器采集的三相電網(wǎng)電壓信號，每相電路均包括型號為P6KE20CA的TVS管、精密低功耗儀表放大器INA128U_BB、開關(guān)二極管IN4148，電壓反饋運算放大器0PA227U_BB ;其中TVS管與精密低功耗儀表放大器INA128U_BB并聯(lián)，精密低功耗儀表放大器與開關(guān)二極管IN4148串聯(lián)，開關(guān)二極管與電壓反饋運算放大器串聯(lián)0PA227U_BB，輸出的電壓信號由數(shù)據(jù)線分別輸入到鎖相環(huán)電路105中的的運算放大器TL082C和電路106的AD轉(zhuǎn)換芯片AD7656 ；鎖相環(huán)電路105，附圖5即為本實施方式鎖相環(huán)電路圖，主要包括運算放大電路TL082C，由開關(guān)二極管IN4148、四倍雙輸入與非門施密特觸發(fā)器MC14093BCL、整流器T521-1、晶體小功率三極管9013組成的施密特觸發(fā)整流電路，由CMOS鎖相環(huán)集成塊⑶4046、14位二進制串行計數(shù)器⑶4020、雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器D4528、晶體小功率三極管9013組成的鎖相環(huán)集成電路；其中運算放大電路TL082C接收經(jīng)由電路104輸出的電壓信號，運算放大電路與施密特觸發(fā)整流電路串聯(lián)，施密特觸發(fā)整流電路與鎖相環(huán)集成電路串聯(lián)，輸出ADC啟動信號由數(shù)據(jù)線接入ADC轉(zhuǎn)換電路106的AD轉(zhuǎn)換芯片AD7656 ；ADC轉(zhuǎn)換電路106，本實施方式采用型號為AD7656的AD轉(zhuǎn)換芯片，該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換IC是一款6通道，同步采樣的AD轉(zhuǎn)換芯片，可以非常準(zhǔn)確的將輸入的6個通道相關(guān)信號進行同步采樣，并可同時接收來自泄漏電流放大整理電路103、同相電壓信號放大整理電路104、鎖相環(huán)電路105的信號并進行數(shù)模轉(zhuǎn)化，輸出信號由數(shù)據(jù)線接入單片機(SMT32F101VBT6) 107 ；單片機107，采用型號SMT32F101VBT6，作為本設(shè)計的核心處理器，具有32位總線，72Mhz主頻的ARM Cortex-M系列處理器。它通過數(shù)據(jù)線連接并同時接收來自電路102、電路106的全部信號并進行運算分析處理，同時由數(shù)據(jù)線連接電路108、電路109、電路110和電路111。單片機107作為在線數(shù)據(jù)采集裝置的核心處理器，本實施方式采用型號SMT32F101VBT6單片機，該單片機是一種具有32位總線、72Mhz主頻的ARM Cortex-M系列處理器；時鐘及Flash數(shù)據(jù)存儲電路108，采用SPI 口 Flash存儲模塊AD45DB041B-SI ；485通訊電路109，型號為ADM2482EBRWZ，作為485通訊隔離IC ；無線通訊模塊110,采用433MHz無線射頻傳輸模塊；按鍵及液晶顯示電路111，采用串口控制256色的3.5寸彩色液晶顯示器；電源電路112采用參數(shù)為輸入AC220V，輸入DC5V，3A的電源輸入模塊。本實施方式所得的裝置工作時的流程為:當(dāng)電力系統(tǒng)正常運行時，避雷器產(chǎn)生電流信號經(jīng)取樣電路101的二極管采樣，輸出電流信號M0A_Ia、M0A_Ib、M0A_Ic至泄漏電流放大整理電路103的采樣電阻，并與TVS管并聯(lián)，TVS管對電流信號進行箝位，保護其后級電路；信號隨后進入精密低功耗儀表放大器進行電位調(diào)整，并進行驅(qū)動功率放大后再由TVS管進行箝位保護，并經(jīng)由電壓反饋運算放大器再次進行功率驅(qū)動放大，最后使經(jīng)電路103放大整理后的電流信號la、lb、Ic滿足送入ADC轉(zhuǎn)換電路106的參數(shù)要求，并分別接入ADC芯片106的第42引腳、45引腳、48引腳；電網(wǎng)電壓通過外部同相PT輸出對應(yīng)的電壓信號M0A_Ua、M0A_Ub、M0A_Uc至同相電壓信號放大整理電路104，其前端分壓電阻對輸入信號進行分壓，TVS管對分壓電阻信號進行箝位，保護后級電路，信號進入儀表放大器后進行電位調(diào)整、并進行驅(qū)動放大后再由整流二極管進行箝位保護，并經(jīng)由電壓反饋運算放大器再次進行功率驅(qū)動放大，最后使經(jīng)電路104放大整理后的電壓信號Ua、Ub、Uc滿足送入ADC轉(zhuǎn)換電路106的參數(shù)要求，并分別接入ADC芯片的第33引腳、36引腳、39引腳；與此同時，電路104產(chǎn)生的電壓信號Ua’接入鎖相環(huán)電路105后，送入運算放大器進行信號放大，經(jīng)由整流二極管箝位保護后，送至四倍雙輸入與非門施密特觸發(fā)整流電路進行驅(qū)動能力的提升，再經(jīng)過三極管驅(qū)動光耦整流器，得到電氣隔離的被測電網(wǎng)頻率，再送入CMOS鎖相環(huán)集成電路、雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、14位二進制串行計數(shù)器得到被測電網(wǎng)的64倍頻率信號ADC_0PEN，其具有實時跟隨電網(wǎng)變化而調(diào)整的特性，ADC_0PEN接ADC轉(zhuǎn)換芯片的21-23腳用來驅(qū)動進行信號的數(shù)字化轉(zhuǎn)換操作；ADC轉(zhuǎn)換電路106的芯片支持6路模擬信號同步采樣，一旦ADC_0PEN信號觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換，則該轉(zhuǎn)換芯片將同時鎖存6路模擬信號，轉(zhuǎn)換成功后觸發(fā)單片機，單片機讀取ADC轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)結(jié)果，進行進一步的計算，進而求得A相、B相、C相三相的電力避雷器泄漏電流的全電流、基波阻性電流、基波容性電流、三次諧波阻性電流、三次諧波容性電流等參數(shù)。當(dāng)電力系統(tǒng)遭遇雷擊避雷器動作時，在線監(jiān)測器經(jīng)取樣電路101輸出雷電脈沖信號Ma、Mb、Mc進入電路102后，經(jīng)過TVS管進行箝位、保護后級電路，并由電阻限流后進入光耦芯片，通過光電隔離后，脈沖信號再經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，進行施密特調(diào)整和相位調(diào)整，最后將雷電動作的脈沖信號Pa、Pb、Pc送至單片機107的67腳；單片機識別到雷電脈沖信號后，將啟動測試信號的保存功能，保存放電脈沖信號發(fā)生時的電壓、電流信號及其發(fā)生時間，電路111按鍵及液晶顯示電路連接到單片機107主體可現(xiàn)場設(shè)置及數(shù)據(jù)瀏覽，電源電路112由可靠的外部220V交流電源接入采集裝置，可保證本發(fā)明設(shè)備能持續(xù)長期地工作。根據(jù)用戶的預(yù)先寫入程序及功能設(shè)定，單片機將得到的數(shù)據(jù)通過(485)通訊電路109或無線通訊模塊110并以485數(shù)據(jù)總線通訊方式或433MHz無線通訊模塊無線信號方式傳送到電力系統(tǒng)服務(wù)管理中心或調(diào)度中心，時鐘及Flash數(shù)據(jù)存儲電路108則用來定時保存單片機得到的數(shù)據(jù)并實時傳輸。
權(quán)利要求
1.一種避雷器用在線數(shù)據(jù)采集裝置，包括脈沖輸入接口電路，單片機，數(shù)據(jù)傳輸通信模塊，電源電路，其特征在于該數(shù)據(jù)采集裝置還包括由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的信號取樣電路，由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的泄漏電流放大整理電路以及由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的同相電壓信號放大整理電路，鎖相環(huán)電路，ADC轉(zhuǎn)換電路，而數(shù)據(jù)傳輸通信模塊則包含時鐘及Flash數(shù)據(jù)存儲電路、隔離與數(shù)據(jù)傳輸電路、無線通信模塊以及按鍵及液晶顯示電路；單片機分別通過數(shù)據(jù)線與脈沖輸入接口電路、ADC轉(zhuǎn)換電路、電源電路、時鐘及Flash數(shù)據(jù)存儲電路、通訊電路、無線通信模塊以及按鍵及液晶顯示電路連接，信號取樣電路的輸出端分別與脈沖輸入接口電路的輸入端及泄漏電流放大整理電路的輸入端連接，泄漏電流放大整理電路及同相電壓信號放大整理電路又分別通過數(shù)據(jù)線與ADC轉(zhuǎn)換電路連接，鎖相環(huán)電路通過其輸入端及輸出端分別與同相電壓信號放大整理電路的輸出端及ADC轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接；整個裝置工作時則通過信號取樣電路的輸入端口與三相電力避雷器的輸出端連接、以接收其輸出信號，通過同相電壓信號放大整理電路的輸入端口與三相電網(wǎng)連接，以分別接收避雷器的輸出信號及三相電網(wǎng)的電壓信號。
2.按權(quán)利要求1所述避雷器用在線數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的信號取樣電路，每相均為兩組、每組由三只二極管同向串聯(lián)后再彼此反向并聯(lián)組成的二極管取樣電路。
3.按權(quán)利要求1所述避雷器用在線數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的泄漏電流放大整理電路，每相電路均包括TVS管、儀表放大器、開關(guān)二極管、電壓反饋運算放大器在內(nèi)的一種運算放大整理電路。
4.按權(quán)利要求1所述避雷器用在線數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的同相電壓信號放大整理電路，每相電路均包括TVS管、儀表放大器、開關(guān)二極管、電壓反饋運算放大器在內(nèi)的電壓分壓放大整理電路。
5.按權(quán)利要求1所述避雷器用在線數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述鎖相環(huán)電路，包括放大電路、施密特觸發(fā)整流電路及鎖相環(huán)集成電路。
全文摘要
該發(fā)明屬于一種電力系統(tǒng)避雷器用在線數(shù)據(jù)采集監(jiān)測裝置，包括脈沖輸入接口電路，單片機，含時鐘及Flash數(shù)據(jù)存儲電路、隔離與數(shù)據(jù)傳輸電路、無線通信模塊以及按鍵及液晶顯示電路在內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸通信模塊，由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的信號取樣電路，由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的泄漏電流放大整理電路以及由三相相同電路結(jié)構(gòu)組成的同相電壓信號放大整理電路，鎖相環(huán)電路，ADC轉(zhuǎn)換電路，電源電路。該發(fā)明具有功能全，性能穩(wěn)定、可靠，實時性強，可對避雷器不停電的實時在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)避雷器的缺陷，有效提高電力部門安全管理避雷器的效率，特別是對野外偏遠(yuǎn)地區(qū)避雷器的工作狀況進有效監(jiān)測、以減少線路雷擊停電等事故的發(fā)生，適應(yīng)范圍廣等特點。
文檔編號G01R19/25GK103197134SQ20131010875
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者王碩 申請人:自貢華能電器有限公司