基于fft算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置及其方法，包括比較電路、四個結構相同的測試電路、分析控制模塊、無線模塊；其中比較電路包括光耦隔離電路、過零比較電路，所述光耦隔離電路的一端與輸電線A、B、C三相中的一相相連，光耦隔離電路的另一端與過零比較電路的輸入端相連，所述過零比較電路的另一端與分析控制模塊相連；本發(fā)明對A相、B相、C相的三相的全電流和N相同時監(jiān)測，同時將得到的全電流基于傅里葉進行變換得到阻性電流，分析阻性電流排除容性電流的干擾，使檢測的靈敏度增加；在線實時監(jiān)測避雷器和變壓器的運行狀態(tài)，減少非計劃停電和運行事故；降低檢修費用，監(jiān)測避雷器和變壓器的早期故障信號，連續(xù)實時的跟蹤故障演變過程。
【專利說明】基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置及其方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明公開了一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置及其方法，具體涉及避雷器監(jiān)測【技術領域】。

【背景技術】
[0002]避雷器是電力系統(tǒng)的重要設備之一，避雷器的作用是用來保護電力系統(tǒng)中各種電器設備免受雷電過電壓、操作過電壓、工頻暫態(tài)過電壓沖擊而損壞的一個電器。避雷器的類型主要有保護間隙、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。保護間隙主要用于限制大氣過電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電所進線段保護。閥型避雷器與氧化鋅避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護，在500KV及以下系統(tǒng)主要用于限制大氣過電壓，在超高壓系統(tǒng)中還將用來限制內過電壓或作內過電壓的后備保護。
[0003]隨著避雷器投入運行時間的增長以及其產品存在的缺陷，避雷器在運行電壓下的受潮、老化問題日益突出。為了及時發(fā)現避雷器的隱患，需要對其運行狀況在線監(jiān)測，需要監(jiān)測避雷器和變壓器的全電流，對避雷器和變壓器的內部絕緣情況進行監(jiān)測，從而及時發(fā)現變壓器和避雷器的工作狀況，目前，對避雷器狀態(tài)在線監(jiān)測的主要手段是在線監(jiān)測，目前的檢測技術不能實現三相電流電壓同時檢測，從而無法在同一時間直接觀測到避雷器的工作狀況，另外現有的避雷器監(jiān)測裝置都沒有遠程傳輸功能，需要操作人員到現場進行讀取，從而浪費時間和精力，同時不能直觀的進行查看，無法有效率的對數據進行查看分析，有效的預測泄露電流的情況，不能有效的提高工作效率。
[0004]過正常運行的氧化鋅避雷器由容性電流和阻性電流，由于氧化鋅微粒的間距很小，其等效電容較大，因此，總電流中容性電流占主要成分；氧化鋅避雷器因受潮或老化后，主要是阻性電流起變化(一般表現為泄漏增加)，如果僅檢測總電流，其阻性電流的微小變化將被大得多的容性點流所湮滅，檢測的靈敏度很低，往往不能發(fā)現早期的缺陷和故障，。這些問題都是目前急需要解決的問題。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是:針對現有技術的缺陷，提供一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置及其方法，對A、B、C三相的全電流和N相同時監(jiān)測，同時將得到的全電流基于傅里葉進行變換得到阻性電流，分析阻性電流排除容性電流的干擾，使檢測的靈敏度增加；在線實時監(jiān)測避雷器和變壓器的運行狀態(tài)，減少非計劃停電和運行事故，提高工作效率，減輕工作人員的勞動強度；降低檢修費用，延長定期檢修時間間隔，監(jiān)測避雷器和變壓器的早期故障信號，連續(xù)實時的跟蹤故障演變過程，科學動態(tài)地調整負荷。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置，包括比較電路、四個結構相同的測試電路、分析控制模塊、無線模塊；
其中比較電路包括光耦隔離電路、過零比較電路，所述光耦隔離電路的一端與輸電線A、B、C三相中的一相相連，光耦隔離電路的另一端與過零比較電路的輸入端相連，所述過零比較電路的另一端與分析控制模塊相連；
測試電路包括氧化鋅MOV電流泄露回路、互感器、電流電壓轉換電路、濾波電路、放大器，其中所述氧化鋅MOV電流泄露回路的一端與四個輸電線的一個相連，所述氧化鋅MOV電流泄露回路的另一端與互感器的繞組相感應，互感器的輸出端與電流電壓轉換電路的輸入端相連，所述電流電壓轉換電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連，所述濾波電路的輸出端與所述放大器的輸入端相連，所述放大器的輸出端與分析控制模塊相連；
所述分析控制模塊還與無線模塊相連；
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述濾波電路采用RC濾波電路。
[0007]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述過零比較電路，采用低功耗運放方式對工頻電網頻率進行過零點檢測。
[0008]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述分析控制模塊采用MCU控制器，MCU控制器為STM32L單片機。
[0009]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述無線模塊采用SI4432小無線傳輸芯片。
[0010]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述放大器為三級增益可調放大器。
[0011]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述互感器為穿心互感器。
[0012]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述電流電壓轉換電路采用低功耗集成運算放大器和精密采樣電阻，構成反比例電流電壓轉換電路。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，還包括溫度傳感器、濕度傳感器、顯示模塊、GPS模塊、大電流檢測線圈和電流檢測模塊，其中溫度傳感器、濕度傳感器、顯示模塊、GPS模塊、大電流檢測線圈和電流檢測模塊均與分析控制模塊相連，溫度傳感器、濕度傳感器將檢測的溫度數據、濕度數據發(fā)送給分析控制模塊，分析控制模塊對接收到的溫度數據和濕度數據進行分析后，將最終的數據在顯示模塊進行顯示；GPS模塊將測得的經緯和緯度信息發(fā)送給分析控制模塊，分析控制模塊將分析所得的經緯和緯度信息在顯示模塊中進行顯示；大電流檢測線圈檢測流過避雷器內部的過電壓的電流的信息，并發(fā)送到分析控制模塊，分析控制模塊通過分析電流的信息得到電流的峰值、波長和波形，并通過無線模塊發(fā)送；電流檢測模塊將檢測的避雷器表面的的泄露電流值發(fā)送到分析控制模塊，分析控制模塊將得到的泄露電流值轉換成污穢度，并在顯示模塊進行顯示。
[0014]一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置及其方法，其特征在于:包括如下步驟:
步驟一:A相、B相、C相和N相的泄露電流進入氧化鋅MOV電流泄露回路，互感器獲取氧化鋅MOV電流泄露回路的泄露全電流、泄露全電流經過互感器的耦合以電流的方式進入電流電壓轉換電路；
步驟二:電流電壓轉換電路將電流轉換為電壓，然后將電壓發(fā)送到濾波單元，濾除干擾信號，然后進入放大其中進行放大后輸入到分析控制模塊的AD采樣端口 ；
步驟三:光耦隔離電路獲取與其相連的一相的電壓作為參考電壓，過零比較電路得到參考電壓后輸出低電平觸發(fā)分析控制模塊內部的AD模擬采樣模塊，AD模擬采樣模塊根據采樣頻率連續(xù)采樣三相A、B、C中的第二相的全電流點；
步驟四:分析控制模塊將所得的全電流點進行傅里葉變換，得到電流基波的幅度，然后分析控制模塊調節(jié)放大器的最佳放大倍數，根據傅里葉變換后的全電流得出電流基波信號的相角，根據三相電之間的相序關系,相位角依次增加120°，則該相位角即該相全電流與該相阻性電流之間的夾角a，根據投影法，該相的全電流乘以夾角a的余弦值即為該相的阻性電流，對該阻性電流進行傅里葉變換得到三次諧波，返回步驟一，計算第三相的全電流、阻性電流和三次諧波。
[0015]本發(fā)明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
第一:本發(fā)明對A、B、C三相的全電流和N相同時監(jiān)測，同時將得到的全電流基于傅里葉進行變換得到阻性電流，分析阻性電流排除容性電流的干擾，使檢測的靈敏度增加；第二:本發(fā)明在線實時監(jiān)測避雷器和變壓器的運行狀態(tài)，減少非計劃停電和運行事故，提高工作效率，減輕工作人員的勞動強度；
第三:降低檢修費用，延長定期檢修時間間隔，監(jiān)測避雷器和變壓器的早期故障信號，連續(xù)實時的跟蹤故障演變過程，科學動態(tài)地調整負荷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖。

【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明:
本發(fā)明公開一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置，本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖如圖1所示，以A相、B相、C相、N相電流為例,本發(fā)明包括比較電路、四個結構相同的測試電路、分析控制模塊、無線模塊；
以A相電路為例，B相、C相、N相的電路結構與A相相同，其中比較電路包括光耦隔離電路、過零比較電路，根據電網三相電相序關系，集采用取B相作為參考電壓，所述光耦隔離電路的一端與B相相連，光耦隔離電路的另一端與過零比較電路的輸入端相連，所述過零比較電路的另一端與分析控制模塊相連；
測試電路包括氧化鋅MOV電流泄露回路、穿芯互感器、I/V轉換電路即電流電壓轉換電路、RC濾波電路、三級增益可調放大器，穿芯互感器，其中所述氧化鋅MOV電流泄露回路的一端與A相相連，所述氧化鋅MOV電流泄露回路的另一端與穿芯互感器的繞組相感應，穿芯互感器的輸出端與I/V轉換電路的輸入端相連，所述I/V轉換電路的輸出端與RC濾波電路的輸入端相連，所述RC濾波電路的輸出端與所述三級增益可調放大器的輸入端相連，三級增益可調放大器的輸出端與分析控制模塊相連；
分析控制模塊還與無線模塊相連，無線模塊采用SI4432小無線傳輸芯片，無線模塊將測得的數據信息發(fā)送給服務器，可通過服務器直觀的觀測到數據狀況；
過零比較電路，采用低功耗運放方式對工頻電網頻率進行過零點檢測，分析控制模塊采用MCU控制器，MCU控制器為STM32L單片機，I/V轉換電路采用低功耗集成運算放大器和精密采樣電阻，構成反比例電流電壓轉換電路。
[0018]采用精密穿心互感器耦合方式，在實現數據采集下保證三相避雷器的回路可靠接地，不受監(jiān)測裝置的影響；采樣MOS管控制正比例運放的比例電阻參數，實現對放大倍數調難
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[0019]一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置的方法，其特征在于:包括如下步驟:
步驟一:A相、B相、C相和N相的泄露電流進入氧化鋅MOV電流泄露回路，穿芯互感器獲取氧化鋅MOV電流泄露回路的泄露全電流、泄露全電流經過穿芯互感器的耦合以電流的方式進入I/V轉換電路；
步驟二:I/V轉換電路將電流轉換為電壓，然后將電壓發(fā)送到RC濾波單元，濾除干擾信號，然后進入放大其中進行放大后輸入到MCU控制器的AD采樣端口 ；
步驟三:光耦隔離電路獲取與其相連的B相的電壓作為參考電壓，過零比較電路得到參考電壓后輸出低電平觸發(fā)MCU控制器內部的AD模擬米樣模塊，AD模擬米樣模塊根據米樣頻率連續(xù)采樣A相的全電流點；
步驟四:MCU控制器將所得的全電流點進行傅里葉變換，得到電流基波的幅度，然后MCU控制器調節(jié)三級增益可調放大器的最佳放大倍數，根據傅里葉變換后的全電流得出電流基波信號的相角，根據三相電之間的相序關系，相位角依次增加120 °，則該相位角即該相全電流與該相阻性電流之間的夾角a，根據投影法，測得的全電流為I，阻性電流為Ir =I*cosa，對該阻性電流進行傅里葉變換得到三次諧波，返回步驟一，計算A相、C相、N相的全電流、阻性電流和三次諧波。
[0020]無線模塊將該裝置測得的數據發(fā)送給服務器，由服務器進行直觀的顯示，使用者可根據數據及時的對避雷器和變壓器的工作狀態(tài)進行分析判斷，降低檢修費用，延長定期檢修時間間隔；依據先進的在線分析，及時分析避雷器和變壓器的運行狀態(tài)，科學管理并延長設備的壽命；
監(jiān)測設備的早期故障信號，并連續(xù)實時跟蹤故障演變了展過程；根據設備的實際運行信息，科學地動態(tài)調整負荷；
解決了鐵芯接地檢測靠人工采用鉗形電流表手工測量不能實時檢測，浪費人力資源，精度差，受外界環(huán)境影響大等諸多的缺點；
幫助電力企業(yè)對變壓器、電抗器鐵芯運行狀況進行全面、直觀、實時的監(jiān)控和智能分析，提供更精確、更及時、更完整的信息；
提高工作效率、減輕工作人員勞動強度；同時可以為變壓器，電抗器狀態(tài)檢修提供有效的技術支持；可以提高電網安全穩(wěn)定水平和防災減災能力；
加強設備的全壽命周期監(jiān)視和管理，提高生產效率，對于建設堅強智能電網有廣泛的應用。
[0021]本裝置還包括溫度傳感器、濕度傳感器、顯示模塊、GPS模塊、大電流檢測線圈和電流檢測模塊，其中溫度傳感器、濕度傳感器、顯示模塊、GPS模塊、大電流檢測線圈和電流檢測模塊均與分析控制模塊相連，溫度傳感器、濕度傳感器將檢測的溫度數據、濕度數據發(fā)送給分析控制模塊，分析控制模塊對接收到的溫度數據和濕度數據進行分析后，將最終的數據在顯示模塊進行顯示；
GPS模塊將測得的經緯和緯度信息發(fā)送給分析控制模塊，分析控制模塊將分析所得的經緯和緯度信息在顯示模塊中進行顯示并通過無線模塊進行發(fā)送；使用者可通過經緯度信息得知避雷器所在的位置，對避雷器所在位置的工作情況進行監(jiān)測。
[0022]大電流檢測線圈檢測流過避雷器內部的過電壓的電流的信息，并發(fā)送到分析控制模塊，分析控制模塊通過分析電流的信息得到電流的峰值、波長和波形，并通過無線模塊發(fā)送到服務器，使用者可通過服務器的顯示觀測到避雷器內部的過電壓，包括雷擊電壓和操作過電壓的情況，及時發(fā)現避雷器的故障；
電流檢測模塊將檢測的避雷器表面的的泄露電流值發(fā)送到分析控制模塊，分析控制模塊將得到的泄露電流值轉換成污穢度，并在顯示模塊進行顯示。
[0023]上面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。凡是按照本發(fā)明提出的技術思想，以及在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置，其特征在于:包括比較電路、四個結構相同的測試電路、分析控制模塊、無線模塊； 其中比較電路包括光耦隔離電路、過零比較電路，所述光耦隔離電路的一端與輸電線A、B、C三相中的一相相連，光耦隔離電路的另一端與過零比較電路的輸入端相連，所述過零比較電路的另一端與分析控制模塊相連； 測試電路包括氧化鋅MOV電流泄露回路、互感器、電流電壓轉換電路、濾波電路、放大器，其中所述氧化鋅MOV電流泄露回路的一端與四個輸電線的一個相連，所述氧化鋅MOV電流泄露回路的另一端與互感器的繞組相感應，互感器的輸出端與電流電壓轉換電路的輸入端相連，所述電流電壓轉換電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連，所述濾波電路的輸出端與所述放大器的輸入端相連，所述放大器的輸出端與分析控制模塊相連； 所述分析控制模塊還與無線模塊相連； 如權利要求1所述的一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置，其特征在于:所述濾波電路采用RC濾波電路。
2.如權利要求1或2所述的一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置，其特征在于:所述過零比較電路，采用低功耗運放方式對工頻電網頻率進行過零點檢測。
3.如權利要求3所述的一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置，其特征在于:所述分析控制模塊采用MCU控制器，MCU控制器為STM32L單片機。
4.如權利要求4所述的一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置，其特征在于:所述無線模塊采用SI4432小無線傳輸芯片。
5.如權利要求5所述的一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置，其特征在于:所述放大器為三級增益可調放大器。
6.如權利要求1所述的一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置，其特征在于:所述互感器為穿心互感器。
7.如權利要求7所述的一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置，其特征在于:所述電流電壓轉換電路采用低功耗集成運算放大器和精密采樣電阻，構成反比例電流電壓轉換電路。
8.如權利要求8所述的一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置，其特征在于:還包括溫度傳感器、濕度傳感器、顯示模塊、GPS模塊、大電流檢測線圈和電流檢測模塊，其中溫度傳感器、濕度傳感器、顯示模塊、GPS模塊、大電流檢測線圈和電流檢測模塊均與分析控制模塊相連，溫度傳感器、濕度傳感器將檢測的溫度數據、濕度數據發(fā)送給分析控制模塊，分析控制模塊對接收到的溫度數據和濕度數據進行分析后，將最終的數據在顯示模塊進行顯示；GPS模塊將測得的經緯和緯度信息發(fā)送給分析控制模塊，分析控制模塊將分析所得的經緯和緯度信息在顯示模塊中進行顯示；大電流檢測線圈檢測流過避雷器內部的過電壓的電流的信息，并發(fā)送到分析控制模塊，分析控制模塊通過分析電流的信息得到電流的峰值、波長和波形，并通過無線模塊發(fā)送；電流檢測模塊將檢測的避雷器表面的的泄露電流值發(fā)送到分析控制模塊，分析控制模塊將得到的泄露電流值轉換成污穢度，并在顯示模塊進行顯示。
9.如權利要求1-9所述的一種基于FFT算法的避雷器和變壓器的多相同測裝置的方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:A相、B相、C相和N相的泄露電流進入氧化鋅MOV電流泄露回路，互感器獲取氧化鋅MOV電流泄露回路的泄露全電流、泄露全電流經過互感器的耦合以電流的方式進入電流電壓轉換電路； 步驟二:I/V轉換電路將電流轉換為電壓，然后將電壓發(fā)送到濾波單元，濾除干擾信號，然后進入放大其中進行放大后輸入到分析控制模塊的AD采樣端口 ； 步驟三:光耦隔離電路獲取與其相連的一相的電壓作為參考電壓，過零比較電路得到參考電壓后輸出低電平觸發(fā)分析控制模塊內部的AD模擬采樣模塊，AD模擬采樣模塊根據采樣頻率連續(xù)采樣A、B、C三相中的第二相的全電流點； 步驟四:分析控制模塊將所得的全電流點進行傅里葉變換，得到電流基波的幅度，然后分析控制模塊調節(jié)放大器的最佳放大倍數，根據傅里葉變換后的全電流得出電流基波信號的相角，根據三相電之間的相序關系，相位角依次增加120°，則該相位角即該相全電流與該相阻性電流之間的夾角a，根據投影法，該相的全電流乘以夾角a的余弦值即為該相的阻性電流，對該阻性電流進行傅里葉變換得到三次諧波，返回步驟一，計算第三相的全電流、阻性電流和三次諧波。
【文檔編號】G01R23/16GK104330615SQ201410603119
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權日:2014年10月31日
【發(fā)明者】尚雪嵩, 陳燕午 申請人:南京世都科技有限公司