專利名稱：氧化鋅避雷器(moa)在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種避雷器，屬于電性能監(jiān)測領(lǐng)域，特別是一種氧化鋅避雷器(MOA)
在線監(jiān)測裝置。
技術(shù)背景 -
電力系統(tǒng)中，無間隙的氧化鋅避雷器(MOA)在運行電壓下會有阻性泄漏電流流過，其 電阻閥片上會產(chǎn)生熱量，從而使電阻閥片溫度升高。正常情況下，由于發(fā)熱量較小，在一 個較低的溫度下MOA的散熱與發(fā)熱能保持平衡而不影響避雷器的正常工作。但隨著工作 時間的延長，溫度的升高會使避雷器的電阻閥片老化；同時，由于環(huán)境條件的影響，MOA 的閥片會受潮及劣化，從而使正常工作條件下通過的阻性泄漏電流增加。 一旦系統(tǒng)中有過 電壓產(chǎn)生，將會使MOA產(chǎn)生熱崩潰，甚至使MOA爆炸，從而使MOA失去保護作用。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種氧化鋅避雷器(MOA)在線監(jiān)測裝置，以便使所監(jiān)測的阻 性泄漏電流能夠判斷MOA的老化和受潮情況；實現(xiàn)了 MOA帶電運行時阻性泄漏電流的準 確檢測，將雷電計數(shù)脈沖信息通過GPRS/GSM通信模塊傳輸?shù)竭h程監(jiān)測管理中心。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，氧化鋅避雷器(MOA)在線監(jiān)測裝置，其特征是它 包括信號處理單元、電流信號釆樣模塊、電壓信號采樣模塊、雷擊計數(shù)模塊、電源模塊、 無線通信模塊、A/D校準模塊、液晶顯示器和擴展RAM;電流信號釆樣模塊、電壓信號采 樣模塊、雷擊計數(shù)模塊、電源模塊、無線通信模塊、A/D校準模塊、液晶顯示器和擴展RAM 分別與信號處理單元電連接。
所述的電壓信號采樣模塊由有源運算放大器IS0124和電流型電壓互感器選取 SPT204A構(gòu)成，中高壓線路的二次側(cè)的交流100V的電壓經(jīng)限流電阻Rin的限流，經(jīng)微型 電流型電壓互感器與前置有源運算放大器IS0124放大輸入端電連接；IS0124的輸出與信 號處理單元電連接。
所述的電流信號采樣模塊包括 一匝穿芯式的電流互感器和兩級放大器， 一匝穿芯式 的電流互感器并接有MYL1取樣電阻，MYL1取樣電阻由LM324構(gòu)成兩級放大器放大輸出； 第一級運放同相輸入端ADCINA5接2.5V電壓；第二級運放輸出端一IH—負連接二極管 D1和D2， 二極管D1和D2另一端接地。
所述A/D校準電路包括一個精密電壓源TL431，精密電壓源TL431的內(nèi)部2.5V電壓基準通過Vref端輸出，與TL431的K端短接，TL431的K端上拉100Q電阻，Vref端輸出 通過兩個電阻分壓經(jīng)濾波后輸出兩路電壓。
所述氧化鋅避雷器(MOA)輸出端并聯(lián)連接D14、 D15雙向TVS管后經(jīng)經(jīng)限流電阻R13 后與光電耦合器件4N35輸入端電連接，光電耦合器件4N35的輸出連接反相器，反相器輸 出同時連接D6和D7的正負極，D6和D7的另一端正負極與地和電源電連接，反相器輸出 與地之間有3.3V穩(wěn)壓管D17。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下技術(shù)特征-
1、 本實用新型用基次諧波法并結(jié)合雙"AT"法的設(shè)計思路進行測量阻性泄漏電流的檢測。
2、 本實用新型選用的零磁通穿芯小電流傳感器是專門為高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測而 研制的一種小電流傳感器。選用起始導(dǎo)磁率高，損耗小的坡莫合金做鐵芯，采用了獨特的 深度負反饋技術(shù)和獨特的屏蔽措施，能夠?qū)﹁F芯全自動補償，使鐵芯工作在理想的零磁通 狀態(tài)。穿芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計更能保證設(shè)備的安全(孔徑30mm)，長期使用結(jié)果表明，該傳感器 能夠準確檢測0.1mA 700mA的工頻電流，相位變換誤差不大于0.01°，不需要任何校正及 修改，所有設(shè)備一樣，互換性極強，具有極好溫度特性和電磁抗干擾能力，完全滿足復(fù)雜 電站現(xiàn)場干擾下設(shè)備取樣的精確度。如需檢測電壓信號，只需通過無感電阻將電壓信號轉(zhuǎn) 換為電流信號即可。
3、 采用無線網(wǎng)絡(luò)的方式實現(xiàn)各個測試^C與中心計算機之間的互連通信。實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò) 通信采用的是移動通信的GPRS/GSM無線服務(wù)。中國移動GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國，不 受物理空間的限制，不受變電站高壓環(huán)境的電磁場干擾，很好的解決了測試儀與中心計算 機之間的無線通信問題。
4、 本實用新型將所有的采集數(shù)據(jù)存入中心計算機數(shù)據(jù)庫，因此可以對一段時期的監(jiān)測 數(shù)據(jù)進行分析，對MOA變化趨勢作出判斷，預(yù)測MOA的絕緣狀況變化趨勢。

下面結(jié)合實施例附圖對本實用新型做進一步說明。
圖1表示本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2表示本實用新型的電壓信號采樣電路圖3表示本實用新型的電流信號采樣電路圖4表示本實用新型的A/D校準電路；
圖5表示本實用新型的無線通訊模塊；圖6表示本實用新型的雷擊計數(shù)模塊。
圖中1、信號處理單元；2、電流信號采樣模塊；3、電壓信號采樣模塊；4、雷擊計 數(shù)模塊；5、電源模塊；6、 A/D校準模塊；7、擴展RAM; 8、液晶顯示器；9、無線通信模塊。
具體實施方式
如圖1所示，它包括信號處理單元l、電流信號采樣模塊2、電壓信號采樣模塊3、雷 擊計數(shù)模塊4、電源模塊5、無線通信模塊9、 A/D校準模塊6、液晶顯示器8和擴展RAM7; 電流信號采樣模塊2、電壓信號采樣模塊3、雷擊計數(shù)模塊4、電源模塊5、無線通信模塊 9、 A/D校準模塊6、液晶顯示器8和擴展RAM7分別與信號處理單元1電連接。
整個系統(tǒng)的工作流程CPU發(fā)出采集指令，指令通過Internet網(wǎng)絡(luò)、GPRS/GSM服務(wù) 器、GPRS/GSM無線網(wǎng)到現(xiàn)場，現(xiàn)場采集泄漏電流信號和電壓信號，記錄雷電計數(shù)脈沖信 息，并且現(xiàn)場顯示，通過GPRS/GSM通信模塊進行遠距離傳輸，并將采集的數(shù)據(jù)存儲。當(dāng) 采集一個工頻周期的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過GPRS/GSM無線網(wǎng)、GPRS/GSM服務(wù)器、Internet 網(wǎng)絡(luò)，送往CPU。
如圖2所示，是本實用新型的電壓信號采樣模塊3，電力系統(tǒng)中高壓線路的二次側(cè)都 已經(jīng)形成了標準的AC100V電壓，5A電流，但從PT二次側(cè)接線得來的是100V的交流電 壓信號，并不適合后續(xù)的比較和采集。根據(jù)監(jiān)測原理，需取樣MOA運行的相電壓，這里 將AC100V的電壓經(jīng)限流電阻Rin的限流，變?yōu)? 2mA的交流電，然后經(jīng)微型電流型電 壓互感器(主要起隔離濾波作用，線性度和角差滿足系統(tǒng)精度要求)，通過前置有源運算放 大器IS0124放大，IS0124的輸出與與信號處理單元1電連接。調(diào)節(jié)有源運算放大器IS0124 的反饋電阻R，在輸出端得到所要求的電壓輸出，R等于1.5K時輸出電壓為士3V。電路中 電阻選用精密的貼片電阻，二極管起保護作用，電容Cu起抗干擾濾波作用。電流型電壓互 感器選取SPT204A0.1級，其相差小于5分，線性度為0.1%。
如圖3所示，給出電流信號采樣模塊2電的電路圖。 一匝穿芯式的電流互感器并接有 MYL1取樣電阻，MYL1取樣電阻經(jīng)由LM324構(gòu)成兩級放大器放大輸出。第一級運放同相 輸入端ADCINA5接2.5V電壓；第二級運放輸出端一正一負連接二極管Dl和D2， 二極管 D1和D2另一端接地。2.5V電壓作為提升電平的參考電壓。其中，Dl、 D2作保護做用。 MYL1為非線性電阻，鉗位輸入端電壓不能超過某給定值。
在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域中，中信號與大信號的采集方法及處理方法已經(jīng)比較成熟，只有小信 號的采集與數(shù)據(jù)處理并無一種固定的模式，由于其信號本身微弱，常常會淹沒在外界干擾及自身產(chǎn)生的噪聲之中，因此，它的采集與分離十分困難。而MOA的泄漏電流在正常情 況下是一種毫安級甚至微安級的小電流，為了能夠準確地反映被測MOA的泄漏電流，對 小電流傳感器的基本要求如下(1)能夠適應(yīng)測量小電流(毫安級)的要求，靈敏度高， 同時二次信號應(yīng)盡可能的大；(2)在測量范圍內(nèi)線性度好，輸出波形不畸變，輸出信號與 被測信號之間的比值差、角差小，且其差值穩(wěn)定，不隨其他因素的變化而變化;(3)工作
穩(wěn)定性好，溫度系數(shù)小且穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，具有電磁屏蔽功能，電磁兼容性好。
如圖4所示，給出A/D校準電路6。 ， A/D校準電路6包括一個精密電壓源TL431，精 密電壓源TL431的內(nèi)部2.5V電壓基準通過Vref端輸出，與TL431的K端短接，TL431的
K端上拉100Q電阻，Vref端輸出通過兩個電阻分壓經(jīng)濾波后輸出兩路電壓。
根據(jù)TI的數(shù)據(jù)手冊，芯片2812的AD采樣電路精度不是很高， 一般只有2%，需要對 AD采樣進行軟件校正，軟件校正后的精度可以達到0.5%。 TL431是一個精密電壓源，內(nèi) 部2.5V的電壓基準通過Vref端輸出，與TL431的K端短接，TL431的K端電壓就會精確 穩(wěn)定在2.5V。 TL431的K端上拉電阻取100Q，為了保證TL431的可靠導(dǎo)通，流過TL431 的電流大于lmA時TL431才會可靠導(dǎo)通， 一般取5 10mA。 1K的分壓電阻在焊接時都 是經(jīng)過嚴格測試的，電阻阻值的誤差不超過0.5%。
校正的原理就是修正A/D釆樣的線性度。用兩路已知電壓基準作為A/D采樣的輸入， 將這兩路A/D采樣得到的數(shù)值與基準電壓對應(yīng)的理論值相比較，就可以得到從采樣值到理 論值的一個函數(shù)映射。這個函數(shù)映射用來修正A/D的釆樣值。另外，根據(jù)TI的應(yīng)用手冊， A/D的線性度在0.3V 2.7V時最好。設(shè)計A/D采樣電路時，盡量將所要采樣的信號變換到 A/D釆樣線性度較好的范圍之內(nèi)。
如圖5所示，是本實用新型的電源模塊，與電源模塊5電連接。該系統(tǒng)由12V太陽能 電源或蓄電池供電，通過LM1117得到5V電源，為了能使MCU正常工作，系統(tǒng)還需要產(chǎn) 生3.3V和1.8V電源，由TI公司專用給DSP供電的TPS767D318提供。運放供電所用的正 負電源可外接，或外接正電源負壓由MAX775電路變換得到，圖中為得到的-12V電壓。
為了提高可靠性，外部純凈+5V電源輸入在經(jīng)過了一個鐵氧體磁珠進行濾波后進入電 源芯片，將3.3V固定輸出調(diào)整器的使能端接地，這樣，在上電的時候就會建立起3.3V電 壓，該3.3V可使三極管飽和導(dǎo)通，從而把可調(diào)輸出調(diào)整器的使能端拉為低電平，再通過設(shè) 置合適的取樣電阻網(wǎng)絡(luò)使輸出為1.8V，從而解決了兩路不同電壓輸出以及它們的上電次序 問題。
如圖6所示，給出雷擊計數(shù)模塊電路。氧化鋅避雷器(M0A)輸出端并聯(lián)連接D14、 D15雙向TVS管后經(jīng)經(jīng)限流電阻R13后與光電耦合器件4N35輸入端電連接，光電耦合器件 4N35的輸出連接反相器，反相器輸出同時連接D6和D7的正負極，D6和D7的另一端正 負極與地和電源電連接，反相器輸出與地之間有3.3V穩(wěn)壓管D17。
雷擊高電壓對氧化鋅避雷器(MOA)作用經(jīng)過整流限幅后，信號的傳送由光電耦合器件 4N35完成，同時起到了隔離保護作用，光電耦合輸出通過一反相器后到DSP的IO 口，作 為中斷脈沖計數(shù)。當(dāng)計數(shù)輸入脈沖Vp發(fā)生高到低的負跳變時(g卩下降沿觸發(fā))，計數(shù)器加 1。次數(shù)送至DSP在原來基礎(chǔ)上累加，Ci-Ci+1。圖中D12、 D13為15V的雙向TVS管， D14、 D15為10V單向TVS管，D17為3.3V穩(wěn)壓管。它利用脈沖計數(shù)的原理制成，最后由 DSP負責(zé)采集和傳送。
無線通訊模塊9將監(jiān)測的泄漏電流、雷電計數(shù)脈沖等信息通過GPRS/GSM通信模塊進 行遠距離傳輸，利用TMS320F2812上的串行通信接口 (SCI)實現(xiàn)與通信模塊的接口。采 用R17和R19串聯(lián)分壓的方式將MAX232輸出的TTL電平信號轉(zhuǎn)換為DSP輸入電平信號； R14和二極管4001將DSP輸出電平信號轉(zhuǎn)換為MAX232的TTL 物理空間的限制， 能夠滿足本發(fā)明方案中釆用無線通信的要求。
權(quán)利要求1、氧化鋅避雷器(MOA)在線監(jiān)測裝置，其特征是它包括信號處理單元(1)、電流信號采樣模塊(2)、電壓信號采樣模塊(3)、雷擊計數(shù)模塊(4)、電源模塊(5)、無線通信模塊(9)、A/D校準模塊(6)、液晶顯示器(8)和擴展RAM(7)；電流信號采樣模塊(2)、電壓信號采樣模塊(3)、雷擊計數(shù)模塊(4)、電源模塊(5)、無線通信模塊(9)、A/D校準模塊(6)、液晶顯示器(8)和擴展RAM(7)分別與信號處理單元(1)電連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅避雷器(MOA)在線監(jiān)測裝置，其特征是所述的 電壓信號采樣模塊(3)由有源運算放大器ISO 124和電流型電壓互感器選取SPT204A構(gòu)成， 中高壓線路的二次側(cè)的交流100V的電壓經(jīng)限流電阻Rin的限流，經(jīng)微型電流型電壓互感器 與前置有源運算放大器IS0124放大輸入端電連接；IS0124的輸出與信號處理單元(l)電連 接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅避雷器(MOA)在線監(jiān)測裝置，其特征是所述的 電流信號采樣模塊(2)包括 一匝穿芯式的電流互感器和兩級放大器， 一匝穿芯式的電流互 感器并接有MYL1取樣電阻，MYL1取樣電阻經(jīng)由LM324構(gòu)成兩級放大器放大輸出；第一 級運放同相輸入端ADCINA5接2.5V電壓；第二級運放輸出端一正一負連接二極管Dl和 D2， 二極管D1和D2另一端接地。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅避雷器(MOA)在線監(jiān)測裝置，其特征是所述A/D 校準電路(6)包括一個精密電壓源TL431，精密電壓源TL431的內(nèi)部2.5V電壓基準通過Vref 端輸出，與TL431的K端短接，TL431的K端上拉100Q電阻，Vref端輸出通過兩個電阻 分壓經(jīng)濾波后輸出兩路電壓。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅避雷器(MOA)在線監(jiān)測裝置，其特征是所述雷 擊計數(shù)模塊(4)電路、氧化鋅避雷器(MOA)輸出端并聯(lián)連接D14、 D15雙向TVS管后經(jīng) 經(jīng)限流電阻R13后與光電耦合器件4N35輸入端電連接，光電耦合器件4N35的輸出連接反 相器，反相器輸出同時連接D6和D7的正負極，D6和D7的另一端正負極與地和電源電連 接，反相器輸出與地之間有3.3V穩(wěn)壓管D17。
專利摘要本實用新型涉及一種避雷器，屬于電性能監(jiān)測領(lǐng)域，特別是一種氧化鋅避雷器(MOA)在線監(jiān)測裝置，其特征是它包括信號處理單元(1)、電流信號采樣模塊(2)、電壓信號采樣模塊(3)、雷擊計數(shù)模塊(4)、電源模塊(5)、無線通信模塊(9)、A/D校準模塊(6)、液晶顯示器(8)和擴展RAM(7)；電流信號采樣模塊(2)、電壓信號采樣模塊(3)、雷擊計數(shù)模塊(4)、電源模塊(5)、無線通信模塊(9)、A/D校準模塊(6)、液晶顯示器(8)和擴展RAM(7)分別與信號處理單元(1)電連接。它使所監(jiān)測的阻性泄漏電流能夠判斷MOA的老化和受潮情況；實現(xiàn)了MOA帶電運行時阻性泄漏電流的準確檢測，將雷電計數(shù)脈沖信息通過GPRS/GSM通信模塊傳輸?shù)竭h程監(jiān)測管理中心。
文檔編號G08C17/02GK201373895SQ20092003214
公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者強建軍, 楊慶華, 云 章, 黃新波 申請人:浙江紀元電氣集團有限公司