一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置的制作方法

1.本发明涉及避雷器监测技术及智能硬件产业领域，更具体的涉及一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置。


背景技术：

2.近年来，由于雷击而引起的输电线路跳闸故障日益增多， 因此，为了确保电力系统的高压输电线路正常运行，必须装设防雷保护装置，以此确保输电线路安全可靠运行。
3.避雷器是保证电力系统安全运行的重要保护设备，为了减少输电线路的雷击故障，目前金属氧化物避雷器简称moa的检测方式主要有周期性停电预防试验和在线带电测试和检测。周期性停电预防试验一般需要在停电状态下进行，是电力系统最早的检测手段，这种测试方法的优点是测量结果较为准确可靠，缺点是必须要使避雷器停电试验。在线带电测试和检测moa可以在不停电的情况下随时了解moa 的运行性能，及时发现异常现象和隐患，防止事故发生或扩大而造成更大的经济损失，moa在线监测主要是监视阀片是否受潮或老化，检测方法主要有总泄漏电流法、移相测量阻性电流法、相角法、三次谐波法。
4.上述这些方法均可以实现对moa的在线监测，但是都需要外部供电才能实现避雷器性能的监测，但是在很多场合无法提供外部电源，这样给避雷器性能监测带来极大的困难，国内外公司采用电池供电方式提供电源，然而需要定期更换电池，定期现场巡检moa运行情况，耗费大量的人力物力，设备投运后投入的工作量较大、抄录计数器周期长、维护比较困难。
5.针对以上输电线路问题，迫切的需要一种手段来减少传统moa的在线监测的缺陷，实现对避雷器数据统计，提升输电线路避雷器在线智能化监测水平。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，针对目前输电线路避雷器读数需要人工记录、信息无法回传的问题，本发明提供了一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，同时将数据发送到监测分析平台，平台用于导出数据，进行数据分析，实现回传控制处理操作，正真意义上实现对避雷器数据统计，提升输电线路避雷器在线智能化监测水平，在电力系统具有十分高的推广价值。
7.本技术所采用的技术方案是：一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，所述装置包括有，发射装置和接收装置，所述发射装置，包括有电流取样传感器101、能量收集电路102、采样电路103、发射微处理器104、无线发射电路105，接收装置包括有无线接收电路110、网关微处理器111、数据存储电路112、网络转换电路113、监测分析平台114，所述电流取样传感器101直接连接到氧化锌避雷器的输出端，所述能量收集电路为所述的采样电路103、发射微处理器104、无线发射电路105提供电源，所述采样电路103、无线发射电路105的输出口直接连接到发射微处理器104的i/o口，所述无线接收电路110的输出口直接连接到网关微处理器111的i/o口，所述数据存储电路112采用sd卡通过spi总线方式直接连接到网
关微处理器111的输入口，所述网络转换电路113的输出口通过rj45网口连接到监测分析平台114，所述监测分析平台114用于对导出所采集到的电流和雷击信号进行数据分析，回传控制处理操作。
8.本技术技术方案中，电流取样传感器101采用氧化锌阀片电流传感器，氧化锌阀片电流传感器由一片耐压为400v的 直径 50mm 的氧化锌阀片和2个弹簧片及两个螺栓螺母和非金属外壳组合而成，2个弹簧片分别放置在氧化锌阀片的两侧，两个螺栓用螺母固定，确保与弹簧片可靠接触，氧化锌阀片与 2 个弹簧片同时放置非金属外壳内部，该氧化锌阀片电流传感器具有高压击穿和低压高阻性特性，对氧化锌避雷器起到保护作用，同时满足正常工作时电流信息的采集和能量的收集。
9.优选的所述能量收集电路102由微电压能量收集芯片s80848-clua、nmos管，外围电路组合而成，避雷器的泄漏电流通过电流取样传感器经过整流桥整流，通过高压电容、雷击保护电阻、稳压管对cbb电容充电，当电容对地电容达到s80848clua的门槛电压后，s80848clua输出电压控制pmos管，给发射装置提供电源。
10.进一步地，所述采样电路103包括电流整流电路200、电流信号处理电路201、雷击整流电路202、雷击计数电路203，光电隔离电路204，所述电流整流电路200，采用桥堆db107把交流电流转化成直流，所述电流信号处理电路201，把直流信号转化成与之对应的频率信号，所述雷击整流电路202采用桥堆db107把雷击产生的瞬间大电流转化成直流，所述雷击计数电路203，把过电压信号限制在12v，所述光电隔离电路204采用高速光耦6n135隔离，通过采用电路把电流信号转换成与之对应的频率信号，当避雷器受到雷击后，雷击计数电路开始工作，光藕导通，发射微处理器退出休眠模式，微处理动作一次，继续进入休眠模式，电流信号处理电路，把电压回路转换的频率信号通过线性插值算法，查找采用斐波那契查找，根据斐波那契数列的特点对有序表进行分割，最后把频率信号转化成泄漏电流信号。
11.优选地，所述发射装置的发射微处理器104采用msp430微处理器，由于监测装置没有外部电源，对监测装置的整机功耗要求很高，本发明优选的选用msp430，正常运行模式下电流小于0.3ma，休眠模式下电流仅仅1ua。
12.进一步地，所述发射装置的无线发射电路105、接收装置的无线接收电路110均采用收发一体的2.4g无线通信通信芯片nrf24l01，采用fsk 调制，集成enhanced short burst协议。可以实现点对点或是1对6的无线通信。相邻发射装置之间采用自组网和数据转发实现中继与中继的数据传输。
13..进一步地，所述接收装置的网关微处理器111采用msp430微处理器，它是集成模拟和数字外设的16位微处理器，通过处理无线接收电路110接收的泄漏电流和雷击计数动作次数，并存储。
14.优选地，所述数据存储电路112采用sd卡进行存储，sd卡存储在嵌入式产品中应用越来越广泛，而且，sd卡存储通过文件系统格式进行存储访问，本发明对处理后的泄漏电流信号和雷击计数数据进行存储。
15..进一步地，所述接收装置的网络转换电路113使用网络转换芯片enc28j60以太网控制器和 uip 1.0 以太网协议栈，通过spi总线方式直接连接到网关微处理器的i/o口，enc28j60的输出口通过rj45网口连接到监测分析平台114。
16..进一步地，所述监测分析平台114为电脑端服务器web，接收装置通过rj45网口用
网线直接连接到监测分析平台114，监测分析平台114用于对导出所采集到的电流和雷击信号进行数据分析，回传控制处理操作。
17.本发明提供的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，与现有技术相比，其有效效果有: a.发射装置与接收装置单独工作，互不干扰，接收装置的enc28j60内的mac在发送数据包时会自动生成前导符合帧起始定界符，按照以太网协议发送到监测平台处理分析。
18.b.发射装置无需在地面布线，发射装置无需外部提供外部电源,相邻发射装置之间采用无线自组网和数据转发实现中继与中继的数据传输，同时可以采集6台氧化锌避雷器的电流和雷击信号。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明所提供的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置的系统组成图；图2是本发明所提供的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置的发射装置的采样电路的结构框图；图3是本发明所提供的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置的无线网络组网和协议转发示意图;图中标号:101、电流取样传感器；102、能量收集电路；103、采样电路；104、发射微处理器；105、无线发射电路；110、无线接收电路；111、网关微处理器；112、数据存储电路；113、网络转换电路；114、监测分析平台；200、电流整流电路；201、电流信号处理电路；202、雷击整流电路；203、雷击计数电路；204、光电隔离电路；300、第一发射装置；301、第二发射装置；302、第三发射装置；303、第四发射装置；304、第五发射装置；305、第六发射装置；306、接收装置。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22..如图1所示，本发明提供了一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，包括，发射装置和接收装置，发射装置包括电流取样传感器101、能量收集电路102、采样电路103、发射微处理器104、无线发射电路105，接收装置包括无线接收电路110、网关微处理器111、数据存储电路112、网络转换电路113、监测分析平台114、其中的能量收集电路102分别为所述的采样电路103、发射微处理器104、无线发射电路105提供电源，所述能量收集电路102由微电压能量收集芯片s80848-clua、nmos管，外围电路组合而成，避雷器的泄漏电流通过电流取样传感器经过整流桥整流，通过高压电容、雷击保护电阻、稳压管对cbb电容充电，当电容
对地电容达到s80848clua的门槛电压后，s80848clua输出电压控制pmos管，给发射装置提供电源，通过采样电路103把电流取样传感器101上的泄漏电流和雷击计数送到发射微处理器104处理，通过无线发射电路105发射，接收装置用于接收发射装置发出的无线数据，通过数据存储电路112进行存储，通过网络转换电路113转换，通过rj45网口，使用网线最终送到监测平台114处理分析，控制回传，实现对氧化锌避雷器的监测控制。当然，本发明还可以通过数据存储电路存储最新的发射装置和接收装置的升级程序，通过无线实现在线升级iap功能，通过监测分析平台，实现发射装置的数据采集功能，监测分析平台114用于导出所采集到的泄漏电流和雷击计数进行分析。
23.如图2所示，本发明提供了一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，发射装置的采样电流包括电流整流电路200、电流信号处理电路201、雷击整流电路202、雷击计数电路203、光电隔离电路204,电流整流电路200，把避雷器泄漏电流信号在电流取样传感器上的交流电流转化成直流，通过电流信号处理电路201处理，把直流信号转化成与之对应的频率信号，该信号通过光电隔离电路204隔离，直接送到发射微处理器运算处理，当发生雷击时，在电流取样传感器两端产生过脉冲电压，通过雷击整流 电路202，整形，在雷击计数电路203，输出口产生一个过电压，通过内部保护电路限制在12v，该电压信号通过光电隔离电路204隔离，平时在该电压信号为高电平，光耦截止，当发生雷击后，光耦6n135导通，光耦后端产生一个负脉冲，发射微处理器接收到脉冲后，从休眠模式唤醒，微处理器计数一次，继续进入休眠模式，降低功耗。
24.如图3所示，第一发射装置300、第二发射装置301、第三发射装置302、第四发射装置303、第五发射装置304、 第六发射装置305、接收装置306 ，相互之间可以采用自组网和数据转发实现中继与中继的数据传输，本发明采用接收装置306做为主动发送，按照内部协议格式，5分钟自动轮询方式，发送采用广播方式发送，其中广播信号中包括信号类型、根地址、当前信号频道、实时信号强度、功能码和校验值。（其他为00）接收到的第一个从机信号后，立马将它归为根地址为00，一级地址为01，二级地址为02，其他的不变，本发明接收装置可以依次同时采集6台氧化锌避雷器数据信号，由于高压柜内部之间屏蔽，无线发射距离会大幅减弱，通过采用中继转发，使得通讯距离增加。
25.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，其特征在于： 所述装置包括有，发射装置和接收装置，所述发射装置，包括有电流取样传感器(101)、能量收集电路(102)、采样电路(103)、发射微处理器(104)、无线发射电路(105)，接收装置包括有无线接收电路(110)、网关微处理器(111)、数据存储电路(112)、网络转换电路(113)、监测分析平台(114)，所述电流取样传感器(101)直接连接到氧化锌避雷器的输出端，所述能量收集电路(102)为所述的采样电路(103)、发射微处理器(104)、无线发射电路(105)提供电源，所述采样电路(103)、无线发射电路(105)的输出口直接连接到发射微处理器(104)的i/o口，所述无线接收电路(110)的输出口直接连接到网关微处理器(111)的i/o口，所述数据存储电路(112)采用sd卡通过spi总线方式直接连接到网关微处理器(111)的输入口，所述网络转换电路(113)的输出口通过rj45网口连接到监测分析平台(114)，所述监测分析平台(114)用于对导出所采集到的电流和雷击信号进行数据分析，回传控制处理操作。2.根据权利要求1所述的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，其特征在于：所述电流取样传感器(101)，由一片耐压为400v、2个金属弹簧片、2个螺栓螺母、直径50mm的氧化锌阀片和外壳组合而成，2个弹簧片分别放置在氧化锌阀片的两侧，2个螺栓用螺母固定，确保与弹簧片可靠接触，该阀片具有高压击穿和低压高阻特性，满足正常工作时泄漏电流信号的采集和能量的收集。3.根据权利要求1所述的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，其特征在于：所述能量收集电路(102)，由微电压能量收集芯片s80848-clua、nmos管，外围电路组合而成，避雷器的泄漏电流通过电流取样传感器经过整流桥整流，通过高压电容、雷击保护电阻、稳压管对cbb电容充电，当电容对地电容达到s80848clua的门槛电压后，s80848clua输出电压控制pmos管，给发射装置提供稳定的电压。4.根据权利要求1所述的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，其特征在于：所述采样电路(103)包括电流整流电路(200)、电流信号处理电路(201)、雷击整流电路(202)、雷击计数电路(203)，光电隔离电路(204)，所述电流整流电路(200),采用桥堆db107把交流电流转化成直流，所述电流信号处理电路(201)，把直流信号转化成与之对应的频率信号，所述雷击整流电路(202)采用桥堆db107把雷击产生的瞬间大电流转化成直流，所述雷击计数电路(203)，把过电压信号限制在12v，所述光电隔离电路(204)采用高速光耦6n135隔离，通过采用电路把电流信号转换成与之对应的频率信号。5.根据权利要求1所述的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，其特征在于：所述发射微处理器(104)，网关微处理器(111)，均采用msp430微处理器，由于监测装置没有外部电源，对监测装置的整机功耗要求很高，由于msp430功耗很低，运算速度快，正常运行模式下电流小于0.3ma，休眠模式下电流仅仅1ua，应用在无源和高速率的数据传输场合恰到好处。6.根据权利要求1所述的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，其特征在于：所述无线发射电路(105)、无线接收电路(110)均采用收发一体的2.4g无线芯片nrf24l01，可以实现1对6的无线通信，相邻发射装置之间采用自组网和数据转发实现中继与中继的数据传输，通过无线实现在线升级iap功能。7.根据权利要求1所述的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，其特征在于：所述数据存储电路(112)采用sd卡进行存储，sd卡存储在嵌入式产品中应用越来越广泛，而
且，sd卡存储通过文件系统格式进行存储访问，存储最新的发射装置和接收装置的升级程序。8.根据权利要求1所述的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，其特征在于：所述网络转换电路(113)，使用网络转换芯片enc28j60以太网控制器和 uip 1.0 以太网协议栈，通过spi总线方式直接连接到网关微处理器的i/o口，enc28j60内的mac在发送数据包时会自动生成前导符合帧起始定界符，按照以太网协议发送到监测平台处理分析，enc28j60的输出口通过rj45网口连接到监测分析平台(114)。9.根据权利要求1所述的一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，其特征在于：所述监测分析平台(114)，为电脑端服务器web，接收装置通过rj45网口用网线直接连接到监测分析平台(114)，监测分析平台(114)用于对导出所采集到的电流和雷击信号进行数据分析，回传控制处理操作。

技术总结
本发明涉及避雷器监测技术及智能硬件产业领域，更具体的涉及一种无源式氧化锌避雷器智能监测采集装置，包括发射装置和接收装置，发射装置包括电流取样传感器、能量收集电路、采样电路、发射微处理器、无线发射电路，接收装置包括无线接收电路、网关微处理器、数据存储电路、网络转换电路、监测分析平台，接收装置接收发射装置的泄漏电流和雷击计数，将接收到的数据通过SD卡进行存储，同时将数据发送到监测分析平台，平台用于导出数据，进行数据分析，实现回传控制处理操作，正真意义上实现对避雷器数据统计，提升输电线路避雷器在线智能化监测水平，在电力系统具有十分高的推广价值。在电力系统具有十分高的推广价值。在电力系统具有十分高的推广价值。


技术研发人员：汪晓庆 刘锦峰 张翔
受保护的技术使用者：常州帕斯菲克自动化技术股份有限公司
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/9/9