一种氧化锌避雷器带电测试仪及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及避雷器带电测试技术领域，特别涉及一种应用在铁路电气化接触网的氧化锌避雷器带电测试仪及测试方法。
【背景技术】
[0002]铁路电气化接触网氧化锌避雷器是保证铁路机车供电力系统安全运行的重要保护设备之一，它主要用于限制由接触网传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压。氧化锌避雷器是由氧化锌电阻片串联而成，电阻片长期承受运行电压，并有泄露电流不断流过，氧化锌避雷器在运行电压和过电压下将不断劣化，同时由于长期运行氧化锌避雷器内部可能会受潮，表现为泄露电流增大，如果这种故障情况得不到控制，氧化锌避雷器会出现击穿损坏或爆炸事故，影响供电系统的安全运行。所以在氧化锌避雷器的运行中，采用在线带电测试的方法来判断其质量状况是非常必要的。
[0003]按照电力行业标准的规定，主要的试验方法是在测量运行电压下的交流泄露电流；避雷器的好坏表现在其阻性电流的大小，为了测量氧化锌避雷器的阻性电流和功率损耗，必须引入电压参考信号；以往，氧化锌避雷器带电测试的常规测量方式都是把PT 二次侧的电压信号作为参考信号，这样带来很多不必要的麻烦，如每次试验都须打开PT端子箱，进行接线测试，而且这样很不安全，可能引起保护误动作，造成不良后果；铁路的牵引变压电站PT 二次侧距氧化锌避雷器20KM左右，直接将PT 二次不现实。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种能准确、实用、直观的测试避雷器的绝缘状态，并能将该避雷器的数据和历史测试数据横向纵向比对，辅助供电运行人员能够方便、准确的判断避雷器绝缘状况的氧化锌避雷器带电测试仪及测试方法。
[0005]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种氧化锌避雷器带电测试仪，包括开合式电流传感器、非接触式电压传感器、A/D转换器、处理器、存储模块和显示模块，所述开合式电流传感器和所述非接触式电压传感器均与所述A/D转换器通过线路连接，所述A/D转换器、存储模块和显示模块均与所述处理器连接；
[0006]所述开合式电流传感器用于采集避雷器的电流，生成电流信号；
[0007]所述非接触式电压传感器用于采集接触网的参考电压，生成为参考电压信号；
[0008]所述A/D转换器用于将电流信号和参考电压信号进行数模转换；
[0009]所述处理器用于对数模转换后的电流信号和参考电压信号进行数据处理，得测试数据；
[0010]所述存储模块用于对测试数据进行存储；
[0011]所述显示模块用于对测试数据进行显示。
[0012]本发明的有益效果是:采用非接触式电压传感器能准确采集电压信号，无需触网，安全方便；开合式电流传感器能降低发生事故的风险，处理器有效分离出氧化锌避雷器的阻性电流、容性电流及功率损耗，准确、实用、直观的表现氧化锌避雷器的绝缘状态；存储模块能存储历史数据，便于处理器将该避雷器的数据和历史测试数据横向纵向比对，辅助运行人员能够方便、准确的判断绝缘状况，从而有效地保证供电系统安全运行的可靠性。
[0013]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0014]进一步，还设置有打印模块，所述打印模块与所述处理器通过线路连接，所述打印模块用于对测试数据进行打印。
[0015]进一步，还设置有电源模块，所述电源模块与所述处理器通过线路连接，所述电源模块用于对所述开合式电流传感器、非接触式电压传感器、A/D转换器、处理器、存储模块和显示模块进行供电。
[0016]进一步，还设置有接口模块，所述接口模块与所述处理器连接，所述接口模块用于连接外部存储设备进行测试数据传输。
[0017]进一步，所述开合式电流传感器与所述A/D转换器之间连接有第一信号放大电路，所述第一信号放大电路用于对电流信号进行放大，所述非接触式电压传感器与所述A/D转换器之间连接有第二信号放大电路，所述第二信号放大电路用于对电压信号进行放大。
[0018]进一步，所述非接触式电压传感器在距离接触网5-7米处感应接触网电压的电压波形，过滤运算出参考电压相量信号。
[0019]采用上述进一步方案的有益效果是:电压信号采用无线感应技术安全方便，具有稳定精度高、暂态特性好、一致性优、可靠性高的特点，并能有效抑制共模干扰和差模干扰；接口简单、试用方便、运行可靠。
[0020]进一步，所述处理器将参考电压信号和电流信号进行傅里叶变换FFT运算，求得测试参考电压与电流的夹角，再根据三角函数求得电流分量。
[0021]进一步，所述显示模块为液晶显示触摸显示屏，所述显示模块还对数据处理过程进行控制。
[0022]本发明解决上述技术问题还提供另一技术方案如下:一种氧化锌避雷器带电测试方法，包括以下步骤:
[0023]步骤S1.采集避雷器的电流和电压转化呈电流信号和参考电压信号；
[0024]步骤S2.将电流信号和参考电压信号进行数模转换；
[0025]步骤S3.将电流信号和参考电压信号进行数据处理，得测试数据；
[0026]步骤S4.对测试数据进行显示和存储。
[0027]进一步，所述步骤S3的具体实现:将参考电压信号和电流信号进行傅里叶变换FFT运算，求得测试参考电压与电流的夹角，再根据三角函数求得电流分量。
[0028]进一步，步骤3还包括:根据参考电压与电流的夹角对参考电压信号放大倍数进行调整。
[0029]本发明的有益效果是:对采样得到的电压和全电流信号应用傅立叶变换FFT转换到频域进行分解，可分别得到避雷器的阻性电流和容性电流的各次谐波分量，经相应的数据处理后，再返回时域合成得到总泄漏电流和容性电流、避雷器的有功功率和无功功率，辅助运行人员能够方便、准确的判断绝缘状况，从而有效地保证供电系统安全运行的可靠性。
【附图说明】
[0030]图1为本发明一种氧化锌避雷器带电测试仪的模块框图；
[0031]图2为本发明一种氧化锌避雷器带电测试方法流程图；
[0032]图3为本发明一种氧化锌避雷器带电测试方法流程图；
[0033]图4为非接触式电压传感器的主视图；
[0034]图5为开合式电流传感器的主视图。
[0035]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0036]1、开合式电流传感器，2、非接触式电压传感器，3、A/D转换器，4、处理器，5、存储模块，6、显示模块，7、打印模块，8、电源模块，9、接口模块，10、第一信号放大电路，11、第二信号放大电路。
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0038]实施例1:
[0039]如图1所示，一种氧化锌避雷器带电测试仪，包括开合式电流传感器1、非接触式电压传感器2、A/D转换器3、处理器4、存储模块5和显示模块6，所述开合式电流传感器I和所述非接触式电压传感器2均与所述A/D转换器3通过线路连接，所述A/D转换器3、存储模块5和显示模块6均与所述处理器4连接；
[0040]所述开合式电流传感器I用于采集避雷器的电流，生成电流信号；
[0041]所述非接触式电压传感器2用于采集接触网的参考电压，生成为参考电压信号；
[0042]所述A/D转换器3用于将电流信号和参考电压信号进行数模转换；AD转换器采用美国TI公司的高精度16位模数同步转换器AD73360，转换速率高达64kbps，实现对测量信号的快速采样与计算；AD73360内置6路*16位快速同步采样ADC，并且内置低噪声、宽带宽采样程控放大器，可最高处理4.5MHz的输入频率；允许6对ADC独立地进行同步采样，AD73360具有一个高速的串行接口，为器件与微处理器和DSP的接口连接创造了条件；此外还内置了一个片内电压基准源。这样可以很好将模拟信号、相位精准的转化为数字信号进行处理显示，AD转换精度高、运行稳定、可靠、线性度好。
[0043]所述处理器4用于对数模转换后的电流信号和参考电压信号进行数据处理，得测试数据；所述处理器4为意法半导体STM32F407作为处理器，STM32F407采用高效率的ARMCortex-M4内核，其内核可以工作在168MHz的速度；其专门为嵌入式控制领域而设计，具有高效的计算和控制处理能力；
[0044]处理器STM32F407，自带DSP运算、USB控制、FPU浮点运算、RTC实时时钟等功能，减少系统部件，增加系统的可靠性及提高FFT速度；
[0045]处理器STM32F407分时处理A/D控制及提取、FFT运算、时钟显示、实时界面交互、USB控制、数据存储、AD采集波形的绘制等功能，合理的芯片中断处理从而保证各项功能稳定可靠，内置高精度实时时钟功能，可进行日