一种无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置，包括由大容量压敏电阻、过流保险丝、限流电阻以及TVS过压保护器构成的采样前端雷击保护电路，以及由整流桥、滤波电容、两个串联的采样分压电阻及采样保持电容构成的漏电流采样电路。在正常工作情况下，漏电流从采样旁路通过，整流滤波后的直流信号和原始的交流漏电流间具有一个固定的变比关系，从而提高漏电流检测的线性度及测量的精度。在雷击冲击产生时，压敏电阻两端的电压继续升高时压敏电阻导通，雷击电流主要从压敏电阻通过，从而使采样旁路的电压不会继续升高，这样在雷击产生时便由上述电路实现了在雷电发生时对测量电路及内部采样电路的保护。
【专利说明】
一种无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置
技术领域
[0001]本发明属于输电线路在线监测系统技术领域，更为具体地讲，涉及一种无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置，用于对高压线路避雷器运行状态的实时监测。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的高速发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对供电部门提供电力质量即稳定性、不间断性及伴随服务的要求也越来越高，因此远距离高压输电线路的电网运行安全性就显得尤为重要。为此，各超高压输电网局及电力公司一直在寻找有效的监测管理手段，能够有效的降低雷电对输电线路的影响，以提高输电线路运行安全性、可靠性。
[0003]目前输电线路运行过程中，雷击跳闸一直是影响输电线路供电可靠性的一个重要因素。为避免雷击跳闸，现阶段采用得最多的手段是使用线路避雷器，通过在高压输电线和大地间加装线路避雷器，实现对线路雷电冲击的有效泄放，从而可以有效的减少雷击引起的线路跳闸。
[0004]但是在使用中，发现随着使用的时间和遭受雷击的次数增加，线路避雷器自身的安全特性会下降，由于线路避雷器是安装在高压线和大地之间，如果其安全性下降到一定程度，不但防不了雷击还有可能对输电线路的安全造成危害。而判断线路避雷器安全性最主要的指标就是在工作电压下，流经线路避雷器漏电流的大小。常规做法是定时把线路避雷器取下来到实验室中做相关的实验，但是这样操作的成本费用很高，不适合大面积使用，因此，在线式的线路避雷器实时监测装置是解决该问题的一个重要手段，而其中漏电流检测检测装置是最为关键的一环。
[0005]现有的线路避雷器在线检测技术为了防止雷击电流通过时对检测装置内部造成损坏一般都会选用隔离器件，避免雷电泄放主回路和测量回路的直接连接。如图1所示，在2014年04月30日公布的、公布号为CN103760454A、名称为“MOV避雷器漏电流检测装置、远程监控系统及方法”中，包含一个由偏置电阻Rs和光电親合器(0C)105组成的并联电路，光电耦合器105是交流式的，便于在交流电路中双向通电，它包括一位于输入端的发光元件和一位于输出的光敏元件，发光元件包壳两个反向并联的LED 二极管。该光电耦合器将射频通信系统和MOV避雷器基干线路相隔离，以减小射频通信部件被雷击式在MOV避雷器101中产生的高电流或高电压击毁的可能性。具体来说，如图1所示，MOV避雷器1I的一端与高压输电线路相连，另一端和漏电流检测装置相连，并通过后者接地。和避雷器101—端直接相连的是偏压电阻Rs、限流电阻Ro和ZOV(氧化锌压敏电阻)。偏压电阻匕与光电耦合器105电路并联，从而提供光电耦合器105所需要的偏压，并建立一个预定的漏电流的警告阈值。限流电阻Ro和限流电阻办分别设置与光电耦合器105输入端的两侧，用于控制在此电路中通过的电流的大小。小型的ZOV与前述之光电耦合器电路以及偏压电阻并联，以提供过载电流保护。该ZOV的大小应能承受一个持续8/20us，峰值为100KA以上的冲击电流。这样的电流足以保证本装置在220Kv以上的输电线路中使用。
[0006]从图1，我们可以看出，上述现有技术在取样部分均采用了隔离器件即光电耦合器105。由于隔离器件的采用，使得漏电流检测的精度受到了隔离器件线性度的影响，降低了测量范围。尽管在光电親合器105的输出端设有输出电阻R3，调整输出电阻R3的阻值大小，使光电耦合器光敏元件在线性区工作，可以输出线性的漏电流模拟信号。但是其线性度仍然不能达到较为理想的效果，线性度有待提高。
[0007]其次，隔离器件的采用使得隔离器后端的采样电路必须采用内部供电，因此加大了采样电路的功耗，增加了电路的复杂性。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置，以提高漏电流检测的线性度，从而提高测量的精度，同时使采样部分的电路不消耗监测设备的内部用电，以适用于采用电池供电的线路避雷器在线监测装置。
[0009]为实现上述发明目的，本发明无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置，包括:
[0010]一大容量压敏电阻，线路避雷器一端接高压输电线，另一端通过大容量压敏电阻与大地连接，大容量压敏电阻安装在检测装置内部；
[0011]其特征在于，还包括:
[0012]一过流保险丝、一限流电阻以及一TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态电压抑制)过压保护器，过流保险丝的一端接入到大容量压敏电阻和线路避雷器的连接端靠近压敏电阻一侧，过流保险丝的另一端接到限流电阻的一端，电阻的另一端接入到漏电流采样电路中整流桥的一个交流输入端，整流桥的另一交流输入端接到大容量压敏电阻的接地(大地)端靠近压敏电阻一侧;在整流桥的交流输入端并接有TVS过压保护器；
[0013]—个漏电流采样电路，漏电流采样电路由整流桥、滤波电容、两个串联的采样分压电阻及采样保持电容构成；
[0014]整流桥的直流输出正端接入到两个串联的采样分压电阻的一端，两个串联的采样分压电阻的另一端接入到整流桥的输出负端，测量信号由两个串联的采样分压电阻的连接点引出；在测量信号和整流桥的输出负端并联采样保持电容，在整流桥的输出正负端并入滤波电容。
[0015]本发明的目的是这样实现的:
[0016]本发明无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置，包括由大容量压敏电阻、过流保险丝、限流电阻以及TVS过压保护器构成的采样前端雷击保护电路，以及由整流桥、滤波电容、两个串联的采样分压电阻及采样保持电容构成的漏电流采样电路。在正常工作情况下，线路避雷器本身不导通，因此加在大功率压敏电阻上的电压很低，只有几伏特的电压，因此大容量(功率)压敏电阻不导通，呈现高阻状态;线路避雷器上的漏电流不能从大功率压敏电阻上流过，只能从过流保险丝、限流电阻以及整流桥、采样分压电阻所构成的并联旁路流过，和线路避雷器正常时的内部几十上百兆欧姆的电阻相比，限流电阻和采样分压电阻千欧姆、百欧姆级的阻值几乎可以忽略不计，因此当漏电流从采样旁路通过时，和其直接流入大地相比几乎没有什么改变;交流漏电流进过整流桥及其后面的滤波电容变为直流信号，由于其后所接的采样分压电阻负载很轻，因此整流滤波后的直流信号和原始的交流漏电流间具有一个固定的变比关系，从而提高漏电流检测的线性度及测量的精度。为了满足后端CPU采样信号的输入要求，通过两个采样分压电阻对整流滤波后的直流电压信号进行分压处理之后再送到CPU的AD采样电路，这样在线路避雷器正常工作时，便由上述电路实现了漏电流的测量。
[0017]在雷击冲击产生时，线路避雷器导通，雷电冲击电压迅速加到大容量(功率)压敏电阻上，通常压敏电阻的启动电压为300V左右，启动时间为几个微秒，在其启动前电压通过保险丝、限流电阻加到TVS过压保护器上，而过压保护器的启动电压为几伏特，因此一旦TVS过压保护器启动，就使得整流桥交流输入端的输入电压被钳位在PVS过压保护器启动电压，从而保护了内部电路不会受到高电压的冲击，由于限流电阻的存在，使得在压敏电阻两端的电压在300V以下时通过PVS过压保护器的电流不会超过PVS过压保护器的安全电流范围，当压敏电阻两端的电压继续升高时压敏电阻导通，雷击电流主要从压敏电阻通过，从而使采样旁路的电压不会继续升高，这样在雷击产生时便由上述电路实现了在雷电发生时对测量电路及内部采样电路的保护。
【附图说明】
[0018]图1是现有线路避雷器漏电流检测装置一具体实例的电路原理图；
[0019]图2是本发明无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置一种【具体实施方式】的电路原理图；
[0020]图3是本发明无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置另一种【具体实施方式】的电路原理图；
[0021]图4是图3所示无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置中，雷击产生的冲击电流波形测试截图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0023]图2是本发明无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置一种【具体实施方式】的电路原理图。
[0024]在本实施例，如图2所示，本发明无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置，包括:由大容量压敏电阻RV1、过流保险丝F、限流电阻Rl以及TVS过压保护器Z构成的采样前端雷击保护电路，以及由整流桥Q、滤波电容Cl、两个串联的采样分压电阻R2、R3及采样保持电容C2构成的漏电流采样电路。漏电流采样电路相当于并联在大容量压敏电阻RVl的两端，过流保险丝F、限流电阻Rl以及TVS过压保护器Z是在雷击时，尤其是大容量压敏电阻RVl启动前，起到保护作用。
[0025]线路避雷器一端(高电位端)接高压输电线，另一端(低电位端)通过大容量压敏电阻RVl与大地间连接，大容量压敏电阻RVl安装在检测装置内部;过流保险丝F的一端接入到大容量压敏电阻RVl和线路避雷器的连接端靠近大容量压敏电阻RVl—侧，过流保险丝F的另一端接到限流电阻Rl的一端，限流电阻Rl的另一端接入到漏电流采样电路中整流桥Q的一个交流输入端，整流桥Q的另一交流输入端接到大容量压敏电阻RVl的接地端靠近大容量压敏电阻RVl—侧;在整流桥Q的交流输入端并接有TVS过压保护器Z;整流桥Q的直流输出正端接入到两个串联的采样分压电阻R2、R3的一端，两个串联的采样分压电阻R2、R3的另一端接入到整流桥的输出负端，测量信号VO由两个串联的采样分压电阻R2、R3的连接点引出；在测量信号和整流桥Q的输出负端并联采样保持电容C2，在整流桥的输出正负端并入滤波电容Cl ο
[0026]当雷电通过线路避雷器的高压端向大地传播时，由过滤保险丝F、限流电流电阻Rl、TVS过压保护器Z所组成的保护通道的电压会增加，当TVS过压保护器Z上的电压增加到TVS过压保护器Z的击穿电压时，TVS过压保护器Z击穿，保持两端电压不再继续上升，从而使得整流桥Q的输入电压不过压；
[0027]由于大容量压敏电阻RVl很大，使得限流电阻Rl两端的电压随着通过电流的增加迅速上升，当TVS过压保护器Z两端的电压加上限流电阻Rl两端的电压总和超过大容量压敏电阻RVl的耐压点时，大容量压敏电阻RVl击穿导通，雷电流会从大容量压敏电阻RVl进行快速泄放，并且由于大容量压敏电阻RVl的稳压特性，两端的电压不会继续上升，使得流过限流电阻Rl和TVS过压保护器Z的电流与电压不再增加，从而实现了对后端检测电路的雷电保护。
[0028]大容量压敏电阻RVl的启动电压为几百伏特(在本实施例中为300V)，在正常工作条件下，大容量压敏电阻RVl处于断开状态，线路避雷器上的交流漏电流只有通过由过流保险丝F、限流电阻R1、整流桥Q、采样分压电阻R2、R3所组成的回路流入到大地(地端)；
[0029]交流漏电流经过整流桥Q，在滤波电容Cl的共同作用下变为直流信号，并通电流流经采样分压电阻R2、R3时，会在采样分压电阻R2、R3两端产生直流电压，从而实现了交流电流到直流电压的转换，通过对采样分压电阻R2、R3选取适当的电阻值，把该直流电压信号调理为可适合AD采样电路使用的电压范围，采样保持电容C2在此具有电压保持的作用。
[0030]图3是本发明无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置另一种【具体实施方式】的电路原理图。
[0031]在本实施例中，如图3所示，采样前端雷击保护电路还包括另一限流电阻R4，连接在限流电阻Rl的另一端与整流桥的一个交流输入端之间，TVS过压保护器Z连接到限流电阻Rl与另一限流电阻R4的连接点与接地(大地)端之间。
[0032]线路避雷器的漏电流在正常情况下通过流保险丝F流经限流电阻Rl，R4，然后流入整流桥Q的一个输入端，再由整流桥Q的正端流出，经由滤波电容Cl在滤波电容Cl两端产生直流电压，该直流电压经过采样分压电阻R2和R3进行分压使得加在采样分压电阻R3两端的电压在漏电流变化范围O?5mA内都能适合检测装置CPU的AD采样输入脚接收的信号。
[0033]本实施例是在图1的基础上，增加了一限流电阻R4，主要用作对整流桥Q输入电流进行进一步的限制。
[0034]此外，在本实施例中，如图3所示，还在整流桥Q的直流输出正端增加一稳压二极管Z1(8.2V)，并连接到整流桥的输出负端(信号地)，其作用是为了保护滤波电容不受过压冲击，在采样分压电阻R3两端即滤波电容C2两端并接了另一个稳压二极管Z2(3.9V)保护CPU的AD接口不受过电压冲击。以上增加的器件不影响本发明的基本工作原理。
[0035]在本实施例中，线路避雷器在正常运行时处于开路状态，仅有微安级的漏电流通过，此时大容量压敏电阻RVl处于高阻状态。当高压输电线受到雷电波冲击(雷击)后，线路避雷器导通，雷电冲击电压和冲击电流通过线路避雷器加到大容量压敏电阻RVl的两端，由于冲击电流的上升是一个如图4的曲线，因此随着电流上升，限流电阻Rl(阻值为IkQ，功率为5W)和R4(阻值为500Ω，功率为1W)两端的电压增加，如图3所示，当限流电阻R4两端的电压增加到超过TVS过压保护器Z的击穿电压18V后，TVS过压保护器Z击穿导通，并且保持TVS过压保护器Z两端的电压不超过18V。当流过限流电阻Rl的电流超过300mA时，大容量压敏电阻RVl两端的电压会超过300V，此时大容量压敏电阻RVl导通，并且保持大容量压敏电阻RVl两端电压被钳位在击穿电压即300V，使得通过限流电阻Rl的电流不在上升，确保了限流电阻Rl和PVS过压保护器Z的安全性，同时由于PVS过压保护器Z处于反向或正向稳压状态，也保证了加在整流桥Q两个输入端的电压不继续上升，从而进一步保证了滤波电容Cl两端的电压不上升，最后也保证了采样分压电阻R2(500Q )、R3(564Q )两端的电压不上升。
[0036]以上几个连锁保护最终使得雷电冲击(雷击)发生时，内部电路不受雷电冲击影响。同时，由于没有采用隔离器件，整流滤波后的直流信号和原始的交流漏电流间具有一个固定的变比关系，从而提高漏电流检测的线性度及测量的精度。此外，如图2、3所示，采样部分的电路不消耗监测设备的内部用电，这样适用于采用电池供电的线路避雷器在线监测装置，使其工作具有更长的时间。
[0037]尽管上面对本发明说明性的【具体实施方式】进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【主权项】
1.一种无隔离器件的线路避雷器漏电流检测装置，包括: 一大容量(功率)压敏电阻，线路避雷器一端接高压输电线，另一端通过大容量压敏电阻与大地间连接，大容量压敏电阻安装在检测装置内部； 其特征在于，还包括: 一过流保险丝、一限流电阻以及一TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态电压抑制)过压保护器，过流保险丝的一端接入到大容量压敏电阻和线路避雷器的连接端靠近压敏电阻一侧，过流保险丝的另一端接到限流电阻的一端，电阻的另一端接入到漏电流采样电路中整流桥的一个交流输入端，整流桥的另一交流输入端接到大容量压敏电阻的接地(大地)端靠近压敏电阻一侧;在整流桥的交流输入端并接有TVS过压保护器； 一个漏电流采样电路，漏电流采样电路由整流桥、滤波电容、两个串联的采样分压电阻及采样保持电容构成； 整流桥的直流输出正端接入到两个串联的采样分压电阻的一端，两个串联的采样分压电阻的另一端接入到整流桥的输出负端，测量信号由两个串联的采样分压电阻的连接点引出；在测量信号和整流桥的输出负端并联采样保持电容，在整流桥的输出正负端并入滤波电容。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的限流电阻为千欧姆级、采样分压电阻为百欧姆级，所述的大容量(功率)压敏电阻上，通常压敏电阻的启动电压为300V左右，所述的TVS过压保护器Z的击穿电压为18V。3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的采样前端雷击保护电路还包括另一限流电阻，连接在限流电阻的另一端与整流桥的一个交流输入端之间，TVS过压保护器连接到限流电阻与另一限流电阻的连接点与接地(大地)端之间。 所述的漏电流采样电路中，整流桥Q的直流输出正端增加一稳压二极管Z1(8.2V)，并连接到整流桥的输出负端(信号地)，其作用是为了保护滤波电容不受过压冲击，在采样分压电阻两端并接了另一个稳压二极管(3.9V)保护CPU的AD接口不受过电压冲击。
【文档编号】G01R31/02GK106058837SQ201610573487
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】杨军
【申请人】电子科技大学