避雷器放电电流测量装置的制作方法

本发明涉及避雷器在线监测的技术领域，尤其是指一种避雷器放电电流测量装置。

背景技术：

避雷器是一种能释放过电压能量限制过电压幅值的保护设备。使用时将避雷器安装在被保护设备附近，与被保护设备并联。由于避雷器保护性能好、反应速度快、通流能力大等特点，其保护的设备从变电站发展到输电线路，保护范围从雷电过电压扩充到操作过电压。

避雷器的工作特点，就是牺牲自己，保护其它设备。避雷器动作的通流次数和通流大小直接关系到氧化锌避雷器的运行状态。传统的避雷器动作计数器只能反映超过100a以上电流的动作次数，无法区分超过避雷器额定通流容量的动作次数。而实际中，氧化锌避雷器耐受额定通流容量的动作电流次数是有限的，国标gb11032-2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》中规定：试品应能耐受20次峰值等于避雷器标称额定放电电流而波形为8/20μs的雷电冲击电流试验。如果氧化锌避雷器运行中如果超过额定通流容量的次数超过20次，其次数已超过国家标准要求，设备性能和运行状态需进行认真评估。因此有必要监测避雷器动作时的放电电流的幅值、波形、放电次数，计算避雷器释放过的电压能量，从而提供避雷器的运行状态信息，为避雷器的运行、维护提供评估和预警，提高系统安全水平。

雷电过电压情况下，流过避雷器的动作电流高达上万安培，而操作过电压情况下，流过避雷器的动作电流可能才几十安培，避雷器动作时的放电电流幅值在几十安培到数万安培范围内。由于避雷器放电电流属于暂态电流，在设计测量范围时，若兼顾小幅值电流的精确度，大电流可能超量程，若兼顾大幅值电流的精确度，小电流可能测不到，因此解决宽量程的难题是避雷器放电电流测量准确的一大技术难点。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中针对宽量程的避雷器放电电流测量准确率低的问题，从而提供一种侦测准确率高、且可实现自动量程切换的避雷器放电电流测量装置。

为解决上述技术问题，本发明的一种避雷器放电电流测量装置，所述避雷器与传感器相连，包括：数据采集与输入单元、第一控制单元、数据存储、第二控制单元；其中所述数据采集与输入单元用于采集从所述传感器上收集的数据并将采集的数据输入至所述第一控制单元，所述数据采集与输入单元包括分别与所述传感器相连的第一通道和第二通道，且所述第一通道和所述第二通道分别对应不同的测量范围；所述第一控制单元用于将采集的数据与预设的信号幅值触发门限值作比较，以捕获有效的波形数据，并将有效的波形数据写入所述数据存储；所述数据存储包括第一存储模块、第二存储模块，且所述第一存储模块用于存储所述第一通道内的有效波形数据，所述第二存储模块用于存储所述第二通道内的有效波形数据，所述第二控制单元将所述第一控制单元捕获的有效波形数据从所述数据存储中读出，并输入至外存储器上。

在本发明的一个实施例中，所述第一通道包括与所述传感器相连第一分压电阻、第一信号调理电路、第一数模转换器，且所述第一分压电阻通过所述第一信号调理电路与所述第一数模转换器相连，所述第一数模转换器与所述第一控制单元相连；所述第二通道包括与所述传感器相连第二分压电阻、第二信号调理电路、第二数模转换器，且所述第二分压电阻通过所述第二信号调理电路与所述第二数模转换器相连，所述第二数模转换器与所述第一控制单元相连。

在本发明的一个实施例中，所述第一控制单元包括第一数据比较模块、第二数据比较模块、第一sram模块、第二sram模块以及spi模块，其中所述第一数据比较模块用于比较所述第一通道输出的数据是否大于所述信号幅值触发门限值，并将有效的波形数据存储在所述第一sram模块中；所述第二数据比较模块用于比较第二通道输出的数据是否大于所述信号幅值触发门限值，并将有效的波形数据存储在所述第二sram模块中；所述第一sram模块用于存储所述第一通道输出的有效波形数据，同时将读出的有效波形数据传输至所述spi模块，所述第二sram模块用于存储所述第二通道输出的有效波形数据，同时将读出的有效波形数据传输至所述spi模块；所述spi模块用于所述第一控制单元与所述第二控制单元之间的数据交换。

在本发明的一个实施例中，所述第一控制单元还与晶振时钟相连。

在本发明的一个实施例中，所述晶振时钟分别与所述第一数据比较模块、第二数据比较模块、第一sram模块、第二sram模块相连。

在本发明的一个实施例中，还包括电源模块，所述电源模块用于为整个装置提供电源。

在本发明的一个实施例中，所述电源模块外接两种不同的供电方式。

在本发明的一个实施例中，还包括第一光纤通讯模块，gps秒脉冲通过所述第一光纤通讯模块与所述第一控制单元相连。

在本发明的一个实施例中，还包括第二光纤通讯模块，串口信号通过所述第二光纤通讯模块与所述第二控制单元相连。

在本发明的一个实施例中，所述外存储器包括硬盘、软盘、光盘、nandflash等。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的避雷器放电电流测量装置，所述数据采集与输入单元用于采集从所述传感器上收集的数据并将采集的数据输入至所述第一控制单元，所述数据采集与输入单元包括分别与所述传感器相连的第一通道和第二通道，且所述第一通道和所述第二通道分别对应不同的测量范围，从而有利于同时记录不同的波形；所述第一控制单元用于将采集的数据与预设的信号幅值触发门限值作比较，以捕获有效的波形数据，并将有效的波形数据写入所述数据存储；所述数据存储包括第一存储模块、第二存储模块，且所述第一存储模块用于存储所述第一通道内的有效波形数据，所述第二存储模块用于存储所述第二通道内的有效波形数据，所述第二控制单元将所述第一控制单元捕获的有效波形数据从所述数据存储中读出，并输入至外存储器上，从而可以准确的测量避雷器不同的放电电流，实现自动量程切换，有效提高针对宽量程的避雷器放电电流测量的准确率。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明避雷器放电电流测量装置连接示意图；

图2是本发明第一控制单元的示意图。

说明书附图标记说明：11-第一分压电阻，12-第一信号调理电路，13-第一数模转换器，14-第二分压电阻，15-第二信号调理电路，16-第二数模转换器，20-第一控制单元,21-第一数据比较模块，22-第二数据比较模块，23-第一sram模块，24-第二sram模块，25-spi模块，31-第一存储模块，32-第二存储模块，40-第二控制单元，50-外存储器，61-晶振时钟，62-第一光纤通讯模块,63-第二光纤通讯模块。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供一种避雷器放电电流测量装置，所述避雷器与传感器相连，包括：数据采集与输入单元、第一控制单元20、数据存储、第二控制单元40；其中所述数据采集与输入单元用于采集从所述传感器上收集的数据并将采集的数据输入至所述第一控制单元20，所述数据采集与输入单元包括分别与所述传感器相连的第一通道和第二通道，且所述第一通道和所述第二通道分别对应不同的测量范围；所述第一控制单元20用于将采集的数据与预设的信号幅值触发门限值作比较，以捕获有效的波形数据，并将有效的波形数据写入所述数据存储；所述数据存储包括第一存储模块31、第二存储模块32，且所述第一存储模块31用于存储所述第一通道内的有效波形数据，所述第二存储模块32用于存储所述第二通道内的有效波形数据，所述第二控制单元40将所述第一控制单元20捕获的有效波形数据从所述数据存储中读出，并输入至外存储器50上。

本实施例所述避雷器放电电流测量装置，所述避雷器与传感器相连，通过所述传感器获取所述避雷器的放电电流信号，包括：数据采集与输入单元、第一控制单元20、数据存储、第二控制单元40；其中所述数据采集与输入单元用于采集从所述传感器上收集的数据并将采集的数据输入至所述第一控制单元，所述数据采集与输入单元包括分别与所述传感器相连的第一通道和第二通道，且所述第一通道和所述第二通道分别对应不同的测量范围，从而有利于同时记录不同的波形；所述第一控制单元20用于将采集的数据与预设的信号幅值触发门限值作比较，以捕获有效的波形数据，并将有效的波形数据写入所述数据存储；所述数据存储包括第一存储模块31、第二存储模块32，且所述第一存储模块31用于存储所述第一通道内的有效波形数据，所述第二存储模块32用于存储所述第二通道内的有效波形数据，所述第二控制单元32将所述第一控制单元20捕获的有效波形数据从所述数据存储中读出，并输入至外存储器50上，从而可以准确的测量避雷器不同的放电电流，实现自动量程切换，有效提高针对宽量程的避雷器放电电流测量的准确率。

所述第一通道包括与所述传感器相连第一分压电阻11、第一信号调理电路12、第一数模转换器13，且所述第一分压电阻11通过所述第一信号调理电路12与所述第一数模转换器13相连，所述第一数模转换器13与所述第一控制单元20相连，从而将所述传感器上采集的数据通过所述第一通道传输至所述第一控制单元20内；所述第二通道包括与所述传感器相连第二分压电阻14、第二信号调理电路15、第二数模转换器16，且所述第二分压电阻14通过所述第二信号调理电路15与所述第二数模转换器16相连，所述第二数模转换器16与所述第一控制单元20相连，从而将所述传感器上采集的数据通过所述第二通道传输至所述第一控制单元20内。具体地，所述第一通道和所述第二通道分别对应一档测量范围；第一档的电阻分压比例为1/10，对应信号范围±50a～±2.5ka；第二档的分压比例为1/200，对应信号范围±1ka～±30ka。所述每个通道在信号经过电阻分压后，对信号进行调理接入差分数模转换芯片。

本实施例所述避雷器放电电流测量装置还包括电源模块，所述电源模块用于为整个装置提供电源。所述电源模块产生±5v、3.3v、1.8v四种电压，满足各级芯片的电源供电。所述电源模块外接两种不同的供电方式，一种是220v交流电源，一种是12v直流电源，两种方式可任选一种，以适应不同的工作场所。

所述第一控制单元20还与晶振时钟61相连，通过所述晶振时钟61提供时钟信号。本实施例所述避雷器放电电流测量装置还包括第一光纤通讯模块62，gps秒脉冲通过所述第一光纤通讯模块62与所述第一控制单元20相连，所述第一光纤通讯模块62为整个装置授时，有利于提高准确率。还包括第二光纤通讯模块63，串口信号通过所述第二光纤通讯模块63与所述第二控制单元40相连。

所述第一控制单元20包括第一数据比较模块21、第二数据比较模块22、第一sram（staticrandom-accessmemory：静态随机存取存储器）模块23、第二sram模块24以及spi（serialperipheralinterface：串行外设接口）模块25，其中所述晶振时钟分别与所述第一数据比较模块21、第二数据比较模块22、第一sram模块23、第二sram模块24相连，从而为各个模块提供时钟信号，下面详细说明每个模块的作用：

所述第一数据比较模块21用于比较所述第一通道输出的数据是否大于所述信号幅值触发门限值，并将有效的波形数据存储在所述第一sram模块23中。具体地，比较所述第一通道输出的数据是否大于设置的信号幅值触发门限值ch1_value1，为了滤除毛刺，只有当检测到7个连续的数据大于所述信号幅值触发门限值时，才认为是有效的放电电流波形，发出latch1信号，之后开始记录数据，将第一档量程从第一通道输出数据存储在所述第一sram模块23中。第一档量程的上限值2.5ka对应的第一通道的量程上限值为ch1_value2，在连续记录的过程中，比较所述第一通道内的数据是否一直小于ch1_value2，若一直小于ch1_value2，说明第一档量程测量波形有效，ch1_flag标志置1；若有值大于ch1_value2表明超量程了，ch1_flag标志置0。

所述第二数据比较模块22用于比较第二通道输出的数据是否大于所述信号幅值触发门限值，并将有效的波形数据存储在所述第二sram模块24中。具体地，比较所述第二通道输出的数据是否大于设置的信号幅值触发门限值ch2_value1，为了滤除毛刺，只有当检测到7个连续的数据大于信号幅值触发门限值时，才认为是有效的放电电流波形，发出latch2信号，之后开始记录数据，将第二档量程从第二通道输出数据存储在所述第二sram模块24中。第二档量程的下限值1ka对应的第二通道的量程下限值为ch2_value2，在连续记录的过程中，比较第二通道内的数据是否一直小于ch2_value2，若一直小于ch2_value2，表明第二档量程输入波形太小，不适合用该档量程记录，记录的波形无效，ch2_flag标志置0；若有值大于ch2_value2表明记录的波形有效，ch2_flag标志置1。

所述第一sram模块23用于存储所述第一通道输出的有效波形数据，同时将读出的有效波形数据传输至所述spi模块25。具体地，在收到latch1信号后，在所述晶振时钟61的信号下，将所述第一通道内采样的数据流存储到所述第一sram模块23中；另一方面，从所述第一sram模块23中读出数据送给所述spi模块25。

所述第二sram模块24用于存储所述第二通道输出的有效波形数据，同时将读出的有效波形数据传输至所述spi模块25。具体地，在收到latch2信号后，在所述晶振时钟61的信号下，将第二通道采样的数据流存储到所述第二sram模块24中；另一方面，从所述第二sram模块24中读出数据送给所述spi模块25。

所述spi模块25用于所述第一控制单元20与所述第二控制单元40之间的数据交换。具体地，所述spi模块25作为所述第一控制单元20与所述第二控制单元40通讯的接口，所述spi接口通讯方式，用于所述第一控制单元20与所述第二控制单元40之间的数据交换，将所述第一sram模块23或所述第二sram模块24中的电流波形数据转移到可掉电存储的外存储器上中。

本实施例中，所述第一控制单元20是cpld（complexprogrammablelogicdevice：复杂可编程逻辑器件）控制单元。所述第二控制单元40是arm控制单元。所述外存储器50包括硬盘、软盘、光盘、nandflash等。

本发明在测试时，同时记录两档的电流波形，暂时存储在所述第一sram模块23中和所述第二sram模块24中；根据两档通道记录的波形有效标志ch1_flag和ch2_flag选择量程档，第一档电流测量范围为±50a～±2.5ka。第二档电流测量范围为±1ka～±30ka，在±1ka～±2.5ka量程重合范围内，ch1_flag和ch2_flag会同时有效，选择第一档量程的记录波形。ch1_flag和ch2_flag标志为“10”，将第一档量程记录的波形作为测量结果，测量结果从所述第一sram模块23中转移到nandflash中。ch1_flag和ch2_flag标志为“11”将第一档量程记录的波形作为测量结果，测量结果从所述第一sram模块23中转移到nandflash中。ch1_flag和ch2_flag标志为“01”将第二档量程记录的波形作为测量结果，测量结果从所述第二sram模块24中转移到nandflash中。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。