一种限压型电涌保护器阻性电流在线监测方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷电预防设备技术领域，具体说是一种限压型电涌保护器阻性电流在 线监测方法和装置。
【背景技术】
[0002] 电涌保护器（SPD)主要是通过分流技术迅速释放脉冲能量以限制设备及线路上 的电压幅值而实现过电压保护的功能，其性能不仅影响着整个配电系统、通信系统的安全 性，也关系到运行系统的经济效益。从20世纪开始出现的高压系统避雷器，到现在的低压 电路专用电涌保护器，都是以提高其分流能力为最终目标的。现有防浪涌装置的类型主要 有开关型和限压型两种，限压型电涌保护器利用氧化锌为主材，在上个世纪80年代初开 始，由日本松下电器公司发明的氧化锌压敏电阻为标志。在低压配电系统中，由于持续正常 运行电压低，氧化锌阀片的优越性体现得更为突出。在实际生产中，部分电涌保护器采用的 B+C型设计模式，即在限压型元件前端加有一级放电间隙或气体放电管，这种做法，通常只 是为了增加电涌保护器的通流容量及降低残压，无法解决泄露电流的问题。由于氧化锌电 涌保护器在运行过程中常由于冲击电压作用、雨雪、灰尘的污染导致内部受潮受污，进而发 生老化、劣化的现象，即泄露电流变大，如果未及时发现，很容易酿成电气火灾事故。
[0003] 目前，对于该问题的解决办法通常是采用离线年检制度，通过检测电涌保护器的 泄露电流来判定其是否老化、劣化，对于泄露电流的监测，通常利用的是穿心式罗氏线圈采 集总泄露电流，处理单元通常不对电流内部成分进行区分。
[0004] 比如《一种自动监测限压型电涌保护器性能的装置》（专利号：CN103969523A)中 采用的就是穿心式罗氏线圈进行泄露电流信号采集，再对其信号进行滤波处理后放大，得 出限压型电涌保护器的工作状态正常与否。然而，泄露电流中包含着阻性电流和容性电流 两种成分。总泄漏电流法虽能够一定程度上反应避雷器整体受潮和阀片严重老化等缺陷， 但由于阻性分量在总泄漏电流中所占的比例很小（劣化时约占5 % )，有可能当阻性电流己 经增加很多时，总泄漏电流的变化仍然不大，且阻性电流往往是阀片发热的主要原因，因此 该方法的灵敏度不高，采集的数据仅能用于电涌保护器运行状况的初判；为了能减少容性 电流的干扰，有专家学者在论文《用于防雷工程的电涌保护器的测试研宄》中提到：气象部 门在电涌保护器的年检时，常将电涌保护器进行拆卸，送到实验室进行离线试验，这种检测 方式，耗时耗力，且无法真实反映电涌保护器在线工作时的工作状况；由于无法协调在线监 测与电流成分区分提取的问题，国外已经发明了双CT法与温度测量法对避雷器的工作状 态进行监测，但是，这两种方法用于高压输变电系统的避雷器监测具有一定的优势，但是对 于低压配电系统，由于本身配电网络结构复杂，节点较多，电涌保护器使用数量大，使用国 外的这两种方法在经济上是无法实现的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种限压型电涌保护器阻性电 流在线监测装置。
[0006] 本发明的另一目的是提供一种限压型电涌保护器阻性电流在线监测方法。
[0007] 本发明将围绕一种限压型电涌保护器阻性电流在线监测的实现方法展开设计，设 计的创新点在于既坚持了在线监测的原则，又突出了对于微弱阻性电流的提取分析，将阻 性电流值作为限压型电涌保护器老化、劣化的判据。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009] 一种限压型电涌保护器阻性电流在线监测装置，包括电压信号采集模块、电流信 号采集模块、温度采集模块、dsPIC芯片处理模块、输出模块和外部时钟模块，所述电流信号 采集模块、温度采集模块及外部时钟模块通过A/D转换接口与所述dsPIC芯片处理模块连 接，所述输出模块与dsPIC芯片处理模块连接；其中：
[0010] 所述电压信号采集模块用来采集供配电线路的电压，并进行线性降压处理，再经 过A/D转换接口进行模数转换后，送给所述dsPIC芯片处理模块；
[0011] 所述电流信号采集模块用来采集电涌保护器的总泄露电流，并进行线性放大处 理，再经过A/D转换接口进行模数转换后，传递给所述dsPIC芯片处理模块；
[0012] 所述温度采集模块通过A/D转换接口与所述dsPIC芯片处理模块连接，用于采集 和电涌保护器中的压敏片的温度，送给dsPIC芯片处理模块；
[0013] 所述dsPIC芯片处理模块用于接收各模块的数据，并进行分析和处理；
[0014] 所述输出模块包括数据显示模块或数据打印模块或数据存储模块中的一种或多 种，用于输出所述dsPIC芯片处理模块得到的结果数据；
[0015] 所述外部时钟模块用于提供当前实时的时间信息。
[0016] 本发明的进一步设计在于：
[0017] 所述电压信号采集模块包括依次连接的电压信号取样电路、线性互感器和信号放 大器；所述线性互感器的型号为SPT204A，所述信号放大器的型号为AD620,信号放大器输 出的电压幅值在0-5V之间。
[0018] 电流信号采集模块包括依次连接的微电流采集器、电流互感器和信号放大器；微 电流采集器采用多匝串入式微电流采集器，包括坡莫合金材质的环形铁芯、一次侧绕组和 二次侧绕组，一次侧接电涌保护器的保护线，二次侧接所述电流互感器；环形铁芯为坡莫合 金材质，环形铁芯内径为12mm，外径为24mm，一次侧绕组缠绕2匝，二次侧绕组到至少绕制 2000匝，使得采集到的微安级电流转为毫安级电流。
[0019] 该装置还包括频率检测模块，所述输入端连接到电压信号采集模块的线性互感器 二次侧，输出端连接到dsPIC芯片控制器。
[0020] 该装置还包括编码控制模块，所述编码控制模块通过A/D转换接口与所述dsPIC 芯片处理模块连接，由一个旋转编码开关和旁系电路组成。
[0021] 该装置还可以包括用户端，dsPIC芯片处理模块通过zigbee无线信号中继模块与 用户端通信连接。
[0022] 一种限压型电涌保护器阻性电流在线监测方法，该方法包括以下步骤：
[0023] (1)由各采集模块分别（电压信号采集模块、电流信号采集模块、温度采集模块） 采集供配电线路的电压幅值电压、电涌保护器中压敏片表面温度Tl和电涌保护器的初始 总泄漏电流I ;
[0024] (2)对步骤1采集到的初始总泄漏电流I进行线性放大处理，并进行模数转换得到 调理后总泄漏电流Il ;
[0025] (3)比较步骤1的Tl与电涌保护器中压敏片的劣化限定温度值TO,（T0由压敏片 生产厂家规定）的大小，如Tl大于或等于TO时，直接输出"电涌保护器中压敏片劣化";如 Tl小于TO，则进入步骤4);
[0026] (4)对步骤2调理后的总泄漏电流Il进行快速傅里叶变换（FFT)并还原处理，得 到各次谐波泄露电流I k，从Ik的波形中得到各次谐波电流的幅值I kjp各次谐波相角β k; 并对步骤1采集到的电压进行线性降压处理，并进行模数转换得到调理后电压，从调理后 电压的波形中得到各次谐波相角a k;其中：k为谐波的次数，取1-7的整数值；
[0027] 谐波电流是由设备或系统引入的非正弦特性电流，只要是非正弦谐波，就可以对 其进行分解，分解为奇次和偶次。任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐 波频率的正弦波。谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，称为基次（一次）谐波，二 次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz……。总泄露电流指的是1、2……7次谐波所有波形 的波形叠加。
[0028] (5)将步骤4得到的对应谐波次数的Ikm、a k、β玳入公式（a)，得到各次阻性电 流的幅值IKk;再将各次阻性电流的幅值I 入公式（b)，得到总阻性电流的幅值I κ，将得 到的IKk、Ik进行输出或存储以备调用；
[0029] IEk= I kmcos(0k-a k) (a) +tx>
[0030] h = 4i + Σ 7? a,) (b)
[0031] 式中：k为谐波的次数，取1-7的整数值，Iki为阻性电流基波分量（当k、m取值0 的时候，即可得到U ;
[0032] (6)将步骤5得到的总阻性电流的幅值1,与电涌保护器最大泄露电流允许值的 5%进行对比，若I k大于或等于其5%，则可判定Sro已劣化，若I κ小于其5%，则可判定SPD 正常。
[0033] 本发明具有以下突出的有益效果：
[0034] 该方法通过采集电涌保护器中压敏片表面温度和总泄漏电流，对总泄漏电流进行 快速傅