一种基于dsp芯片的氧化锌避雷器在线监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电子、电气设备监控技术领域，具体涉及一种基于DSP芯片的氧 化锌避雷器在线监测装置。
【背景技术】
[0002] 氧化锌避雷器由于具有良好的非线性V-I特性、通流大以及动作时间快等优点， 自上世纪70年代面世以来，已经逐步取代了传统的SiC阀式避雷器，被广泛应用于高压、超 高压雷电过电压保护领域，大大提高了电力系统的安全性。然而由于氧化锌避雷器取消了 串联间隙，长期系统过电压承受工频电压，因此其内部阀片容易出现老化劣化的现象，而外 部环境因素如潮湿、污秽、过电压、结构不良等会加速这种老化劣化的现象，直接导致氧化 锌避雷器阻性电流上升，甚至会产生因阀片温度上升而导致的爆炸事故，造成电力系统崩 溃等不良后果。因此，为了及时发现氧化锌避雷器在运行过程中的受潮、老化及其它安全隐 患，避免电力事故的发生，对氧化锌避雷器进行在线监测是非常有效的手段，通过检测氧化 锌避雷器的绝缘状况来判断其性能，从而能够及时有效地了解其运行状况，这样就为氧化 锌避雷器的安全运行提供了一定的保证，可以有效减少经济损失，同时可以达到维护电力 系统的安全运行以及节约人力、物力的目的。
[0003] 目前针对氧化锌避雷器的在线监测大多是基于监测阻性电流的变化来实现的，然 而由于在阻性电流在实际情况下通常只有微安到毫安量级，容易受到现场相间干扰，电网 频率波动等因素的影响，阻性电流提取的精确性难以得到有效的保障，因此需要通过监测 其他可以较为精确在线测量的参数，来保证在线监测的精确可靠。但目前，尚欠缺对氧化锌 避雷器其他参数进行在线监测的装置。
【发明内容】
[0004] 由于氧化锌避雷器属于一种二元电介质，在正常工作状态下表现出容性电介质的 特征，而该类电介质的老化状态可以通过监测器监测介质损耗角来实现，因此本实用新型 提供了一种基于DSP芯片的氧化锌避雷器介质损耗角在线监测装置，通过电压，电流，温度 三个传感器模块获取氧化锌避雷器的实时工作状态。此外，通过DSP处理器对获取的信号 进行实时谐波分析处理后，还可以精确地计算出介质损耗角。必须说明的是，本实用新型仅 对硬件进行改进，其中DSP对介质损耗角的计算过程采用现有论文中的成熟代码，未对软 件进行改进。
[0005] 为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0006] 一种基于DSP芯片的氧化锌避雷器在线监测装置，包括电压采集模块、电流采集 模块、温度采集模块、第一A/D转换模块、第二A/D转换模块、DSP处理模块，CAN收发机模 块、上位机模块，所述电压采集模块用于获取氧化锌避雷器中的电压、其通过第一A/D转换 模块与DSP处理模块连接，所述电流采集模块获取氧化锌避雷器接地线上的漏电流、其通 过第二A/D转换模块与DSP处理模块连接，所述温度采集模块和CAN收发机模块分别与DSP 处理模块连接，所述温度采集模块用于获取氧化锌避雷器的实时温度，所述上位机模块与CAN收发机模块相连。
[0007] 进一步的，所述电压采集模块包括依次连接的电压探测单元和电压信号放大单 元，所述电压探测单元用于与采集氧化锌避雷器母线连接的电压互感器上的电压信号，所 述电压信号放大单元用于对电压探测单元输出的信号进行放大和滤波处理。
[0008] 进一步的，所述电流采集模块包括依次连接的电流探测单元、电流信号放大单元 和低通滤波单元，所述电流探测单元用于探测氧化锌避雷器接地线上的漏电流信号，所述 电流信号放大单元用于对电流探测单元输出的电流信号转换为电压信号并进行放大处理， 所述低通滤波器用于去除电流信号放大单元输出信号中的高频干扰信号。
[0009] 进一步的，所述电流探测单元为宽带罗氏线圈。
[0010] 进一步的，所述CAN收发机模块包括CAN收发器。
[0011] 进一步的，所述CAN收发机模块还包括与CAN收发器连接的高速光耦芯片，所述高 速光耦芯片用于对DSP芯片和物理总线进行光电隔离。
[0012] 进一步的，所述CAN收发机模块与DSP处理模块之间还连接有CAN控制器。
[0013] 与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：
[0014] 本实用新型基于DSP处理器设计，具有很强的数字信号处理能力；采用电压探测 单元和电压信号放大单元能够精确采集氧化锌避雷器母线上的电压；采用宽带罗氏线圈测 量氧化锌避雷器的流经电流的实时波形，抗干扰能力强，测量电流范围大且安全可靠；温度 采集模块能够精确采集氧化锌避雷器上的实时温度；本装置能够在线测量氧化锌避雷器的 关键参数，并传送至上位机，实现氧化锌避雷器的在线监测。此外，还能根据这些参数快速 和精确地计算出氧化锌避雷器运行过程中的介质损耗角，诊断电涌保护器的运行状态，根 据介质损耗角的偏离程度对氧化锌避雷器的状态进行在线监测和警报。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型提供的基于DSP芯片的氧化锌避雷器在线监测装置原理框图；
[0016] 图2为电压采集模块电路结构图；
[0017]图3为电流采集模块电路结构图；
[0018] 图4为宽带罗氏线圈结构示意图；
[0019]图5为温度采集模块电路结构图；
[0020] 图6为A/D转换模块电路结构图；
[0021]图7为CAN收发机模块电路结构图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方 式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使 用的词语"前"、"后"、"左"、"右"、"上"和"下"指的是附图中的方向，词语"内"和"外"分别 指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0023] 如图1所示，本实用新型提供的基于DSP芯片的氧化锌避雷器在线监测装置，包括 电压采集模块，电流采集模块，温度采集模块，第一和第二A/D转换模块，DSP处理模块，CAN 收发机模块和上位机模块。其中，电压采集模块通过第一A/D转换模块与DSP处理模块连 接，电流采集模块通过第二A/D转换模块与DSP处理模块连接，温度采集模块与DSP处理 模块连接，上位机模块通过CAN收发机模块与DSP处理模块连接。DSP处理模块优选采用 TMS320F2812处理器芯片，该芯片通过外接存储器接口与外部RAM连接，通过PLL接口与晶 振电路连接，通过McBSP接口与LED连接，通过SPI接口与时钟单元连接。
[0024] 具体的说，如图2所示，电压采集模块包括彼此连接的电压探测单元和电压信号 放大单元，其中，电压探测单元与氧化锌避雷器中连接于母线的电压互感器（PT)相连，电 压探测单元包括精密微型电压互感器HPT303和其限流电阻R1，限流电阻R1取值为50kD， 用于探测母线电压Ux的波形，以获取电压的实时相位同幅度。由于精密微型电压互感器 HPT303经过外部电路补偿后相位差可以做到仅为1'到2'，因此可以有效减少传感器带来 的误差，适用于氧化锌避雷器的在线监测。在实际应用中，PT二次侧电压通常在100V左 右，通过限流电阻R1限流后，将产生1mA~2mA电流，通过精密微型电压互感器HPT303后 将感应出相同的1mA~2mA电流。电压信号放大单元包括运算放大器IC1，二极管Dl、D2， 电阻R2、R3,电容C1、C2,其中IC1采用型号为LM358的高增益双运算放大器，其中正输入端 接地、正负输入端与电压探测单元中精密微型电压互感器HPT303的输入端相连；二极管D1 和D2相互反向放置于运算放大器IC1正负输入端之间，起到过电压保护作用，以防输入电 压过大损坏运算放大器IC1 ;电阻R3和电容C1相互串联并连接在运算放大器IC1的负输 入同输出端之间，其主要作用是用来补偿相位差；电阻R2连接在运算放大器IC1的负输入 同输出端之间，用于调节输出端的电压输出，当R2 = 2. 5kD时，运算放大器IC1的输出电 压为±5V;电容C2连接在运算放大器IC1的输出端同地之间，起滤波作用，从而到达抗干 扰电流的目的，经过一系列限流，放大，滤波过程后，电压采集模块的输出电压为U01。
[0025] 如图3所示，电流采集模块包括依次连接的宽带罗氏线圈，电流信号放大单元，低 通滤波单元。宽带罗氏线圈直接套装在被测氧化锌避雷器的接地线上，不改变设备原有的 接线方式，能起到良好的电气隔离的作用。宽带罗氏线圈结构图如图4所示，该宽带罗氏 线圈的骨架选用圆环形结构，便于安装在设备的接地线上，线圈的内、外半径分别为a= 400mm，b= 460mm，绕线的线径为1mm，西数为2500西。由于不存在磁芯饱和的问题，该线 圈测量范围宽，电流测量范围小到UA数量级。必须指出，宽带罗氏线圈能够实现电流探测 采集功能，本领域内技术人员也可以采用其他的电流探测单元来达到同样的效果。电流信 号放大单元包括电阻1?4、1?5、1?6、1?7、1?8，运算放大器扣2。其中，外积分电阻1?4连接在宽带 罗氏线圈的两个抽头之间，用于将宽带罗氏线圈上的感应的电流信号转换为电压信号；输 入电阻R5连接在电阻R4的一端同运算放大器IC2负输入端之间，输入电阻R5连接在电阻 R4的另一端同