一種限壓型電涌保護器阻性電流在線監測方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及雷電預防設備技術領域，具體說是一種限壓型電涌保護器阻性電流在 線監測方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 電涌保護器（SPD)主要是通過分流技術迅速釋放脈沖能量以限制設備及線路上 的電壓幅值而實現過電壓保護的功能，其性能不僅影響著整個配電系統、通信系統的安全 性，也關系到運行系統的經濟效益。從20世紀開始出現的高壓系統避雷器，到現在的低壓 電路專用電涌保護器，都是以提高其分流能力為最終目標的。現有防浪涌裝置的類型主要 有開關型和限壓型兩種，限壓型電涌保護器利用氧化鋅為主材，在上個世紀80年代初開 始，由日本松下電器公司發明的氧化鋅壓敏電阻為標志。在低壓配電系統中，由于持續正常 運行電壓低，氧化鋅閥片的優越性體現得更為突出。在實際生產中，部分電涌保護器采用的 B+C型設計模式，即在限壓型元件前端加有一級放電間隙或氣體放電管，這種做法，通常只 是為了增加電涌保護器的通流容量及降低殘壓，無法解決泄露電流的問題。由于氧化鋅電 涌保護器在運行過程中常由于沖擊電壓作用、雨雪、灰塵的污染導致內部受潮受污，進而發 生老化、劣化的現象，即泄露電流變大，如果未及時發現，很容易釀成電氣火災事故。
[0003] 目前，對于該問題的解決辦法通常是采用離線年檢制度，通過檢測電涌保護器的 泄露電流來判定其是否老化、劣化，對于泄露電流的監測，通常利用的是穿心式羅氏線圈采 集總泄露電流，處理單元通常不對電流內部成分進行區分。
[0004] 比如《一種自動監測限壓型電涌保護器性能的裝置》（專利號：CN103969523A)中 采用的就是穿心式羅氏線圈進行泄露電流信號采集，再對其信號進行濾波處理后放大，得 出限壓型電涌保護器的工作狀態正常與否。然而，泄露電流中包含著阻性電流和容性電流 兩種成分。總泄漏電流法雖能夠一定程度上反應避雷器整體受潮和閥片嚴重老化等缺陷， 但由于阻性分量在總泄漏電流中所占的比例很小（劣化時約占5 % )，有可能當阻性電流己 經增加很多時，總泄漏電流的變化仍然不大，且阻性電流往往是閥片發熱的主要原因，因此 該方法的靈敏度不高，采集的數據僅能用于電涌保護器運行狀況的初判；為了能減少容性 電流的干擾，有專家學者在論文《用于防雷工程的電涌保護器的測試研宄》中提到：氣象部 門在電涌保護器的年檢時，常將電涌保護器進行拆卸，送到實驗室進行離線試驗，這種檢測 方式，耗時耗力，且無法真實反映電涌保護器在線工作時的工作狀況；由于無法協調在線監 測與電流成分區分提取的問題，國外已經發明了雙CT法與溫度測量法對避雷器的工作狀 態進行監測，但是，這兩種方法用于高壓輸變電系統的避雷器監測具有一定的優勢，但是對 于低壓配電系統，由于本身配電網絡結構復雜，節點較多，電涌保護器使用數量大，使用國 外的這兩種方法在經濟上是無法實現的。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的是針對上述現有技術中的不足，提供一種限壓型電涌保護器阻性電 流在線監測裝置。
[0006] 本發明的另一目的是提供一種限壓型電涌保護器阻性電流在線監測方法。
[0007] 本發明將圍繞一種限壓型電涌保護器阻性電流在線監測的實現方法展開設計，設 計的創新點在于既堅持了在線監測的原則，又突出了對于微弱阻性電流的提取分析，將阻 性電流值作為限壓型電涌保護器老化、劣化的判據。
[0008] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0009] 一種限壓型電涌保護器阻性電流在線監測裝置，包括電壓信號采集模塊、電流信 號采集模塊、溫度采集模塊、dsPIC芯片處理模塊、輸出模塊和外部時鐘模塊，所述電流信號 采集模塊、溫度采集模塊及外部時鐘模塊通過A/D轉換接口與所述dsPIC芯片處理模塊連 接，所述輸出模塊與dsPIC芯片處理模塊連接；其中：
[0010] 所述電壓信號采集模塊用來采集供配電線路的電壓，并進行線性降壓處理，再經 過A/D轉換接口進行模數轉換后，送給所述dsPIC芯片處理模塊；
[0011] 所述電流信號采集模塊用來采集電涌保護器的總泄露電流，并進行線性放大處 理，再經過A/D轉換接口進行模數轉換后，傳遞給所述dsPIC芯片處理模塊；
[0012] 所述溫度采集模塊通過A/D轉換接口與所述dsPIC芯片處理模塊連接，用于采集 和電涌保護器中的壓敏片的溫度，送給dsPIC芯片處理模塊；
[0013] 所述dsPIC芯片處理模塊用于接收各模塊的數據，并進行分析和處理；
[0014] 所述輸出模塊包括數據顯示模塊或數據打印模塊或數據存儲模塊中的一種或多 種，用于輸出所述dsPIC芯片處理模塊得到的結果數據；
[0015] 所述外部時鐘模塊用于提供當前實時的時間信息。
[0016] 本發明的進一步設計在于：
[0017] 所述電壓信號采集模塊包括依次連接的電壓信號取樣電路、線性互感器和信號放 大器；所述線性互感器的型號為SPT204A，所述信號放大器的型號為AD620,信號放大器輸 出的電壓幅值在0-5V之間。
[0018] 電流信號采集模塊包括依次連接的微電流采集器、電流互感器和信號放大器；微 電流采集器采用多匝串入式微電流采集器，包括坡莫合金材質的環形鐵芯、一次側繞組和 二次側繞組，一次側接電涌保護器的保護線，二次側接所述電流互感器；環形鐵芯為坡莫合 金材質，環形鐵芯內徑為12mm，外徑為24mm，一次側繞組纏繞2匝，二次側繞組到至少繞制 2000匝，使得采集到的微安級電流轉為毫安級電流。
[0019] 該裝置還包括頻率檢測模塊，所述輸入端連接到電壓信號采集模塊的線性互感器 二次側，輸出端連接到dsPIC芯片控制器。
[0020] 該裝置還包括編碼控制模塊，所述編碼控制模塊通過A/D轉換接口與所述dsPIC 芯片處理模塊連接，由一個旋轉編碼開關和旁系電路組成。
[0021] 該裝置還可以包括用戶端，dsPIC芯片處理模塊通過zigbee無線信號中繼模塊與 用戶端通信連接。
[0022] 一種限壓型電涌保護器阻性電流在線監測方法，該方法包括以下步驟：
[0023] (1)由各采集模塊分別（電壓信號采集模塊、電流信號采集模塊、溫度采集模塊） 采集供配電線路的電壓幅值電壓、電涌保護器中壓敏片表面溫度Tl和電涌保護器的初始 總泄漏電流I ;
[0024] (2)對步驟1采集到的初始總泄漏電流I進行線性放大處理，并進行模數轉換得到 調理后總泄漏電流Il ;
[0025] (3)比較步驟1的Tl與電涌保護器中壓敏片的劣化限定溫度值TO,（T0由壓敏片 生產廠家規定）的大小，如Tl大于或等于TO時，直接輸出"電涌保護器中壓敏片劣化";如 Tl小于TO，則進入步驟4);
[0026] (4)對步驟2調理后的總泄漏電流Il進行快速傅里葉變換（FFT)并還原處理，得 到各次諧波泄露電流I k，從Ik的波形中得到各次諧波電流的幅值I kjp各次諧波相角β k; 并對步驟1采集到的電壓進行線性降壓處理，并進行模數轉換得到調理后電壓，從調理后 電壓的波形中得到各次諧波相角a k;其中：k為諧波的次數，取1-7的整數值；
[0027] 諧波電流是由設備或系統引入的非正弦特性電流，只要是非正弦諧波，就可以對 其進行分解，分解為奇次和偶次。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上許多諧 波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整倍數，例如基頻為50Hz，稱為基次（一次）諧波，二 次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz……。總泄露電流指的是1、2……7次諧波所有波形 的波形疊加。
[0028] (5)將步驟4得到的對應諧波次數的Ikm、a k、β玳入公式（a)，得到各次阻性電 流的幅值IKk;再將各次阻性電流的幅值I 入公式（b)，得到總阻性電流的幅值I κ，將得 到的IKk、Ik進行輸出或存儲以備調用；
[0029] IEk= I kmcos(0k-a k) (a) +tx>
[0030] h = 4i + Σ 7? a,) (b)
[0031] 式中：k為諧波的次數，取1-7的整數值，Iki為阻性電流基波分量（當k、m取值0 的時候，即可得到U ;
[0032] (6)將步驟5得到的總阻性電流的幅值1,與電涌保護器最大泄露電流允許值的 5%進行對比，若I k大于或等于其5%，則可判定Sro已劣化，若I κ小于其5%，則可判定SPD 正常。
[0033] 本發明具有以下突出的有益效果：
[0034] 該方法通過采集電涌保護器中壓敏片表面溫度和總泄漏電流，對總泄漏電流進行 快速傅