一種無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置，包括由大容量壓敏電阻、過流保險絲、限流電阻以及TVS過壓保護器構成的采樣前端雷擊保護電路，以及由整流橋、濾波電容、兩個串聯的采樣分壓電阻及采樣保持電容構成的漏電流采樣電路。在正常工作情況下，漏電流從采樣旁路通過，整流濾波后的直流信號和原始的交流漏電流間具有一個固定的變比關系，從而提高漏電流檢測的線性度及測量的精度。在雷擊沖擊產生時，壓敏電阻兩端的電壓繼續升高時壓敏電阻導通，雷擊電流主要從壓敏電阻通過，從而使采樣旁路的電壓不會繼續升高，這樣在雷擊產生時便由上述電路實現了在雷電發生時對測量電路及內部采樣電路的保護。
【專利說明】
一種無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置
技術領域
[0001]本發明屬于輸電線路在線監測系統技術領域，更為具體地講，涉及一種無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置，用于對高壓線路避雷器運行狀態的實時監測。
【背景技術】
[0002]隨著國民經濟的高速發展，各行各業對電力的需求量越來越大，對供電部門提供電力質量即穩定性、不間斷性及伴隨服務的要求也越來越高，因此遠距離高壓輸電線路的電網運行安全性就顯得尤為重要。為此，各超高壓輸電網局及電力公司一直在尋找有效的監測管理手段，能夠有效的降低雷電對輸電線路的影響，以提高輸電線路運行安全性、可靠性。
[0003]目前輸電線路運行過程中，雷擊跳閘一直是影響輸電線路供電可靠性的一個重要因素。為避免雷擊跳閘，現階段采用得最多的手段是使用線路避雷器，通過在高壓輸電線和大地間加裝線路避雷器，實現對線路雷電沖擊的有效泄放，從而可以有效的減少雷擊引起的線路跳閘。
[0004]但是在使用中，發現隨著使用的時間和遭受雷擊的次數增加，線路避雷器自身的安全特性會下降，由于線路避雷器是安裝在高壓線和大地之間，如果其安全性下降到一定程度，不但防不了雷擊還有可能對輸電線路的安全造成危害。而判斷線路避雷器安全性最主要的指標就是在工作電壓下，流經線路避雷器漏電流的大小。常規做法是定時把線路避雷器取下來到實驗室中做相關的實驗，但是這樣操作的成本費用很高，不適合大面積使用，因此，在線式的線路避雷器實時監測裝置是解決該問題的一個重要手段，而其中漏電流檢測檢測裝置是最為關鍵的一環。
[0005]現有的線路避雷器在線檢測技術為了防止雷擊電流通過時對檢測裝置內部造成損壞一般都會選用隔離器件，避免雷電泄放主回路和測量回路的直接連接。如圖1所示，在2014年04月30日公布的、公布號為CN103760454A、名稱為“MOV避雷器漏電流檢測裝置、遠程監控系統及方法”中，包含一個由偏置電阻Rs和光電親合器(0C)105組成的并聯電路，光電耦合器105是交流式的，便于在交流電路中雙向通電，它包括一位于輸入端的發光元件和一位于輸出的光敏元件，發光元件包殼兩個反向并聯的LED 二極管。該光電耦合器將射頻通信系統和MOV避雷器基干線路相隔離，以減小射頻通信部件被雷擊式在MOV避雷器101中產生的高電流或高電壓擊毀的可能性。具體來說，如圖1所示，MOV避雷器1I的一端與高壓輸電線路相連，另一端和漏電流檢測裝置相連，并通過后者接地。和避雷器101—端直接相連的是偏壓電阻Rs、限流電阻Ro和ZOV(氧化鋅壓敏電阻)。偏壓電阻匕與光電耦合器105電路并聯，從而提供光電耦合器105所需要的偏壓，并建立一個預定的漏電流的警告閾值。限流電阻Ro和限流電阻辦分別設置與光電耦合器105輸入端的兩側，用于控制在此電路中通過的電流的大小。小型的ZOV與前述之光電耦合器電路以及偏壓電阻并聯，以提供過載電流保護。該ZOV的大小應能承受一個持續8/20us，峰值為100KA以上的沖擊電流。這樣的電流足以保證本裝置在220Kv以上的輸電線路中使用。
[0006]從圖1，我們可以看出，上述現有技術在取樣部分均采用了隔離器件即光電耦合器105。由于隔離器件的采用，使得漏電流檢測的精度受到了隔離器件線性度的影響，降低了測量范圍。盡管在光電親合器105的輸出端設有輸出電阻R3，調整輸出電阻R3的阻值大小，使光電耦合器光敏元件在線性區工作，可以輸出線性的漏電流模擬信號。但是其線性度仍然不能達到較為理想的效果，線性度有待提高。
[0007]其次，隔離器件的采用使得隔離器后端的采樣電路必須采用內部供電，因此加大了采樣電路的功耗，增加了電路的復雜性。

【發明內容】

[0008]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置，以提高漏電流檢測的線性度，從而提高測量的精度，同時使采樣部分的電路不消耗監測設備的內部用電，以適用于采用電池供電的線路避雷器在線監測裝置。
[0009]為實現上述發明目的，本發明無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置，包括:
[0010]一大容量壓敏電阻，線路避雷器一端接高壓輸電線，另一端通過大容量壓敏電阻與大地連接，大容量壓敏電阻安裝在檢測裝置內部；
[0011]其特征在于，還包括:
[0012]一過流保險絲、一限流電阻以及一TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬態電壓抑制)過壓保護器，過流保險絲的一端接入到大容量壓敏電阻和線路避雷器的連接端靠近壓敏電阻一側，過流保險絲的另一端接到限流電阻的一端，電阻的另一端接入到漏電流采樣電路中整流橋的一個交流輸入端，整流橋的另一交流輸入端接到大容量壓敏電阻的接地(大地)端靠近壓敏電阻一側;在整流橋的交流輸入端并接有TVS過壓保護器；
[0013]—個漏電流采樣電路，漏電流采樣電路由整流橋、濾波電容、兩個串聯的采樣分壓電阻及采樣保持電容構成；
[0014]整流橋的直流輸出正端接入到兩個串聯的采樣分壓電阻的一端，兩個串聯的采樣分壓電阻的另一端接入到整流橋的輸出負端，測量信號由兩個串聯的采樣分壓電阻的連接點引出；在測量信號和整流橋的輸出負端并聯采樣保持電容，在整流橋的輸出正負端并入濾波電容。
[0015]本發明的目的是這樣實現的:
[0016]本發明無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置，包括由大容量壓敏電阻、過流保險絲、限流電阻以及TVS過壓保護器構成的采樣前端雷擊保護電路，以及由整流橋、濾波電容、兩個串聯的采樣分壓電阻及采樣保持電容構成的漏電流采樣電路。在正常工作情況下，線路避雷器本身不導通，因此加在大功率壓敏電阻上的電壓很低，只有幾伏特的電壓，因此大容量(功率)壓敏電阻不導通，呈現高阻狀態;線路避雷器上的漏電流不能從大功率壓敏電阻上流過，只能從過流保險絲、限流電阻以及整流橋、采樣分壓電阻所構成的并聯旁路流過，和線路避雷器正常時的內部幾十上百兆歐姆的電阻相比，限流電阻和采樣分壓電阻千歐姆、百歐姆級的阻值幾乎可以忽略不計，因此當漏電流從采樣旁路通過時，和其直接流入大地相比幾乎沒有什么改變;交流漏電流進過整流橋及其后面的濾波電容變為直流信號，由于其后所接的采樣分壓電阻負載很輕，因此整流濾波后的直流信號和原始的交流漏電流間具有一個固定的變比關系，從而提高漏電流檢測的線性度及測量的精度。為了滿足后端CPU采樣信號的輸入要求，通過兩個采樣分壓電阻對整流濾波后的直流電壓信號進行分壓處理之后再送到CPU的AD采樣電路，這樣在線路避雷器正常工作時，便由上述電路實現了漏電流的測量。
[0017]在雷擊沖擊產生時，線路避雷器導通，雷電沖擊電壓迅速加到大容量(功率)壓敏電阻上，通常壓敏電阻的啟動電壓為300V左右，啟動時間為幾個微秒，在其啟動前電壓通過保險絲、限流電阻加到TVS過壓保護器上，而過壓保護器的啟動電壓為幾伏特，因此一旦TVS過壓保護器啟動，就使得整流橋交流輸入端的輸入電壓被鉗位在PVS過壓保護器啟動電壓，從而保護了內部電路不會受到高電壓的沖擊，由于限流電阻的存在，使得在壓敏電阻兩端的電壓在300V以下時通過PVS過壓保護器的電流不會超過PVS過壓保護器的安全電流范圍，當壓敏電阻兩端的電壓繼續升高時壓敏電阻導通，雷擊電流主要從壓敏電阻通過，從而使采樣旁路的電壓不會繼續升高，這樣在雷擊產生時便由上述電路實現了在雷電發生時對測量電路及內部采樣電路的保護。
【附圖說明】
[0018]圖1是現有線路避雷器漏電流檢測裝置一具體實例的電路原理圖；
[0019]圖2是本發明無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置一種【具體實施方式】的電路原理圖；
[0020]圖3是本發明無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置另一種【具體實施方式】的電路原理圖；
[0021]圖4是圖3所示無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置中，雷擊產生的沖擊電流波形測試截圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0023]圖2是本發明無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置一種【具體實施方式】的電路原理圖。
[0024]在本實施例，如圖2所示，本發明無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置，包括:由大容量壓敏電阻RV1、過流保險絲F、限流電阻Rl以及TVS過壓保護器Z構成的采樣前端雷擊保護電路，以及由整流橋Q、濾波電容Cl、兩個串聯的采樣分壓電阻R2、R3及采樣保持電容C2構成的漏電流采樣電路。漏電流采樣電路相當于并聯在大容量壓敏電阻RVl的兩端，過流保險絲F、限流電阻Rl以及TVS過壓保護器Z是在雷擊時，尤其是大容量壓敏電阻RVl啟動前，起到保護作用。
[0025]線路避雷器一端(高電位端)接高壓輸電線，另一端(低電位端)通過大容量壓敏電阻RVl與大地間連接，大容量壓敏電阻RVl安裝在檢測裝置內部;過流保險絲F的一端接入到大容量壓敏電阻RVl和線路避雷器的連接端靠近大容量壓敏電阻RVl—側，過流保險絲F的另一端接到限流電阻Rl的一端，限流電阻Rl的另一端接入到漏電流采樣電路中整流橋Q的一個交流輸入端，整流橋Q的另一交流輸入端接到大容量壓敏電阻RVl的接地端靠近大容量壓敏電阻RVl—側;在整流橋Q的交流輸入端并接有TVS過壓保護器Z;整流橋Q的直流輸出正端接入到兩個串聯的采樣分壓電阻R2、R3的一端，兩個串聯的采樣分壓電阻R2、R3的另一端接入到整流橋的輸出負端，測量信號VO由兩個串聯的采樣分壓電阻R2、R3的連接點引出；在測量信號和整流橋Q的輸出負端并聯采樣保持電容C2，在整流橋的輸出正負端并入濾波電容Cl ο
[0026]當雷電通過線路避雷器的高壓端向大地傳播時，由過濾保險絲F、限流電流電阻Rl、TVS過壓保護器Z所組成的保護通道的電壓會增加，當TVS過壓保護器Z上的電壓增加到TVS過壓保護器Z的擊穿電壓時，TVS過壓保護器Z擊穿，保持兩端電壓不再繼續上升，從而使得整流橋Q的輸入電壓不過壓；
[0027]由于大容量壓敏電阻RVl很大，使得限流電阻Rl兩端的電壓隨著通過電流的增加迅速上升，當TVS過壓保護器Z兩端的電壓加上限流電阻Rl兩端的電壓總和超過大容量壓敏電阻RVl的耐壓點時，大容量壓敏電阻RVl擊穿導通，雷電流會從大容量壓敏電阻RVl進行快速泄放，并且由于大容量壓敏電阻RVl的穩壓特性，兩端的電壓不會繼續上升，使得流過限流電阻Rl和TVS過壓保護器Z的電流與電壓不再增加，從而實現了對后端檢測電路的雷電保護。
[0028]大容量壓敏電阻RVl的啟動電壓為幾百伏特(在本實施例中為300V)，在正常工作條件下，大容量壓敏電阻RVl處于斷開狀態，線路避雷器上的交流漏電流只有通過由過流保險絲F、限流電阻R1、整流橋Q、采樣分壓電阻R2、R3所組成的回路流入到大地(地端)；
[0029]交流漏電流經過整流橋Q，在濾波電容Cl的共同作用下變為直流信號，并通電流流經采樣分壓電阻R2、R3時，會在采樣分壓電阻R2、R3兩端產生直流電壓，從而實現了交流電流到直流電壓的轉換，通過對采樣分壓電阻R2、R3選取適當的電阻值，把該直流電壓信號調理為可適合AD采樣電路使用的電壓范圍，采樣保持電容C2在此具有電壓保持的作用。
[0030]圖3是本發明無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置另一種【具體實施方式】的電路原理圖。
[0031]在本實施例中，如圖3所示，采樣前端雷擊保護電路還包括另一限流電阻R4，連接在限流電阻Rl的另一端與整流橋的一個交流輸入端之間，TVS過壓保護器Z連接到限流電阻Rl與另一限流電阻R4的連接點與接地(大地)端之間。
[0032]線路避雷器的漏電流在正常情況下通過流保險絲F流經限流電阻Rl，R4，然后流入整流橋Q的一個輸入端，再由整流橋Q的正端流出，經由濾波電容Cl在濾波電容Cl兩端產生直流電壓，該直流電壓經過采樣分壓電阻R2和R3進行分壓使得加在采樣分壓電阻R3兩端的電壓在漏電流變化范圍O?5mA內都能適合檢測裝置CPU的AD采樣輸入腳接收的信號。
[0033]本實施例是在圖1的基礎上，增加了一限流電阻R4，主要用作對整流橋Q輸入電流進行進一步的限制。
[0034]此外，在本實施例中，如圖3所示，還在整流橋Q的直流輸出正端增加一穩壓二極管Z1(8.2V)，并連接到整流橋的輸出負端(信號地)，其作用是為了保護濾波電容不受過壓沖擊，在采樣分壓電阻R3兩端即濾波電容C2兩端并接了另一個穩壓二極管Z2(3.9V)保護CPU的AD接口不受過電壓沖擊。以上增加的器件不影響本發明的基本工作原理。
[0035]在本實施例中，線路避雷器在正常運行時處于開路狀態，僅有微安級的漏電流通過，此時大容量壓敏電阻RVl處于高阻狀態。當高壓輸電線受到雷電波沖擊(雷擊)后，線路避雷器導通，雷電沖擊電壓和沖擊電流通過線路避雷器加到大容量壓敏電阻RVl的兩端，由于沖擊電流的上升是一個如圖4的曲線，因此隨著電流上升，限流電阻Rl(阻值為IkQ，功率為5W)和R4(阻值為500Ω，功率為1W)兩端的電壓增加，如圖3所示，當限流電阻R4兩端的電壓增加到超過TVS過壓保護器Z的擊穿電壓18V后，TVS過壓保護器Z擊穿導通，并且保持TVS過壓保護器Z兩端的電壓不超過18V。當流過限流電阻Rl的電流超過300mA時，大容量壓敏電阻RVl兩端的電壓會超過300V，此時大容量壓敏電阻RVl導通，并且保持大容量壓敏電阻RVl兩端電壓被鉗位在擊穿電壓即300V，使得通過限流電阻Rl的電流不在上升，確保了限流電阻Rl和PVS過壓保護器Z的安全性，同時由于PVS過壓保護器Z處于反向或正向穩壓狀態，也保證了加在整流橋Q兩個輸入端的電壓不繼續上升，從而進一步保證了濾波電容Cl兩端的電壓不上升，最后也保證了采樣分壓電阻R2(500Q )、R3(564Q )兩端的電壓不上升。
[0036]以上幾個連鎖保護最終使得雷電沖擊(雷擊)發生時，內部電路不受雷電沖擊影響。同時，由于沒有采用隔離器件，整流濾波后的直流信號和原始的交流漏電流間具有一個固定的變比關系，從而提高漏電流檢測的線性度及測量的精度。此外，如圖2、3所示，采樣部分的電路不消耗監測設備的內部用電，這樣適用于采用電池供電的線路避雷器在線監測裝置，使其工作具有更長的時間。
[0037]盡管上面對本發明說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于【具體實施方式】的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
【主權項】
1.一種無隔離器件的線路避雷器漏電流檢測裝置，包括: 一大容量(功率)壓敏電阻，線路避雷器一端接高壓輸電線，另一端通過大容量壓敏電阻與大地間連接，大容量壓敏電阻安裝在檢測裝置內部； 其特征在于，還包括: 一過流保險絲、一限流電阻以及一TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬態電壓抑制)過壓保護器，過流保險絲的一端接入到大容量壓敏電阻和線路避雷器的連接端靠近壓敏電阻一側，過流保險絲的另一端接到限流電阻的一端，電阻的另一端接入到漏電流采樣電路中整流橋的一個交流輸入端，整流橋的另一交流輸入端接到大容量壓敏電阻的接地(大地)端靠近壓敏電阻一側;在整流橋的交流輸入端并接有TVS過壓保護器； 一個漏電流采樣電路，漏電流采樣電路由整流橋、濾波電容、兩個串聯的采樣分壓電阻及采樣保持電容構成； 整流橋的直流輸出正端接入到兩個串聯的采樣分壓電阻的一端，兩個串聯的采樣分壓電阻的另一端接入到整流橋的輸出負端，測量信號由兩個串聯的采樣分壓電阻的連接點引出；在測量信號和整流橋的輸出負端并聯采樣保持電容，在整流橋的輸出正負端并入濾波電容。2.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述的限流電阻為千歐姆級、采樣分壓電阻為百歐姆級，所述的大容量(功率)壓敏電阻上，通常壓敏電阻的啟動電壓為300V左右，所述的TVS過壓保護器Z的擊穿電壓為18V。3.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述的采樣前端雷擊保護電路還包括另一限流電阻，連接在限流電阻的另一端與整流橋的一個交流輸入端之間，TVS過壓保護器連接到限流電阻與另一限流電阻的連接點與接地(大地)端之間。 所述的漏電流采樣電路中，整流橋Q的直流輸出正端增加一穩壓二極管Z1(8.2V)，并連接到整流橋的輸出負端(信號地)，其作用是為了保護濾波電容不受過壓沖擊，在采樣分壓電阻兩端并接了另一個穩壓二極管(3.9V)保護CPU的AD接口不受過電壓沖擊。
【文檔編號】G01R31/02GK106058837SQ201610573487
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月19日
【發明人】楊軍
【申請人】電子科技大學