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2、在线)摘要 本发明涉及一种避雷器在线监测系统及方 法， 属于避雷器监测技术领域。 本发明的技术方 案是： 包含核心量提取部分和在线监测装置， 在 线监测装置包含依次连接的数据采集部分、 核心 处理部分和外部控制部分， 所述核心量提取部分 包含传感器和信号调理模块 （13） ； 数据采集部分 是FPGA控制的A/D采集装置 （2） ； 核心处理部分包 含基于ARM嵌入式核心板 （31） 、 基于GPS的授时装 置 （32） 和大容量存储设备； 外部控制部分包含采 集控制单元、 多个方面数据显示单元、 阈值报警单元和外 部电源。 本发明实现了最高16通道200kSPS采样； 基于GP。
3、S的授时， 精度达到了s级； 定时采集控 制， 可设定时间至秒； 2TB超大外接存储设备做 数据存储。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 111722147 A 2020.09.29 CN 111722147 A 1.一种避雷器在线监测系统， 其特征是： 包含核心量提取部分和在线） ， 在线监测装置包含依次连接的数据采集部分、 核心处理部分和外部控制部分， 所述核心量 提取部分包含传感器和信号调理模块 （13） ， 用于提取泄漏电流和系统电压两个核心量， 并 经过信号调理模块 （13） 处理； 数据采集部分是FPGA控制的A/D采集装置 （2） ， 用于将核心量 提。
4、取部分提取的信号进行采集和传输， 采集多路目标信号， 并且将信号快速、 串行传输到核 心处理部分； 核心处理部分包含基于ARM嵌入式核心板 （31） 、 基于GPS的授时装置 （32） 和大 容量存储设备 （33） ， 用于控制整个在线监测系统的启动或关闭， 保证系统正常运行， 并连接 在线监测系统内部的每个部分， 控制在线监测系统中信息流和数据流的流动， 运行和存储 在线监测系统内的核心程序； 外部控制部分包含采集控制单元、 多个方面数据显示单元、 阈值报警单 元和外部电源， 用于实现对系统的顶层控制。 2.依据权利要求1所述的一种避雷器在线监测系统， 其特征是： 所述核心量提取部分 的传感器包含。
5、泄漏电流传感器 （11） 和阻容式分压器 （12） 。 3.依据权利要求1所述的一种避雷器在线监测系统， 其特征是： 所述数据采集部分采 样频率不低于12.5k， A/D采样精度误差小于1%， FPGA控制的A/D采集装置 （2） 最少为14位， 通 道数不小于4个通道。 4.依据权利要求1所述的一种避雷器在线监测系统， 其特征是： 所述ARM嵌入式核心 板 （31） 支持接口接入包含以太网口、 USB接口、 RS232/485串口和WiFi， 接口数量在1-2个， 能 够对其他单元进行直接控制。 5.依据权利要求1所述的一种避雷器在线监测系统， 其特征是： 所述基于GPS的授时 装置 。
6、（32） 分为两个部分， 一个部分是负责接收信号的天线部分， 同时对信号进行变换和放 大， 再将处理后的信号传输到后续接收部分； 另一部分是传输部分， 将信号实时传输到核心 控制单元进行解码； 传输的GPS信号采用NMEA码格式进行编码， 解码后得到要的输出信 号， 输出分别是同步脉冲信号1PPS和标准时间信号， 同步脉冲信号1PPS的输出间隔为1s， 同 步脉冲信号1PPS的上升沿和标准时间信号的误差不超过1 s。 6.依据权利要求1所述的一种避雷器在线监测系统， 其特征是： 所述外部控制部分的 采集控制单元为触摸式采集控制单元， 设有触摸屏 （41） ； 多个方面数据显示单元为数据实时显示单 。
7、元， 设有显示屏 （42） ； 需要完成的功能是两方面： 一种原因是实现操作的可视化， 体现为对在 线监控系统硬件采集的控制， 包括直接控制在线监测系统采集的开始与停止， 设定具体时 间的定时采集， 以及对采样频率的控制； 另一方面是实现采集数据的实时显示和其中部分 历史数据的调取、 读取和显示。 7.一种避雷器在线监测方法， 采用权利要求1-6任意一项所限定的在线监测系统， 包含 如下步骤： 搭建高压实验平台； 高压实验平台包括高压产生装置、 高压防护设备、 氧化锌避雷器、 核心量提取部分和在线） ， 高压产生装置是由调压控制台 （6） 、 试验变压器 （7） 和 TDGC接触调。
8、压器组成， 交流实验由交流高压装置给氧化锌避雷器 （5） 上施加交流电压， 施加 电压范围为0-13.6kV； 实验过程中， 氧化锌避雷器运行在工频交流电压下， 在线 通过核心量提取部分采集特征量并存储； 核心量提取部分的传感器为电流传感器和电压传 感器， 分别为泄漏电流传感器 （11） 和阻容式分压器 （12） ， 在线） 包含数据采集部 分、 核心处理部分和外部控制部分； 试验变压器 （7） 施加交流高压在氧化锌避雷器 （5） 上， 阻 权利要求书 1/2 页 2 CN 111722147 A 2 容式分压器 （12） 获取系统施加的高电压并输出低压信号， 泄漏。
9、电流传感器 （11） 获取氧化锌 避雷器 （5） 总泄漏电流并输出低压信号， 在线） 采集信号， 并进行后续的处理。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111722147 A 3 一种避雷器在线监测系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及一种避雷器在线监测系统及方法， 属于避雷器监测技术领域。 背景技术 0002 避雷器的最大的作用是抑制系统中的过电压， 排泄冲击大电流， 避雷器对于电力系 统来说， 增强了电力系统安全、 稳定运行的能力。 避雷器从上个世纪初出现开始， 就受到了 广泛的关注和研发， 避雷器也经过几代的开发和创新。 其中， 氧化锌避雷器有着良好的非线 性性能和强大的。
10、同流能力， 成为了最广泛使用的避雷器。 在实际的电力系统运行中， 氧化锌 避雷器也展现了其优异的性能。 0003 但氧化锌避雷器在电力系统中实际运行时， 氧化锌避雷器的绝缘性能会随着运行 总时间的增长而会降低。 因为其取消了串联间隙， 所以正常工作情况下， 避雷器会一直承 受工频电压。 阀片长期通过泄漏电流产生的有功分量会使其发热， 会使其老化甚至会出现热 击穿。 此外， 氧化锌避雷器的工作环境通常为室外， 虽然氧化锌避雷器的密封性好， 但长时 间工作也存在由于外部水分进入氧化锌避雷器内部而使阀片受潮的情况， 在受潮影响下会 使其绝缘性能直线下降。 氧化锌避雷器还会由于工作电压、 工作环境等因素的。
11、影响， 导致其绝缘 性能直线下降甚至损坏， 在其保护范围内的设备的安全就不能得到一定效果的保证。 传统的检测方 法就是离线后进行仔细的检测。 根据DL/T596-1996 电力设备预防性试验规程 规定， 试验分为停 电和带电试验， 停电试验主要进行直流试验。 带电试验主要是针对避雷器泄漏电流等的测量， 停电试验主要是针对避雷器的绝缘状况做测试。 0004 对比停电检测试验， 在线监测的优点有： 即时性强， 通过在线监测可以对氧化锌避 雷器运作时的状态实时监测， 随时掌握避雷器的状态， 能够迅速发现各种偶发性、 发展快速的故 障； 不有必要进行停电， 在系统正常运行的情况下， 在线监测就能够直接进行监测， 极大减少了人 。
12、力、 物力的定期投入和停电带来的对生产生活的影响。 在线监测还可以收集到大量的避雷 器运行数据， 能够最终靠横向和纵向来提高分析判断的准确性， 而且这一些数据对电网往智能 化、 大数据化方向发展有着积极的意义。 因此， 对氧化锌避雷器进行实时在线监测对电网运 行和发展有着积极正面的意义。 发明内容 0005 本发明目的是提供一种避雷器在线监测系统及方法， 实现了最高16通道200kSPS 采样； 基于GPS的授时， 精度达到了 s级； 实时多个方面数据显示以及历史多个方面数据显示； 定时采集控制， 可设定时间至秒； 2TB超大外接存储设备做数据存储； 实现了通过网线直连、 WiFi等方式 与设备做连接； 建立。
13、了ftp服务器， 能够最终靠局域网/广域网进行数据的读取， 有效地解决 了背景技术中存在的以上问题。 0006 本发明的技术方案是： 一种避雷器在线监测系统， 包含核心量提取部分和在线监 测装置， 在线监测装置包含依次连接的数据采集部分、 核心处理部分和外部控制部分， 所述 核心量提取部分包含传感器和信号调理模块， 用于提取泄漏电流和系统电压两个核心量， 说明书 1/5 页 4 CN 111722147 A 4 并经过信号调理模块处理； 数据采集部分是FPGA控制的A/D采集装置， 用于将核心量提取部 分提取的信号进行采集和传输， 高速精确的采集多路目标信号， 并且将信号快速、 串行 （USB）。
14、 传输到核心处理部分； 核心处理部分包含基于ARM嵌入式核心板、 基于GPS的授时装置 和大容量存储设备， 用于控制整个在线监测系统的启动或关闭， 保证系统正常运行， 并连接 在线监测系统内部的每个部分， 控制在线监测系统中信息流和数据流的流动， 运行和存储 在线监测系统内的核心程序； 外部控制部分包含采集控制单元 （采集起止控制和采样率控 制） 、 多个方面数据显示单元、 阈值报警单元和外部电源， 用于实现对系统的顶层控制。 0007 所述核心量提取部分的传感器包含泄漏电流传感器和阻容式分压器， 泄漏电流传 感器能够检测微小电流信号， 同时具备极高的灵敏度、 线性度、 分辨率、 准确率、 稳定度以及。
15、 频响特性， 输出为小电压信号， 符合在线 所述数据采集部分采样频率不低于12.5k， A/D采样精度误差小于1%， FPGA控制的 A/D采集装置最少为14位， 通道数不小于4个通道。 0009 所述ARM嵌入式核心板支持接口接入包含以太网口、 USB接口、 RS232/485串口和 WiFi， 接口数量在1-2个， 能够对其他单元进行直接控制。 0010 所述基于GPS的授时装置分为两个部分， 一个部分是负责接收信号的天线部分， 同 时对信号进行变换和放大， 再将处理后的信号传输到后续接收部分； 另一部分是传输部分， 将信号实时传输到核心控制单元进行解码； 传输。
16、的GPS信号采用NMEA码格式进行编码， 解码 后得到要的输出信号， 输出分别是同步脉冲信号1PPS和标准时间信号， 同步脉冲信号 1PPS的输出间隔为1s， 同步脉冲信号1PPS的上升沿和标准时间信号的误差不超过1 s。 0011 所述外部控制部分的采集控制单元为触摸式采集控制单元， 设有触摸屏； 数据显 示单元为数据实时显示单元， 设有显示屏； 需要完成的功能是两方面： 一方面是实现操作的 可视化， 体现为对在线监测系统硬件采集的控制， 包括直接控制在线监测系统采集的开始 与停止， 设定具体时间的定时采集， 以及对采样频率的控制； 另一方面是实现采集数据的实 时显示和其中部分历史数据的调。
17、取、 读取和显示。 0012 一种避雷器在线监测方法， 采用上述在线监测系统， 包含如下步骤： 为了测试和验证所设计的在线监测装置的可用性和使用效果， 同时通过测量相应特征 值， 并对氧化锌避雷器的特性进行研究和分析， 首先搭建高压实验平台； 高压实验平台包括高压产生装置、 高压防护设备、 氧化锌避雷器、 核心量提取部分和在 线监测装置， 高压产生装置是由调压控制台、 试验变压器和TDGC接触调压器组成， 交流实验 由交流高压装置给氧化锌避雷器上施加交流电压， 施加电压范围为0-13.6kV； 实验过程中， 氧化锌避雷器运行在工频交流电压下， 在线监测装置通过核心量提取部分采集特征量并存 储；。
18、 核心量提取部分的传感器为电流传感器和电压传感器， 分别为泄漏电流传感器和阻容 式分压器， 在线监测装置包含数据采集部分、 核心处理部分和外部控制部分； 试验变压器施 加交流高压在氧化锌避雷器上， 阻容式分压器获取系统施加的高电压并输出低压信号， 泄 漏电流传感器获取氧化锌避雷器总泄漏电流并输出低压信号， 在线监测装置采集信号， 并 进行后续的处理。 0013 本发明的有益效果是： 实现了最高16通道200kSPS采样； 基于GPS的授时， 精度达到 了 s级； 实时多个方面数据显示以及历史数据显示； 定时采集控制， 可设定时间至秒； 2TB超大外接存 储设备进行数据存储； 实现了通过网线、Fi等方式与设备进行连接； 建立了ftp服务 说明书 2/5 页 5 CN 111722147 A 5 器， 可以通过局域网/广域网进行数据的读取。 附图说明 0014 图1为本发明的结构框图； 图2为本发明的工作流程图； 图3为本发明的整体实验接线方案图； 图中： FPGA控制的A/D采集装置2、 泄漏电流传感器11、 阻容式分压器12、 信号调理模块 13、 ARM嵌入式核心板31、 基于GPS的授时装置32、 大容量存储设备33、 触摸屏41、 显示屏42、 氧化锌避雷器5、 调压控制台6、 试验变压器7、 在线 下面结合附图与实施例对本发明技术方案作。
20、进一步详细的说明， 这是本发明的较 佳实施例。 应当理解， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例； 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 基 于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0016 一种避雷器在线监测系统， 包含核心量提取部分和在线， 在线监测装置 包含依次连接的数据采集部分、 核心处理部分和外部控制部分， 所述核心量提取部分包含 传感器和信号调理模块13， 用于提取泄漏电流和系统电压两个核心量， 并经过信号调理模 块13处理。
21、； 数据采集部分是FPGA控制的A/D采集装置2， 用于将核心量提取部分提取的信号 进行采集和传输， 高速精确的采集多路目标信号， 并且将信号快速、 串行 （USB） 传输到核心 处理部分； 核心处理部分包含基于ARM嵌入式核心板31、 基于GPS的授时装置32和大容量存 储设备33， 用于控制整个在线监测系统的启动或关闭， 保证系统正常运行， 并连接在线监测 系统内部的各个部分， 控制在线监测系统中信息流和数据流的流动， 运行和存储在线监测 系统内的核心程序； 外部控制部分包含采集控制单元 （采集起止控制和采样率控制） 、 数据 显示单元、 阈值报警单元和外部电源， 用于实现对系统的顶层控制。
22、。 0017 所述核心量提取部分的传感器包含泄漏电流传感器11和阻容式分压器12， 泄漏电 流传感器11能够检测微小电流信号， 同时具有很高的灵敏度、 线性度、 分辨率、 准确率、 稳定 度以及频响特性， 输出为小电压信号， 符合在线 所述数据采集部分采样频率不低于12.5k， A/D采样精度误差小于1%， FPGA控制的 A/D采集装置2最少为14位， 通道数不小于4个通道。 0019 所述ARM嵌入式核心板31支持接口接入包含以太网口、 USB接口、 RS232/485串口和 WiFi， 接口数量在1-2个， 能够对其他单元进行直接控制， 例如对FPGA控制的A。
23、/D采集装置2 的采集开始、 结束控制， 采样率控制等； 能够控制数据显示单元显示实时数据和历史数据； 能够控制基于GPS的授时装置32的定时授时和时间校对； 能够控制数据在在线监测系统中 的流动； 能够控制大容量存储设备33中数据的读取和写入。 0020 所述基于GPS的授时装置32分为两个部分， 一个部分是负责接收信号的天线部分， 同时对信号进行变换和放大， 再将处理后的信号传输到后续接收部分； 另一部分是传输部 分， 将信号实时传输到核心控制单元进行解码； 传输的GPS信号采用NMEA码格式进行编码， 说明书 3/5 页 6 CN 111722147 A 6 解码后得到需要的输出信号， 。
24、输出分别是同步脉冲信号1PPS和标准时间信号， 同步脉冲信 号1PPS的输出间隔为1s， 同步脉冲信号1PPS的上升沿和标准时间信号的误差不超过1 s。 0021 所述外部控制部分的采集控制单元为触摸式采集控制单元， 设有触摸屏41； 数据 显示单元为数据实时显示单元， 设有显示屏42； 需要完成的功能是两方面： 一种原因是实现操 作的可视化， 体现为对在线监测系统硬件采集的控制， 包括直接控制在线监测系统采集的 开始与停止， 设定具体时间的定时采集， 以及对采样频率的控制； 另一方面是实现采集数据 的实时显示和其中部分历史数据的调取、 读取和显示。 0022 一种避雷器在线监测方法， 采用上述。
25、在线监测系统， 包含如下步骤： 为了测试和验证所设计的在线监测装置的可用性和使用效果， 同时经过测量相应特征 值， 并对氧化锌避雷器的特性进行研究和分析， 首先搭建高压实验平台； 高压实验平台包括高压产生装置、 高压防护设备、 氧化锌避雷器、 核心量提取部分和在 线， 高压产生装置是由调压控制台6、 试验变压器7和TDGC接触调压器组成， 交流 实验由交流高压装置给氧化锌避雷器5上施加交流电压， 施加电压范围为0-13.6kV； 实验过 程中， 氧化锌避雷器运行在工频交流电压下， 在线通过核心量提取部分采集特征 量并存储； 核心量提取部分的传感器为电流传感器和电压传感器， 。
26、分别为泄漏电流传感器 11和阻容式分压器12， 在线包含数据采集部分、 核心处理部分和外部控制部分； 试验变压器7施加交流高压在氧化锌避雷器5上， 阻容式分压器12获取系统施加的高电压并 输出低压信号， 泄漏电流传感器11获取氧化锌避雷器5总泄漏电流并输出低压信号， 在线采集信号， 并进行后续的处理。 0023 核心量提取部分完成的工作就是提取两个核心量， 泄漏电流和系统电压都是不易 直接测量的值， 所以这部分主要是传感器和信号调理单元。 将不易直接测量的值转换为在 线监测系统可以采集的信号。 然后是数据采集部分， 此部分主要需要完成的工作是将上一 部分提取的信号进行采集。
27、和传输， 这一部分硬件就是FPGA控制的A/D采集装置2， 能够高速、 精确的采集多路目标信号， 并且将信号快速、 串行 （USB） 传输到下一部分当中。 而核心处理 部分就是整个硬件系统的CPU， 承担着很多底层基础的计算、 处理工作， 但同时也是最重要 的部分； 总的来说， 需要实现的功能是控制整个在线监测系统的启动或关闭， 保证系统正常 运行， 连接在线监测系统内部的各个部分， 控制在线监测系统中信息流和数据流的流动， 运 行和存储在线监测系统内的核心程序， 同时也可能需要作为在线监测系统扩展的接入点以 及和在线监测系统外部进行交流的节点。 因此这个部分主要包括基于ARM嵌入式核心板31。
28、、 基于GPS的授时装置32和大容量存储设备33。 最后是外部控制部分， 主要实现的是对系统的 顶层控制， 本在线监测系统中此部分主要包括采集控制 （采集起止控制、 采样率控制） 、 数据 显示、 阈值报警、 外部电源等。 通过这些设备来实现整体设备的可视化控制和一些显示、 阈 值预警等功能。 0024 整个实验系统接线 本发明的结构框图参见图1， 也是本发明硬件系统图。 0026 本发明的工作流程图参见图2， 也是本发明软件系统图。 具体流程如下： 开机系统启动； 开机启动脚本进行硬件检查， 如果非正常运行， 进行硬件问题排查； 运行采集控制程序； 运行GPS 精确。
29、时间授时程序； 启动ftp服务器； 说明书 4/5 页 7 CN 111722147 A 7 运行在线监控主程序； 启动FPGA采集控制程序， 使en_fpga=1， 打印系统时间， 等待采集开始信号； 同时启动数 据库程序， 生成*.db空文件， 读取frequency文件中的分频值； 设定定时采集开始时间 判断设定时间与系统时间或启动信号； 启动采集程序， 打印采集数据； 数据写入*.db文件传输； 实时多个方面数据显示； 结束。 0027 本发明不局限于上述可实施方式， 任何人在本发明的启示下都可得出其他形式的 产品， 但不论在其结构上做何变化， 凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案， 均落 在本发明的保护范围以内。 说明书 5/5 页 8 CN 111722147 A 8 图1 说明书附图 1/3 页 9 CN 111722147 A 9 图2 说明书附图 2/3 页 10 CN 111722147 A 10 图3 说明书附图 3/3 页 11 CN 111722147 A 11 。
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