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避雷器在线监控系统终端的设计

作者:王 尧,唐 梅(南京富岛信息工程有限公司,南京 210032;南京朗驰集团机电有限公司,南京 210001)时间:2021-02-24来源:电子产品世界永利彩票开户登入
编者按:避雷器是用于保护电气设备免受雷击时高瞬态过电压危害的设备,但是避雷器在经历过雷击后,自身寿命就会受到影响,需要人员定期巡检避雷器的工作状态及寿命,以确保避雷器正常工作。本文中避雷器在线监控系统是避雷器所在区域呈现,通过电池供电的监测设备,对避雷器泄漏电流进行实时监测,并且通过4G将监测到的雷击次数进行统计发送到监控平台,减小运维人员巡检工作,实现避雷器全寿命监测,分析统计雷击事件。


本文引用地址:http://ylcpkhdr.86xtd.com/article/202102/422935.htm

0   引言

避雷器是用于保护电气设备免受雷击时高瞬态过电压危害的设备,但是避雷器在经历过雷击后,自身寿命就会受到影响,需要人员定期巡检避雷器的工作状态及寿命,以确保避雷器正常工作。

为实现对避雷器的实时监测,保证避雷器的可靠运行,本文设计了一款基于STM32L152的雷击监测终端设备,实时对避雷器漏电电流、雷击次数进行测量,并且通过-DTU将监测到的雷击次数、漏电流及漏电压等数据发送到云端服务器后台,后台进行整理分析,供用户随时查询相关数据,并且可以根据设定值对相关人员提供预警和报警功能,减小运维人员巡检工作;通过对雷击事件统计和分析,实现避雷器全寿命监测,确保电力设备免受雷击破坏,可靠稳定的运行。

1   系统总体设计概述

1.1 硬件组成电路框图

避雷器在线监控系统由避雷器监测终端、云服务器后台和智能终端三大部分构成,避雷器监测终端将采集的结果上传至云服务器后台,后台进行整理和分析,智能终端从云服务器拉取分析的数据,实现远程对避雷器的监控。本避雷器监测终端主要由电源模块、MCU控制单元、输入输出单元、通信模块、存储模块、实时时钟模块、避雷器漏电流及漏电压模块等几个部分组成(如图1)。

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图1 系统总体设计框图

1.2 系统工作原理及主要功能介绍

MCU主控单元通过避雷器感应线圈侧的漏电流、漏电压,记录雷击次数和雷击的时间。此外还通过连接互联网,按照既定通信协议发送到云平台服务器后台中,方便用户通过智能终端实时查看雷击的相关数据、避雷器的剩余生命、监测终端剩余电量等,实时掌握避雷器当前的工作状态,为电气设备的可靠安全运行提供强有力的保障。

2   系统硬件电路设计

2.1 电源管理电路

本系统采用电池和互感器取电,使用跳线帽选择,二选一,选定输入电源后通过开关控制整个系统的电源,电源输入后经过DC-DC升压至DC 5 V,之后经过3路LDO分成3路3.3 V电源,分别为主控单元及其外围设备供电,为运放供电,为4G-DTU供电。并且DTU的电源可以通过LDO的使能脚进行控制,方便对DTU的电源进行管理,以节约功耗。互感器取电如图2所示,电池取电及电源转换电路如图2所示。

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图2 电池取电及电源转换电路图

2.2 MCU主控单元电路

STM32L152器件利用Cortex-M3内核和频率介于32 kHz ~ 32 MHz的CPU时钟扩展了超理念,并且不会降低性能。除了动态运行模式以外,还有休眠、停机和待机这3种超模式,不仅带来极低的功耗,同时还能保持RTC、后备寄存器内容与低压检测器的工作。

STM32L152片上集成的快速12位ADC、硬件SPI、串口、超低功耗比较器等模块,同时还提供了1颗具有8×40段的集成式LCD驱动器,可以大大节约设计时间和应用成本。MCU主控系统就是STM32L152的最小系统,辅以调试接口和串口配置接口。DTU模块使用串口与主控芯片通信。

3   系统软件设计

本次系统代码使用C语言编写,程序的编写遵循模块化和层次化的设计标准,以实现代码的高内聚和低耦合,方便开发人员的后续维护和升级。程序上电等待配置串口连接,无连接,3~5 s后进入正常工作模式;有连接,进入配置模式,若串口连续1~2 min无数据接收,退出配置模式,进入正常工作模式。读取避雷器互感线圈侧的漏电流和漏电压、读取电池电压,启动DTU,发送数据,如果发送失败,将需要发送的数据暂存,等待下次再发送,如果发送成功则关闭DTU,进入低功耗模式。系统主程序流程图如图4所示。

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图3 主程序流程图

4   实现功能

避雷器监测终端主要实现以下功能:

●   对避雷器漏电电流、雷击次数进行测量,准确统计发生雷击的时间;

●   通过 4G 网络将采集的结果上传至云服务器;

●   DTU的电源管理,加上设备的低功耗,实现250 μA左右的待机电流,使电池供电的监测终端能够有更长的工作时间。

5   结语

该避雷器在线监控系统,经过重复的测试后,可实现既定的所有功能,实现了远程对避雷器的寿命进行监控,减少运维人员的巡检次数,且可以长期稳定运行,可靠地保障电力设备免受雷击破坏。

参考文献:

[1] 刘晋孝,祝嘉喜.MOA-BC型系统的研制[J]. 电瓷避雷器,2017(03):97-100.

[2] 高旭光.装置的设计与实现[D].成都:电子科技大学,2018.

[3] 秦娜.氧化锌数据处理方法的研究[D].成都:西南交通大学,2003.

(本文来源于《电子产品世界》杂志社2020年12月期)



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