CN203069703U - 防雷设备智能监测终端 - Google Patents

Abstract

防雷设备智能监测终端，涉及电子电气设备领域，尤其涉及到一种防雷设备智能监测的终端；主要包含信号采集单元101、微处理器单元104、传输单元105、电源单元103；信号采集单元101接收来自被监测对象的信号，并传送到微处理器单元104，微处理器单元104把上述信号转换为数字数据，再通过传输单元105从该终端输出；微处理器单元104拾取传输单元105收到的控制信号并控制信号采集单元101输出测试电源；电源单元103为采集单元101、微处理器单元104、传输单元105供电。利用该终端可实现：自动检测电源/信号避雷器的失效状态；自动测量接地电阻；自动测量雷击次数；多个测量结果通过智能监测终端处理后再经网络自动上传，监测人员就能完成测量及管理过程。

Description

防雷设备智能监测终端

技术领域

本实用新型涉及电子电气设备领域，尤其涉及到一种防雷设备智能监测的终端。

背景技术

雷击灾害作为世界十大自然灾害之一，给人类造成了无数经济损失和人员伤亡，特别是现代电子信息和新能源技术的发展，雷电的危害变得更加广泛和深化。雷电危害的频繁发生促进了雷电防护行业的诞生，到目前为止，世界雷电产业规模已经非常庞大，雷电防护产品应用领域也不断扩展，已从最初的建筑、电力领域拓展到了军工航天、企业信息化系统、新能源、电气化铁路等多个现代化领域。

良好的雷电防护效果，除了需要精良的雷电防护产品外，雷电防护工程的勘测设计、施工安装的正确无误和定期检测维护也是非常重要的。如果在勘测设计、施工和安装任何一个环节出现问题，即使最好的雷电防护产品也实现不了理想的雷电防护效果。人们就此提出了雷电防护的“三优”理念，即“产品要优、设计方案要优、安装要优”，只有严格遵循“三优”原则，才能达到最理想的雷电防护效果。

随着时间的不断增加，避雷设备和接地系统会出现各种不同的变化，如避雷设备的失效和接地电阻逐渐增加，会使已有的防雷系统偏离预期设计要求，故定期有效的对防雷系统进行可靠检测是防雷工作的重点。

380/220V配电系统避雷器是保护配电线路及电子电气系统用电设备免受过电压危害的重要电气设备，其运行的可靠性将直接影响配电线路系统本身安全及电子电气系统的安全。以往，对避雷器的监测靠人工定期或不定期巡检来进行，无法及时发现避雷器故障，更难以发现可能产生故障的较大缺陷。劣化程度较快的避雷器完全有可能在1个巡检周期内就发生故障：失效、燃烧甚至爆炸，近年来发生的多次类似事故，不仅带来了巨大的经济损失，而且严重威胁到配电线路的安全运行。对配电避雷器实施远程智能在线监测，一方面可及早发现和排除故障，避免因避雷器故障而引起配电线路及用电设备的损坏，健全了配电线路避雷器的安全运行预警系统；另一方面，虽然低压避雷器一般都有失效状态输出信号，但是该信号只是通断信号，无法直接实现远程传输。如果对避雷器的故障情况能实现数据远传，从而就能有效及时地检测避雷器失效、损坏等。因此，应用避雷器远程智能在线监测系统意义重大。

电子电气系统的接地网起着工作接地、保护接地和防雷接地的作用。（1）如果配电系统接地电阻过大时:当发生接地故障时,使变压器中性点的电压偏移增大,可能使健全相和中性点电压过高,超过绝缘要求的水平而造成设备损坏。（2）在雷击或雷电波袭击时,由于电流很大,会在地网上产生很高的残压,使附近的设备遭受到地电位反击的威胁,并降低接地网本身保护设备(架空输电线路及变电站电气设备，变压器等)带电导体的耐雷水平,达不到设计的要求而损坏设备。同时接地系统的接地电阻是否合格直接关系到工作区运行人员、检修人员人身安全。但由于土壤对接地装置具有腐蚀作用，随着运行时间的加长，接地装置将会被逐步腐蚀，接地电阻会不断升高，严重影响电子电气系统的安全运行。因此，必须大力加强对电子电气系统地网接地电阻的定期监测。可靠接地对电子电气系统可靠运行及安全防雷具有重要意义，而目前接地电阻的测量也主要靠人工定期或不定期手动测量，进行一次测量不仅需要花费大量的时间和资金，而且测试结果的准确性得不到保证。

现有实用新型专利（专利号ZL 200920097143.3）“接地电阻测量系统”只能实现接地电阻的远程在线测量，却无法对防雷系统中的其它设备（如电源避雷器、信号避雷器等）进行远程在线监测，其功能单一，不能实现对整个防雷系统设备（如电源避雷器、信号避雷器、接地电阻、雷击次数等）的全面监测。

发明内容

为了有效解决以上防雷系统监测存在的问题和不足，防雷设备智能监测终端通过其信号采集单元采集的与该传感器联接的多种传感器信号，经微处理单元处理后，再经传输单元输出到与该终端相连接的监控中心，利用该终端可实现：自动检测电源/信号避雷器的失效状态；自动测量接地电阻；自动测量雷击次数；多个测量结果通过智能监测终端处理后再经网络自动上传，监测人员就能完成测量及管理过程。

防雷设备智能监测终端主要包含信号采集单元、微处理器单元、传输单元、电源单元；电源单元为采集单元、微处理器单元、传输单元供电；微处理器单元接收传输单元收到的测试指令并控制信号采集单元输出测试电源；信号采集单元接收来自被监测对象的信号，并传送到上述的防雷设备智能监测终端，所述信号采集单元包括传感器接口、接地电阻测试模块、保护电路；传感器接口接收来自被监测对象的传感器的信号并通过保护电路输送到微处理器单元；接地电阻测试模块在微处理器单元的控制下将测试电源输出。

上述的防雷设备智能监测终端，接地电阻测试模块由接地电阻测试电源、继电器驱动电路、继电器组成；微处理器单元开启电压转换模块，通过接地电阻测试电源变压器将电源单元提供的直流电转换成测试电源；处理器单元通过继电器驱动电路依次控制接地电阻测试端口切换使用的继电器将测试电源输出。

上述的防雷设备智能监测终端，所述微处理器单元包括微处理器和看门狗电路；控制接地电阻测试模块输出测试电源；接收通过传感器接口传入的信号或板载温度传感器、湿度传感器传入的信号；数据在微处理器单元计算、校正，编码处理后发送给传输单元。

上述的防雷设备智能监测终端，所述微处理器单元通过定时、手动或遥控方法中的一种控制接地电阻测试模块的启闭。

上述的防雷设备智能监测终端，所述传输单元为RS232 电平转换电路，无线通讯模块和/或有线通讯接口；微处理器单元输出的RS232TTL电平经过RS232 电平转换电路转换成 RS232 电平送到无线通讯模块和/或有线通讯接口。

上述的防雷设备智能监测终端，所述无线通讯模块为GPRS模块、3G无线通讯模块、4G无线通讯模块中的一种或几种。

上述的防雷设备智能监测终端，所述电源单元包括交流变换模块、外接直流电源接口和滤波降压电路；。

上述的防雷设备智能监测终端，外接直流电源接口用于外接12V蓄电池，交流变换模块将220V交流电变成12V直流电；12V直流电再通过滤波降压电路转换成通讯模块使用的 4V电压、微处理器使用的3.3V电压、通用的5V电压，接地电阻测试模块使用的12V电压。

有益效果：防雷设备智能监测终端是基于自动测试理论，网络通信和嵌入式技术防雷设备智能监测系统的重要组成部件，该终端将监测对象中的传感器与与监测中心联系起来，防雷设备智能监测终端能够检测电源/信号避雷器的失效状态；在监控中心的指令下自动测量接地电阻；测量雷击次数，来自多个传感器的测量结果用通讯方式自动上传，监测人员在监测中心就可完成测量及管理。

附图说明

图1：防雷设备智能监测终端示意逻辑图；

图2：实施例3所述防雷设备智能监测终端示意逻辑图；

图3：实施例3所述防雷设备智能监测终端PCB板布局示意图 ；

图4：应用防雷设备智能监测终端的监测系统示意图；

101—信号采集单元，103—电源单元，104—微处理器单元，105—传输单元，111—接地电阻测试模块，102—接地电阻测试电源，121—防雷设备智能监测终端，122—传感器，123—避雷系统中的避雷器部分，124—监控中心；

CPU—微处器：通讯、控制、将采集信号计算转换成数据；

U1—无线通讯模块；U2-看门狗电路；U3—电平转换电路；U4—滤波降压电路；U5—电压转换模块；U6—继电器驱动电路；

P1—交流变换模块：用于交直流变换； P2—外接直流电源接口；J1—有线通讯接口；

J2—传感器接口：传感器包括阻性电流传感器、泄漏电流传感器、雷击计数器、接地电阻传感器；Q1—温度传感器；Q2—湿度传感器；B1—接地电阻测试电源变压器；

L1，L2，L3，L4—保护电路；

JZ1、JZ2、JZ3、JZ4-接地电阻测试端口切换使用的继电器。

具体实施方式

实施例1：防雷设备智能监测终端，主要包含信号采集单元101、微处理器单元104、传输单元105、电源单元103；微处理器单元104拾取传输单元105收到的控制信号并控制信号采集单元101输出测试电源；信号采集单元101接收来自被监测对象的信号，并传送到微处理器单元104，微处理器单元104把上述信号转换为数字数据，再通过传输单元105从该终端输出；电源单元103给采集单元101、微处理器单元104、传输单元105供电。

在实施例1中，所述信号采集单元101可以只是传感器接口J2，传感器接口J2接收来自被在实施例1中，所述监测对象的传感器的信号是指信号采集单元101接收来自被监测对象的信号是指来自被监测对象的阻性电流传感器、泄漏电流传感器、雷击计数器、接地电阻传感器、温度传感器Q1、湿度传感器Q2中的一种或几种传感器的信号。

实施例1所述的防雷设备智能监测终端，信号采集单元包括传感器接口J2、接地电阻测试模块111、保护电路L1，L2，L3，L4；传感器接口J2接收来自被监测对象的传感器的信号并通过保护电路L1，L2，L3，L4输送到微处理器单元104；接地电阻测试模块111在微处理器单元104的控制下将测试电源输出。

上述的接地电阻测试模块111由接地电阻测试电源102、继电器驱动电路U6、继电器JZ1，JZ2，JZ3，JZ4组成，接地电阻测试电源102在微处理器单元104的控制下产生测试电源， 继电器驱动电路U6接受微处理器单元104的控制而驱动继电器JZ1，JZ2，JZ3，JZ4将测试电源输出。

实施例1所述的防雷设备智能监测终端，微处理器单元104开启12V测试电源，通过接地电阻测试电源变压器B1转换成43V交流电压，依次控制接地电阻测试端口切换使用的继电器JZ1，JZ2，JZ3，JZ4，把43V交流电压输送到外部测试点,返回的数据通过传感器接口J2传输给微处理器单元104。

实施例1所述的防雷设备智能监测终端，微处理器单元104包括微处理器CPU和看门狗电路U2；控制接地电阻测试模块111输出测试电源；接收通过传感器接口J2传入的信号；数据在微处理器单元104计算、校正，编码处理后发送给传输单元105。

上述微处理器单元104通过定时、手动或遥控方法中的一种控制接地电阻测试模块111所用的测试电源的启闭。

上述的防雷设备智能监测终端，所述传输单元为RS232 电平转换电路U3，无线通讯模块U1和/或有线通讯接口J1；微处理器单元104输出的RS232TTL电平经过RS232 电平转换电路U3转换成 Rs232 电平送到无线通讯模块U1和/或有线通讯接口J1。

上述的防雷设备智能监测终端，所述无线通讯模块U1为GPRS模块、3G无线通讯模块、4G无线通讯模块中的一种或几种。

实施例1所述的防雷设备智能监测终端，所述电源单元103包括220V交流变换模块和外接直流电源接口，外接直流电源接口用于外接12V蓄电池，220V交流变换模块将220V交流电变成12V直流电；12V直流电再转换成通讯模块使用的 4V电压、微处理器CPU 使用的3.3V电压、通用的5V电压，接地电阻测试模块111使用的12V电压。 

实施例2：防雷设备智能监测终端，主要包含以下部分：

(一) 传感器接口J2

外接传感器包括阻性电流传感器、泄漏电流传感器、雷击计数器、接地电阻传感器，通过屏蔽线连接到防雷设备智能监测终端的传感器接口J2，传感器接口J2处安装有保护电阻，用以保护检测端口；检测结果通过传感器接口J2输送到微处理器CPU，由微处理器CPU执行程序完成采样工作，计算对应的数据。

(二) 接地电阻测试模块111

测试时，由微处理器CPU开启12V测试电源，通过接地电阻测试电源变压器B1转换成43V交流电压，微处理器CPU通过继电器驱动电路U6依次控制JZ1/JZ2/JZ3/JZ4，把43V交流电压输送到外部多个测试点, 微处理器CPU通过传感器接口J2读取返回的数据处理计算出接地电阻。

(三) 微处理器单元104

用于处理从传感器接口J2传递过来的数据和板载温度、湿度检测数据，通过程序控制完成定时检测，手动检测和遥控检测功能，数据的计算、校正均由软件完成，数据编码处理完成后发送给传输单元，传送到监控中心，进行数据的存储、监测。

 (四) 传输单元105

PCB板上有无线通讯模块安装位，可以安装GPRS模块，也可以根据需要选装3G/4G无线通讯模块；微处理器与传输单元通讯使用RS232方式，和外部其他有线设备通讯使用选配的TCP/RS232/RS485标准接口板, 把RS232装换成对应设备的通讯接口。

(五) 电源单元103

使用220V交流产生12V直流，再转换成通讯模块使用的 4V电压、CPU 使用3.3V电压，和通用5V电压，12V作为供给接地电阻测试模块供电，并安装有外接电源接口，可以外接12V蓄电池用作野外测试时的电源供给。

实施例3：本实施例基本结构同实施例1，不同点在于：温度传感器Q1、湿度传感器Q2直接集成在防雷设备智能监测终端的PCB板上并与微处理器单元104联接。

在实施例3中所述的温度传感器Q1、湿度传感器Q2的信号可直接传输给微处理器单元104中的微处理器CPU。

实施例4：防雷设备智能监测终端121在避雷器现场运行，避雷器123上的传感器122将信号传给防雷设备智能监测终端121处理后，再由防雷设备智能监测终端121传输给监控中心124；所述防雷设备智能监测终端121为实施例1，2或3所述；传感器122包括阻性电流传感器、泄漏电流传感器、雷击计数器、温度/湿度传感器、接地电阻传感器，能够满足多种防雷设备的检测需要。

实施例4所述防雷设备智能监测终端121上的信号采集单元101、微处理器单元104和传输单元105集中在同一设备机壳内，该设备安装在避雷器所在地；

实施例4所述传输单元105包含多种通讯适配接口，通过选配无线传输模块或有线接口实现与监控中心的数据传输，配合监控中心软件完成避雷系统的历史数据记录和远程监控管理, 运行人员在管理中心即可了解避雷器的运行情况。

在上述实施例中，外接直流电源接口P2可集成到电源单元103中，也可独立在电源单元103外并与电源单元103连接。

上述实施例中：所述接地电阻测试模块111包括接地电阻测试电源102、继电器驱动电路U6、继电器JZ1，JZ2，JZ3，JZ4。

上述实施例中：所述接地电阻测试电源102包括电压转换模块U5、隔离变压器B1。

在上述实施例中，滤波降压电路U4为微处理器单元104提供3.3V电源。

上述实施例所述有线通讯接口J1：优选外接标准通讯端口连接插头，通讯协议使用RS232，和标准板组合构成TCP/RS232/RS485通讯模式，实现与有线通路的通讯；

上述实施例所述电源单元103：优选输入220V市电或者12V直流，产生通讯模块使用的 4V电压、微处理器CPU 使用3.3V电压，和通用5V电压；外接直流电源接口P2优选与12V蓄电池连接；

上述实施例所述与传感器接口J2相连的传感器122包括阻性电流传感器、泄漏电流传感器、雷击计数器、接地电阻传感器或温度、湿度传感器，与传感器接口J2相联接的是传感器122的信号输出线，也可以是传感器122的信号输出线和检测电源输入线，传感器接口J2可以只是通过传感器连接插头2接收传感器122的信号；传感器接口J2还可以是通过传感器连接插头2接收传感器122的信号，通过传感器连接插头1给传感器122输送检测电源。

上述实施例所述微处理器单元104包括微处理器CPU和看门狗电路U2，微处理器CPU出现死机，由看门狗电路U2复位。

上述实施例所述电源单元103中的交流变换模块P1、外接直流电源接口P2和滤波降压电路的具体选择可根据使用环境的市电标准、直流电源标准而确定；所述接地电阻测试模块111各部件的选择也可因各传感器122对测试电源的要求而变化。

上述实施例防雷设备智能监测系统的微处理器CPU运行相应的软件（或程序）实现其功能，该软件的功能及架构为：

软件平时处于等待状态，接收监控中心下发的遥控指令并响应，达到定时周期时，进行自动测试，向监控中心上报测试 结果;

程序主体分为4个模块：

1、测试模块: 由定时器触发，周期性的完成外接所有传感器的检测数据读取;

2、通讯模块: 将测试数据编码，传送到监控中心；

3、遥控模块：判断接收的遥控指令是否有效，如果是有效指令，则按照指令执行对应的功能。

4、自检模块：判断程序运行状态，发现错误时自动重启程序。

微处理器CPU运行上述程序实现以下功能：

1 把J2端口输入的传感器电压信号进行AD采样，转换成数据

2 对所有采集的数据按照通讯协议进行编码组合，便于与监控中心通讯使用

3 定时触发采样动作，自动采集数据，上传到监控中心

4 控制102产生接地电阻测试时需要的测试电压

5 控制继电器JZ1-JZ4,依次向多个测试点输出接地电阻测试电压

6 识别U1接收到的指定号码发送的短信息，按照信息指令，执行对应的测试动作

7 识别J1接收到通讯信息，按照信息指令，执行对应的测试动作

8 通过U1或者J1与监控中心通讯，交换监测到的数据。 

Claims (9)

1.防雷设备智能监测终端，特征在于：所述终端主要包含信号采集单元（101）、微处理器单元（104）、传输单元（105）、电源单元（103）；电源单元（103）为采集单元（101）、微处理器单元（104）、传输单元（105）供电；微处理器单元（104）接收传输单元（105）收到的测试指令并控制信号采集单元（101）输出测试电源；信号采集单元（101）接收来自被监测对象的信号，并传送到微处理器单元（104），微处理器单元（104）把上述信号转换为数字数据，再通过传输单元（105）从该终端输出。

2.根据权利要求1所述的防雷设备智能监测终端，特征在于：所述信号采集单元（101）包括传感器接口（J2）、接地电阻测试模块（111）、保护电路（L1，L2，L3，L4）；传感器接口（J2）接收来自被监测对象的传感器的信号并通过保护电路（L1，L2，L3，L4）输送到微处理器单元（104）；接地电阻测试模块（111）在微处理器单元（104）的控制下将测试电源输出。

3.根据权利要求2所述的防雷设备智能监测终端，特征在于：接地电阻测试模块（111）由接地电阻测试电源(102)、继电器驱动电路（U6）、继电器（JZ1，JZ2，JZ3，JZ4）组成；微处理器单元（104）开启电压转换模块U5，通过接地电阻测试电源变压器（B1）将电源单元（103）提供的直流电转换成测试电源；处理器单元（104）通过继电器驱动电路（U6）依次控制接地电阻测试端口切换使用的继电器（JZ1，JZ2，JZ3，JZ4）将测试电源输出。

4.根据权利要求2-3任一权利要求所述的防雷设备智能监测终端，特征在于：所述微处理器单元（104）包括微处理器（CPU）和看门狗电路（U2）；控制接地电阻测试模块（111）输出测试电源；接收通过传感器接口（J2）传入的信号或板载温度传感器（Q1）、湿度传感器（Q2）传入的信号；数据在微处理器单元（104）计算、校正，编码处理后发送给传输单元（105）。

5.根据权利要求4所述的防雷设备智能监测终端，特征在于：所述微处理器单元（104）通过定时、手动或遥控方法中的一种控制接地电阻测试模块（111）的启闭。

6.根据权利要求4所述的防雷设备智能监测终端，特征在于：所述传输单元为RS232 电平转换电路（U3），无线通讯模块（U1）和/或有线通讯接口（J1）；微处理器单元（104）输出的RS232TTL电平经过RS232 电平转换电路（U3）转换成RS232电平送到无线通讯模块（U1）和/或有线通讯接口（J1）。

7.根据权利要求6所述的防雷设备智能监测终端，特征在于：所述无线通讯模块（U1）为GPRS模块、3G无线通讯模块、4G无线通讯模块中的一种或几种。

8.根据权利要求4所述的防雷设备智能监测终端，特征在于：所述电源单元（103）包括交流变换模块（P1）、外接直流电源接口（P2）和滤波降压电路。

9.根据权利要求8所述的防雷设备智能监测终端，特征在于：外接直流电源接口（P2）用于外接12V蓄电池，交流变换模块将220V交流电变成12V直流电；12V直流电再通过滤波降压电路转换成通讯模块使用的 4V电压、CPU 使用的3.3V电压、通用的5V电压，接地电阻测试模块（111）使用的12V电压。

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