避雷器在线监测装置的设计与实现

摘要

避雷器是确保电网系统安稳运行的一种主要装备，平常也被叫做过电压限制器或者过电压保护器。当前电网系统中最常用的避雷器是氧化锌避雷器，可以利用自身优秀的非线性伏安特性，将流入电网系统的过电压进行大幅度削弱，确保电力设备的稳定运行。但是，避雷器通常被安置在露天环境中，在运行过程中长时间受到工频电压和恶劣环境的影响，避雷器阀片必然会呈现出一种老化或者受潮现象，导致避雷器的保护能力下降，使得电网运行在一种不可控的状态，严重时会造成电网大范围停电事故。因此，及时的监测避雷器运行状态和评估避雷器健康情况是非常有必要的。 首先，本文从氧化锌避雷器阀片的微观结构着手，结合避雷器的等效电路图探究了氧化锌避雷器的工作原理；分析了避雷器可能发生的故障种类及其产生原因；总结了目前最常用的几种避雷器在线监测方法并对其原理进行了详细的推导，通过综合比较选择谐波分析法作为避雷器在线监测系统的监测方法；本文归纳出了影响避雷器在线监测结果的一些因素，并在硬件电路设计过程中进行了有效的防范措施。 其次，本文设计了避雷器在线监测装置的总体实现框图，综合考虑了在对避雷器特征量提取过程中的特点、各种干扰的影响以及一、二次设备的隔离要求，设计了以FPGA和MCU芯片为核心的避雷器在线监测系统；本文重点完成了避雷器在线监测装置的硬件原理图设计，并在此基础上完成了PCB板的制作以及后续的硬件调试工作；本文在硬件平台的搭建基础上完成了避雷器在线监测系统的程序设计，制定了相应的通讯协议，并且规范了需要传输的数据格式，最后完成了基于andriod平台的避雷器在线监测系统的手机APP应用程序的设计，通过该手机APP能够随时随地监测避雷器的运行数据，评估出避雷器的健康状况。 最后，本文对所设计的避雷器在线监测装置进行了大量的实验，通过结果表明本文所设计的避雷器在线监测装置的软硬件模块均能够稳定运行，并对各项参数能够准确显示。

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