[发明专利]一种基于磁电阻的交直流避雷器电流实时在线监测传感器

说明书

技术领域

本发明涉一种基于磁电阻的交直流避雷器电流实时在线监测传感器，尤其涉及一种采用隧穿磁阻效应（TMR）磁电阻为传感元件的实时在线监测传感器，属于电力系统量测和在线监测技术领域。

背景技术

避雷器是电力系统中一种广泛应用的基础设备之一，为电力系统雷电过电压和操作过电压等暂态过电压提供泄流通道，保护电力系统重要设备免受冲击，是电力系统安全运行的必要条件。避雷器在长期的运行中，由于外界电、热等因素的影响，绝缘会发生老化，导致性能下降。老化后的避雷器如不能及时发现，暂态过电压的高能量极可能造成避雷器爆炸，同时损坏电力系统重要设备的绝缘，甚至造成大面积停电事故，给电力系统和社会生产生活造成巨大经济损失。

正常工作条件下避雷器的泄漏电流水平和动作次数表征了避雷器的性能，因此对避雷器的状态如：泄漏电流水平，阻性泄漏电流水平，导通次数和导通时间等，进行实时在线监测，可提前发现避雷器的绝缘缺陷，提供预警，并及时更换老化后的避雷器，对电力系统的安全运行具有重大意义。

避雷器正常运行时的泄漏电流非常小，在10uA～1mA级别，而避雷器动作时的暂态电流高达10kA～100kA级别。这对避雷器的在线监测传感器条件非常苛刻，一般的避雷器在线监测传感器主要有包括漏电计数器和泄漏电流传感器。两种设备分开安装，独立运行。且多数漏电计数器和泄漏电流传感器串联在避雷器的地线上，这对避雷器的暂态过电压保护有很大影响。同时通过线圈感应式的电流传感器无法测量直流电流，同时对暂态流过的大电流会感应出很高的电压，可能损坏电流传感器。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于磁电阻的交直流避雷器电流实时在线监测传感器，改变已有监测装置的结构，以实现在线实时监测交直流避雷器的泄漏电流、导通电流、导通次数、导通时间等参数，并通过后端微控制器单元分析泄漏电流的全泄漏电流、阻性泄漏电流和容性泄漏电流，同时通过数据传输模块将避雷器在线监测信息传输到远方，实现无人值守智能化变电站的信息监控。

本发明提出的基于磁电阻的交直流避雷器电流实时在线监测传感器，包括上磁环、下磁环、消磁校准线圈、第一隧穿磁阻效应器件、第二隧穿磁阻效应器件和信号处理系统；所述的上磁环和下磁环相互重叠形成双磁环结构，所述的消磁校准线圈成8字型均匀缠绕在相互重叠的上下两个磁环上；所述的第一隧穿磁阻效应器件置于上磁环气隙中，敏感轴方向与磁环气隙垂直，所述的第二隧穿磁阻效应器件置于下磁环中，敏感轴方向与磁环气隙垂直；所述的信号处理系统分别通过信号线与第一隧穿磁阻效应器件、第二隧穿磁阻效应器件以及消磁校准线圈相连；所述的上磁环、下磁环、消磁校准线圈、第一隧穿磁阻效应器件、第二隧穿磁阻效应器件和信号处理系统集成在屏蔽绝缘保护盒内，屏蔽保护盒上设有穿孔，避雷器地线穿越该穿孔；所述的信号处理系统的电源端口、测试端口和数据传输端口伸出屏蔽绝缘保护盒。

上述监测传感器中，所述的信号处理系统包括：

微控制器，用于按设定周期产生脉冲信号，以触发消磁校准电路；用于接收信号处理电路的调理信号，计算避雷器泄漏电流中的全泄漏电流、阻性泄漏电流、容性泄漏电流，计算避雷器导通电流的导通电流大小、导通时间以及累计导通次数，将计算结果发送给信号传输模块和测试端口；

消磁校准电路，用于在微控制器的触发下产生一个高频幅值快速衰减的正弦交流电流，该正弦交流电流通入消磁校准线圈，为隧穿磁阻效应器件和上下磁环消磁，当微控制器停止触发时，消磁校准电路提供一个恒定校准用的偏磁电流；

信号调理电路，用于对隧穿磁阻效应器件的差分输出信号进行调理，包括低通滤波、共模抑制、差分信号提取放大调理子电路；

信号传输模块，用于接收微控制器的分析计算结果，包括避雷器泄漏电流的全泄漏电流、阻性泄漏电流、容性泄漏电流，避雷器导通电流的导通电流大小、导通时间和累计导通次数，并将分析计算结果远传到变电站在线监测中心，提供避雷器的实时在线监测信息；

供能电源，用于为传感器提供电源。