本實(shí)用新型涉及低壓電力系統(tǒng)的防雷和在線檢測技術(shù)，尤其是一種基于單片機(jī)的防雷在線檢測一體箱。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代低壓電力系統(tǒng)的不斷建設(shè)，低壓電力系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備的微電子通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，使得設(shè)備防雷的問題顯得越來越重要。由于微電子設(shè)備具有高密度、高速度、低電壓、低功耗等特性，這就使其對各種諸如雷擊感應(yīng)過電壓、電力系統(tǒng)操作過電壓、電磁輻射等浪涌干擾非常敏感。如果防護(hù)措施不力，隨時隨地可能遭受重大損失。值得關(guān)注的是雷電不僅僅破壞系統(tǒng)設(shè)備，更為重要的是使系統(tǒng)的通訊中斷、工作停頓、聲譽(yù)受損，其間接損失無法估量。為了保證低壓電力系統(tǒng)機(jī)房的安全可靠運(yùn)行，必須對機(jī)房設(shè)備采取防雷與防浪涌干擾等防護(hù)措施。
現(xiàn)有低壓電力系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備防雷與防浪涌干擾方法有以下兩種：
一：在低壓電力系統(tǒng)機(jī)房的總配電盤（柜）中安裝防雷保護(hù)成套箱。防雷保護(hù)成套箱的技術(shù)特點(diǎn)如下：
主要采用由4片壓敏電阻模塊或3片壓敏電阻模塊+1片氣體放電管模塊安裝在成套箱內(nèi)，保護(hù)電路采用相線對地線的4模式共模保護(hù)方式進(jìn)行過電壓保護(hù)，在防雷保護(hù)成套箱里還增加了數(shù)碼管顯示式雷擊計數(shù)模塊，實(shí)現(xiàn)0-99個雷擊計數(shù)功能。其缺點(diǎn)是只有4模式的共模保護(hù)，沒有差模保護(hù)，防護(hù)效果差，如果有差模浪涌進(jìn)入時不能可靠地保護(hù)后面的設(shè)備；雷擊殘壓高；雷擊計數(shù)只能計99個數(shù)且不知道具體雷擊浪涌值的大小以及雷擊浪涌發(fā)生的時間。
二：在低壓電力系統(tǒng)機(jī)房的總配電盤（柜）中安裝防雷保護(hù)一體箱。防雷保護(hù)一體箱的技術(shù)特點(diǎn)如下：
主要采用由多片壓敏電阻安裝箱內(nèi)的PCB板上，保護(hù)電路采用相線對地線的4模式共模保護(hù)方式行過電壓保護(hù)。在箱體面板上有三相電源防雷電路的劣化指示LED并通過繼電器輸出信號；還有數(shù)碼管顯示式雷擊計數(shù)器，實(shí)現(xiàn)0-99個雷擊計數(shù)功能。其缺點(diǎn)是只有4模式的共模保護(hù)，沒有差模保護(hù)，防護(hù)效果差，如果有差模浪涌進(jìn)入時不能可靠地保護(hù)后面的設(shè)備；雷擊計數(shù)只能計99個數(shù)且不知道具體雷擊浪涌值的大小以及雷擊浪涌發(fā)生的時間。
上述兩種防雷保護(hù)箱重要的共同缺點(diǎn)是：防雷保護(hù)箱只有共模保護(hù)沒有差模保護(hù)，不能有效防護(hù)差模浪涌對設(shè)備的損壞。雷擊計數(shù)只能計99個數(shù)，不能在線檢測雷擊浪涌值的具體大小以及雷擊浪涌發(fā)生的時間。雷擊浪涌數(shù)據(jù)不能上傳到管理控制中心，不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、管理和維護(hù)升級。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型要解決現(xiàn)有低壓電力系統(tǒng)，特別是低壓電力系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備現(xiàn)場浪涌干擾防護(hù)效果問題，提供一種可保護(hù)低壓電力系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備電源系統(tǒng)，具有10模式電源雷擊浪涌過電壓防護(hù)，在線檢測雷擊次數(shù)、浪涌值大小和浪涌發(fā)生時間，帶RS485總線通信上傳浪涌數(shù)據(jù)的基于單片機(jī)的防雷在線檢測一體箱，用于低壓電力系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備防護(hù)來自現(xiàn)場的雷擊浪涌干擾。
本實(shí)用新型提供解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案：
一種基于單片機(jī)的防雷在線檢測一體箱，包括箱體、箱蓋、設(shè)置在箱體內(nèi)的第一PCB板和設(shè)置在箱蓋內(nèi)的第二PCB板，所述第一PCB板上設(shè)有電源輸入接線端、10模式電源防護(hù)電路、RC抗諧波干擾電路和單片機(jī)供電電路；所述第二PCB板上設(shè)有單片機(jī)、連接在單片機(jī)上的OLCD屏幕顯示電路、電源指示電路、數(shù)據(jù)采集處理電路、RS485數(shù)據(jù)收發(fā)電路、外部防雷模塊劣化檢測電路、查詢按鍵和聲光報警電路；
所述電源輸入接線端用于連接至低壓電力系統(tǒng)三相電源；
所述10模式電源防護(hù)電路用于電源雷擊浪涌過電壓防護(hù)；
所述電源指示電路用于指示電源和指示10模式電源防護(hù)電路的劣化狀態(tài)；
所述數(shù)據(jù)采集處理電路用于采集和處理雷擊浪涌數(shù)據(jù)；
所述單片機(jī)用于存儲和處理雷擊浪涌數(shù)據(jù)；
所述OLCD屏幕顯示電路用于顯示雷擊浪涌數(shù)據(jù)；
所述RS485數(shù)據(jù)收發(fā)電路用于接收和上傳雷擊浪涌數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，所述10模式電源防護(hù)電路為設(shè)有由多片壓敏電阻組成的L-PE、N-PE、L-N、L-L間的10模式共模、差模浪涌過電壓保護(hù)電路，用于實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)雷擊浪涌過電壓的共模、差模保護(hù)，所述RC抗諧波干擾電路連接在10模式電源防護(hù)電路上。
優(yōu)選地，該一體箱中的單片機(jī)為TM32F100C8T6B，所述電源指示電路與10模式電源防護(hù)電路相連，其包含電源壓敏電阻劣化指示電路和開關(guān)量輸出電路。
優(yōu)選地，所述電源輸入接線端包括L端、N端、PE端，所述L端包括A端、B端和C端，電源輸入接線端通過引線與大電流接線端子連接；在L-PE、N-PE之間采用多片經(jīng)過嚴(yán)格配對的壓敏電阻并聯(lián)安裝在第一PCB上形成4模式共模保護(hù)電路；或者L-PE間采用多片壓敏電阻并聯(lián)，N-PE間采用并接氣體放電管安裝在PCB上形成4模式共模浪涌保護(hù)電路；每路L線與壓敏電阻間串聯(lián)有大容量溫度保險絲，該溫度保險絲一方面作為雷擊感應(yīng)過電壓時壓敏電阻的過熱保護(hù)，另一方面通過線路連接至劣化指示電路作為電源雷擊浪涌過電壓防護(hù)電路的劣化指示；在L- N間同樣采用多片經(jīng)過嚴(yán)格配對的壓敏電阻并聯(lián)安裝在PCB上形成3模式共模浪涌保護(hù)電路，每路L線與壓敏電阻間串聯(lián)有大容量溫度保險絲，作為雷擊感應(yīng)過電壓時壓敏電阻的過熱保護(hù)；在L-L間也同樣采用多片經(jīng)過嚴(yán)格配對的壓敏電阻并聯(lián)安裝在PCB上形成3模式差模浪涌保護(hù)電路，每路L線與壓敏電阻間串聯(lián)有大容量溫度保險絲，作為雷擊感應(yīng)過電壓時壓敏電阻的過熱保護(hù)。
優(yōu)選地，所述RC抗諧波干擾電路并接在L-N、N-PE之間，用于防護(hù)電源線路上的高次諧波中干擾最強(qiáng)的3、5、7次諧波干擾。
優(yōu)選地，所述單片機(jī)供電電路上連接有變壓器、整流器、濾波器；在變壓器前端串接有NTC熱敏電阻、共模電感和兩級X電容、Y電容組成的電源濾波電路，有效保護(hù)變壓器和保證電源穩(wěn)定。
優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集處理電路包括電流傳感器、整形放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，所述電流傳感器套在接地線上。
優(yōu)選地，所述外部防雷模塊劣化檢測電路上連接有檢測接口，所述RS485數(shù)據(jù)收發(fā)電路上連接有485-I/O接口，所述電源指示電路上設(shè)有遙信接口。
一種基于單片機(jī)的防雷在線檢測一體箱的檢測方法，包括下述步驟：
1）當(dāng)發(fā)生雷擊浪涌時，通過套在接地線上的電流傳感器在線采集雷擊浪涌數(shù)據(jù)，經(jīng)過整形放大和A/D轉(zhuǎn)換電路，將采集的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)；
2）單片機(jī)再輸出信號至聲光報警電路發(fā)出聲光報警的同時將雷擊浪涌數(shù)據(jù)存儲，操作查詢按鍵可實(shí)時查詢；
3）單片機(jī)將存儲的浪涌數(shù)據(jù)通過由OLCD屏幕顯示電路顯示在屏幕上，便于實(shí)時查詢雷擊次數(shù)、浪涌值的大小和發(fā)生時間；
4）單片機(jī)在采集、存儲、發(fā)送報警數(shù)據(jù)的同時，將數(shù)據(jù)經(jīng)RS485數(shù)據(jù)收發(fā)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過RS485總線實(shí)時將數(shù)據(jù)上傳到管理控制中心；
5）在外部防雷模塊劣化檢測電路中，檢測電路輸入端口連接至機(jī)房外部其它防雷模塊劣化遙信干接點(diǎn)輸出接口，當(dāng)機(jī)房外部其它防雷模塊劣化時，檢測電路輸入端口接收到開關(guān)量信號經(jīng)轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)，單片機(jī)存儲此故障信息供查詢并輸出信號至報警電路發(fā)出聲光報警；
6）在電源指示電路中，當(dāng)電源雷擊浪涌過電壓防護(hù)電路正常時，指示LED正常點(diǎn)亮；當(dāng)電源雷擊浪涌過電壓防護(hù)電路不正常時，指示LED熄滅，通過繼電器輸出開關(guān)量信號，此開關(guān)量信號一路提供給其它檢測設(shè)備使用，另一路輸出至單片機(jī)，單片機(jī)存儲此故障信息供查詢并輸出信號至報警電路發(fā)出聲光報警。
優(yōu)選地，所述單片機(jī)可存儲500組雷擊浪涌大小值和發(fā)生日期，所述步驟4）中單片機(jī)也可通過連接RS485轉(zhuǎn)無線wifi模塊，通過局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到管理控制中心；還可通過連接RS485轉(zhuǎn)無線GPRS模塊，通過2G通信基站將數(shù)據(jù)上傳到更遠(yuǎn)端的管理控制中心，從而實(shí)現(xiàn)電源防雷系統(tǒng)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析、管理和系統(tǒng)維護(hù)。
本實(shí)用新型有益的效果是：本實(shí)用新型采用由箱體內(nèi)電源L-N、N-PE、L-L間10模式雷擊浪涌過電壓防護(hù)電路、電源指示及劣化報警電路、RC抗諧波干擾電路、供電電路和箱蓋內(nèi)基于單片機(jī)STM32F100C8T6B的雷擊浪涌數(shù)據(jù)在線采集和存儲電路、數(shù)據(jù)顯示電路、RS485總線通信數(shù)據(jù)上傳電路、外部防雷模塊劣化檢測電路等組成的基于單片機(jī)的防雷在線檢測一體箱。有效解決了現(xiàn)有防雷箱只有共模保護(hù)沒有差模保護(hù)，不能有效防護(hù)差模浪涌對設(shè)備的損壞。沒有RC抗諧波干擾功能，不能防護(hù)電源系統(tǒng)中產(chǎn)生的3、5、7次等高頻諧波干擾。雷擊計數(shù)只能計99個數(shù)。不能在線檢測雷擊浪涌值的具體大小以及雷擊浪涌發(fā)生的時間。雷擊浪涌數(shù)據(jù)不能上傳到管理控制中心等問題?？捎行Х乐估纂姼袘?yīng)、操作過電壓、電容性耦合、感性（磁場）耦合引起的瞬時共模和差模過電壓、過電流和電力操作中引起的高次諧波干擾對低壓電力系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備造成的損壞。
本實(shí)用新型的防護(hù)能力使低壓電力系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備的電源接口能夠承受高達(dá)120kA（8/20μs波形）的雷電沖擊電流和防護(hù)高次諧波中干擾最強(qiáng)的3、5、7次等諧波，極大地提高了低壓電力系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備的抗雷擊和抗干擾能力，增加了設(shè)備安全運(yùn)行的可靠性，降低了低壓電力系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備的損壞率，降低了使用單位的運(yùn)行維護(hù)成本，產(chǎn)生了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中1.電源輸入接線端2.10模式電源防護(hù)電路，3.RC抗諧波干擾電路，4.單片機(jī)供電電路，5.單片機(jī)，6. OLCD屏幕顯示電路，7.電源指示電路，8.數(shù)據(jù)采集處理電路，9.RS485數(shù)據(jù)收發(fā)電路，10.外部防雷模塊劣化檢測電路，11.箱體，12.箱蓋，13.電流傳感器，14.整形放大電路，15.A/D轉(zhuǎn)換電路，16.485-I/O接口，17.檢測接口，18.遙信接口，19.查詢按鍵，20.聲光報警電路。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但并不是對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。
如圖1所示，一種基于單片機(jī)的防雷在線檢測一體箱，包括箱體11、箱蓋12、設(shè)置在箱體11內(nèi)的第一PCB板和設(shè)置在箱蓋12內(nèi)的第二PCB板，第一PCB板上設(shè)有電源輸入接線端1、10模式電源防護(hù)電路2、RC抗諧波干擾電路3和單片機(jī)供電電路4；第二PCB板上設(shè)有單片機(jī)5、連接在單片機(jī)5上的OLCD屏幕顯示電路6、電源指示電路7、數(shù)據(jù)采集處理電路8、RS485數(shù)據(jù)收發(fā)電路9、外部防雷模塊劣化檢測電路10、查詢按鍵19和聲光報警電路20；
所述電源輸入接線端1用于連接至低壓電力系統(tǒng)三相電源；
所述10模式電源防護(hù)電路2用于電源雷擊浪涌過電壓防護(hù)；
所述電源指示電路7用于指示電源和指示10模式電源防護(hù)電路的劣化狀態(tài)；
所述數(shù)據(jù)采集處理電路8用于采集和處理雷擊浪涌數(shù)據(jù)；
所述單片機(jī)5用于存儲和處理雷擊浪涌數(shù)據(jù)；
所述OLCD屏幕顯示電路6用于顯示雷擊浪涌數(shù)據(jù)；
所述RS485數(shù)據(jù)收發(fā)電路9用于接收和上傳雷擊浪涌數(shù)據(jù)。
所述10模式電源防護(hù)電路2為設(shè)有由多片壓敏電阻組成的L-PE、N-PE、L-N、L-L間的10模式共模、差模浪涌過電壓保護(hù)電路，用于實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)雷擊浪涌過電壓的共模、差模保護(hù)，所述RC抗諧波干擾電路3連接在10模式電源防護(hù)電路上。
該一體箱中的單片機(jī)5為TM32F100C8T6B，電源指示電路7與10模式電源防護(hù)電路2相連，其包含電源壓敏電阻劣化指示電路和開關(guān)量輸出電路。
所述電源輸入接線端1包括L端、N端、PE端，所述L端包括A端、B端和C端，電源輸入接線端1通過引線與大電流接線端子連接；在L-PE、N-PE之間采用多片經(jīng)過嚴(yán)格配對的壓敏電阻并聯(lián)安裝在第一PCB上形成4模式共模保護(hù)電路；或者L-PE間采用多片壓敏電阻并聯(lián)，N-PE間采用并接氣體放電管安裝在PCB上形成4模式共模浪涌保護(hù)電路；每路L線與壓敏電阻間串聯(lián)有大容量溫度保險絲，該溫度保險絲一方面作為雷擊感應(yīng)過電壓時壓敏電阻的過熱保護(hù)，另一方面通過線路連接至劣化指示電路作為電源雷擊浪涌過電壓防護(hù)電路的劣化指示；在L- N間同樣采用多片經(jīng)過嚴(yán)格配對的壓敏電阻并聯(lián)安裝在PCB上形成3模式共模浪涌保護(hù)電路，每路L線與壓敏電阻間串聯(lián)有大容量溫度保險絲，作為雷擊感應(yīng)過電壓時壓敏電阻的過熱保護(hù)；在L-L間也同樣采用多片經(jīng)過嚴(yán)格配對的壓敏電阻并聯(lián)安裝在PCB上形成3模式差模浪涌保護(hù)電路，每路L線與壓敏電阻間串聯(lián)有大容量溫度保險絲，作為雷擊感應(yīng)過電壓時壓敏電阻的過熱保護(hù)。
所述RC抗諧波干擾電路3并接在L-N、N-PE之間，用于防護(hù)電源線路上的高次諧波中干擾最強(qiáng)的3、5、7次諧波干擾。
所述單片機(jī)供電電路4上連接有變壓器、整流器、濾波器；在變壓器前端串接有NTC熱敏電阻、共模電感和兩級X電容、Y電容組成的電源濾波電路，有效保護(hù)變壓器和保證電源穩(wěn)定。
所述數(shù)據(jù)采集處理電路8包括電流傳感器13、整形放大電路14和A/D轉(zhuǎn)換電路15，電流傳感器13套在接地線上。
所述外部防雷模塊劣化檢測電路10上連接有檢測接口17，RS485數(shù)據(jù)收發(fā)電路9上連接有485-I/O接口16，電源指示電路7上設(shè)有遙信接口18。
一種基于單片機(jī)的防雷在線檢測一體箱的檢測方法，包括下述步驟：
1）當(dāng)發(fā)生雷擊浪涌時，通過套在接地線上的電流傳感器在線采集雷擊浪涌數(shù)據(jù)，經(jīng)過整形放大和A/D轉(zhuǎn)換電路，將采集的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)；
2）單片機(jī)再輸出信號至聲光報警電路發(fā)出聲光報警的同時將雷擊浪涌數(shù)據(jù)存儲，操作查詢按鍵可實(shí)時查詢；
3）單片機(jī)將存儲的浪涌數(shù)據(jù)通過由OLCD屏幕顯示電路顯示在屏幕上，便于實(shí)時查詢雷擊次數(shù)、浪涌值的大小和發(fā)生時間；
4）單片機(jī)在采集、存儲、發(fā)送報警數(shù)據(jù)的同時，將數(shù)據(jù)經(jīng)RS485數(shù)據(jù)收發(fā)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過RS485總線實(shí)時將數(shù)據(jù)上傳到管理控制中心；
5）在外部防雷模塊劣化檢測電路中，檢測電路輸入端口連接至機(jī)房外部其它防雷模塊劣化遙信干接點(diǎn)輸出接口，當(dāng)機(jī)房外部其它防雷模塊劣化時，檢測電路輸入端口接收到開關(guān)量信號經(jīng)轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)，單片機(jī)存儲此故障信息供查詢并輸出信號至報警電路發(fā)出聲光報警；
6）在電源指示電路中，當(dāng)電源雷擊浪涌過電壓防護(hù)電路正常時，指示LED正常點(diǎn)亮；當(dāng)電源雷擊浪涌過電壓防護(hù)電路不正常時，指示LED熄滅，通過繼電器輸出開關(guān)量信號，此開關(guān)量信號一路提供給其它檢測設(shè)備使用，另一路輸出至單片機(jī)，單片機(jī)存儲此故障信息供查詢并輸出信號至報警電路發(fā)出聲光報警。
所述單片機(jī)可存儲500組雷擊浪涌大小值和發(fā)生日期，所述步驟4）中單片機(jī)也可通過連接RS485轉(zhuǎn)無線wifi模塊，通過局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到管理控制中心；還可通過連接RS485轉(zhuǎn)無線GPRS模塊，通過2G通信基站將數(shù)據(jù)上傳到更遠(yuǎn)端的管理控制中心，從而實(shí)現(xiàn)電源防雷系統(tǒng)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析、管理和系統(tǒng)維護(hù)。