一種絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，它包括電流互感器、單片機(jī)、無線通信芯片、檔位切換電路和信號調(diào)理電路，所述電流互感器接入絕緣子泄漏電流的監(jiān)測回路中，其次級線圈的一端接地，另一端依次經(jīng)檔位切換電路和信號調(diào)理電路接單片機(jī)的PA2端口，單片機(jī)的串口通過無線通信芯片與上位機(jī)連接。本實(shí)用新型設(shè)置了多個(gè)測量檔位并且多個(gè)測量檔位可自動(dòng)切換，同傳統(tǒng)絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)大大提高了絕緣子泄漏電流的測量精度，能夠?yàn)榻^緣子污穢度的評估和預(yù)測提供可信的參考信息，而且減少了測量人員的任務(wù)量，降低了測量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
【專利說明】一種絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種寬量程、高精度的絕緣子泄漏電流測量系統(tǒng)，屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力系統(tǒng)中，絕緣子是將電位不同的導(dǎo)電體在機(jī)械上相互連接的部件，其性能的優(yōu)劣對整個(gè)輸電系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著非常關(guān)鍵的作用。尤其是在戶外運(yùn)行的絕緣子，除了應(yīng)具有一定的電氣絕緣性能和一定強(qiáng)度的機(jī)械性能之外，因其暴露在大氣中、并長期工作在驟冷驟熱、風(fēng)吹雨打、潮濕、污穢物(酸，臭氧，灰塵等)等惡劣環(huán)境中，易出現(xiàn)絕緣子內(nèi)部裂紋、表面破損、絕緣強(qiáng)度降低和污閃等故障。污閃是由于絕緣子表面污穢層達(dá)到飽和濕潤時(shí)，絕緣子表面泄漏電流增長過大，導(dǎo)致沿絕緣子表面的閃絡(luò)放電現(xiàn)象。研究表明，在濕潤條件下污穢絕緣子的泄漏電流是表征污穢程度較好的特征量，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測高壓輸電線路絕緣子的泄漏電流，可以使電力系統(tǒng)管理人員把握高壓網(wǎng)運(yùn)行的絕緣狀況，以便及時(shí)采取措施避免高壓網(wǎng)運(yùn)行中污閃故障的發(fā)生，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。
[0003]目前常用的絕緣子泄漏電流在線監(jiān)測系統(tǒng)有多種，如以嵌入式微控制器為前臺的檢測系統(tǒng)、基于SB接口的非接觸絕緣子泄漏電流檢測系統(tǒng)、基于GSM SMS的輸電線路絕緣子泄漏電流在線監(jiān)測系統(tǒng)、以ARM微處理器和C8051F單片機(jī)為核心的監(jiān)測系統(tǒng)等。在信號采集方面，許多監(jiān)測系統(tǒng)先利用精密的無感電阻將泄漏電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后用單片機(jī)采集電壓信號后傳至上位機(jī)。但現(xiàn)有的信號采集系統(tǒng)一般只有一個(gè)測量檔位，由于泄漏電流的變化范圍較大(在幾十微安?幾十毫安之間)，而單片機(jī)的輸入電壓范圍有限(依據(jù)芯片選擇的不同而不同，例如MEGA16的輸入電壓范圍為O?5v)，所以單一檔位的無感電阻難以同時(shí)滿足電流采集的精度和單片機(jī)輸入電壓的雙重限制，從而難以采集到精確的泄漏電流。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種多個(gè)測量檔位可自動(dòng)切換的絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，在提高泄漏電流測量精度的同時(shí)，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
[0005]本實(shí)用新型所述問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，構(gòu)成中包括電流互感器、單片機(jī)、無線通信芯片、檔位切換電路和信號調(diào)理電路，所述電流互感器接入絕緣子泄漏電流的監(jiān)測回路中，其次級線圈的一端接地，另一端依次經(jīng)檔位切換電路和信號調(diào)理電路接單片機(jī)的PA2端口，單片機(jī)的串口通過無線通信芯片與上位機(jī)連接。
[0007]上述絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，所述檔位切換電路包括第一運(yùn)算放大器、四個(gè)繼電器、四個(gè)三極管和十個(gè)電阻，四個(gè)三極管分別與四個(gè)繼電器的控制線圈串接后接電源電壓，它們的基極分別經(jīng)第一電阻?第四電阻接單片機(jī)的四個(gè)輸出端口，第一運(yùn)算放大器的反相輸入端經(jīng)第五電阻接電流互感器的次級線圈，同相輸入端經(jīng)第六電阻接地，輸出端經(jīng)信號調(diào)理電路接單片機(jī)的PA2端口，第一繼電器的常閉觸點(diǎn)、第二繼電器?第四繼電器的常開觸點(diǎn)一端接第一運(yùn)算放大器的輸出端，另一端分別經(jīng)第七電阻?第十電阻接第一運(yùn)算放大器的反相輸入端。
[0008]上述絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，所述信號調(diào)理電路包括兩個(gè)運(yùn)算放大器和五個(gè)電阻，第二運(yùn)算放大器的同相輸入端接地，反相輸入端經(jīng)第十一電阻接第一運(yùn)算放大器的輸出端并經(jīng)第十二電阻接+2.5V電壓，其輸出端經(jīng)第十三電阻接其反相輸入端并經(jīng)第十四電阻接第三運(yùn)算放大器的反相輸入端，第三運(yùn)算放大器的同相輸入端接地，輸出端接單片機(jī)的PA2端口并經(jīng)第十五電阻接其反相輸入端。
[0009]上述絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，構(gòu)成中還包括安裝于被測絕緣子表面的溫度傳感器和濕度傳感器，它們的信號輸出端分別接單片機(jī)的不同輸入端口。
[0010]上述絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，第七電阻?第十電阻均采用無感電阻。
[0011]上述絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，所述四個(gè)繼電器的控制線圈上均并接有續(xù)流二極管。
[0012]本實(shí)用新型設(shè)置了多個(gè)測量檔位并且多個(gè)測量檔位可自動(dòng)切換，同傳統(tǒng)絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)大大提高了絕緣子泄漏電流的測量精度，能夠?yàn)榻^緣子污穢度的評估和預(yù)測提供可信的參考信息，而且減少了測量人員的任務(wù)量，降低了測量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0014]圖1是本實(shí)用新型的電原理圖。
[0015]圖中各標(biāo)號為:U1、第一運(yùn)算放大器，U2、第二運(yùn)算放大器，U3、第三運(yùn)算放大器，U4、單片機(jī)，U5、無線通信芯片，CT、電流互感器，Q1、第一三極管，Q2、第二三極管，Q3、第三三極管，Q4、第四三極管，J1、第一繼電器，J2、第二繼電器，J3、第三繼電器，J4、第四繼電器，J1-1、第一繼電器的常閉觸點(diǎn)，J2-1、第二繼電器的常開觸點(diǎn)，J3-1、第三繼電器的常開觸點(diǎn)，J4-1、第四繼電器的常開觸點(diǎn)，D1、第一續(xù)流二極管，D2、第二續(xù)流二極管，D3、第三續(xù)流二極管，D4、第四續(xù)流二極管，T、溫度傳感器，S、濕度傳感器，Rl?R15、第一電阻?第十五電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參看圖1，本實(shí)用新型硬件部分設(shè)置了不同檔位的無感電阻，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后進(jìn)行采集，具體實(shí)施方案如下:
[0017]在采用經(jīng)精密無感電阻接地的測量方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)泄漏電流的變化范圍及特點(diǎn)，選取不同阻值的無感電阻作為不同的檔位，將微弱的泄漏電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)楹侠淼碾妷盒盘栔?，送入MEGA16芯片進(jìn)行處理，然后利用無線傳輸技術(shù)，將信號發(fā)送到上位機(jī)后進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示和后續(xù)的處理。
[0018]本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)檔位自動(dòng)選擇和切換，電路的工作原理為:首先，進(jìn)行泄漏電流的預(yù)測量(即讓其流過阻值較大的一個(gè)無感電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，并將測量的信號送入MEGA16芯片；然后，MEGA16芯片根據(jù)輸入信號的大小和提前設(shè)置好的各個(gè)檔位的閾值為其選擇合適的檔位(即控制檔位的繼電器動(dòng)作)；最后，用精密測量的數(shù)據(jù)覆蓋預(yù)測量的數(shù)據(jù)即可。
[0019]軟件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與采集系統(tǒng)的通信(采集頻率、采集點(diǎn)數(shù)或采集模式)、采集數(shù)據(jù)的存儲(存儲為不同格式文件和圖像)、處理(獲得泄漏電流的峰峰值，單位時(shí)間內(nèi)不同檔位幅值脈沖的數(shù)量、電壓與電流相位差，根據(jù)電壓與電流信號擬合獲得污層參數(shù))及顯不等。
[0020]電流互感器CT的線圈匝數(shù)比為1:1，第七電阻R7為預(yù)采集支路上的電阻，第八電阻R8~第十電阻RlO為三個(gè)支路檔位上的無感電阻，Jl-1~J4-1為第一繼電器~第四繼電器的觸點(diǎn)(J1-1為常閉觸點(diǎn)，J2-1~J4-1為常開觸點(diǎn))，通過控制四個(gè)繼電器可以控制各支路的通斷(由MEGA16芯片控制)。本實(shí)用新型的第一運(yùn)算放大器Ul接成放大電路，目的是將信號放大至2.5V左右；第二運(yùn)算放大器U2接成加法電路，目的是將泄漏電流(正弦信號，有正有負(fù))疊加一個(gè)直流電壓(使得信號整體平移)，從而將輸入電壓范圍控制在-5V~O ;第三運(yùn)算放大器U3接成反向電路，將電壓信號反向以滿足MEGA16芯片的O~5V輸入電壓要求。多檔位電阻的取值分別為:第七電阻R7(預(yù)采集電阻)取IOK歐姆，第八電阻R8~第十電阻RlO的阻值分別取100K Ω IM ^ IOM.C即為采集系統(tǒng)的3個(gè)檔位)，R5取100歐姆?，F(xiàn)將該電流采集系統(tǒng)的工作過程簡述如下:
[0021]在電路工作初期第一繼電器的常閉觸點(diǎn)Jl-1是閉合的，PA2端口可以進(jìn)行信號的預(yù)采集，并送入MEGA16芯片處理，然后斷開第一繼電器的常閉觸點(diǎn)J1-1，并根據(jù)輸入信號的峰峰值及J2\J3\J4檔位的閾值閉 合相應(yīng)檔位的繼電器，從而實(shí)現(xiàn)泄漏電流信號的精確采集。
【權(quán)利要求】
1.一種絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，其特征是，它包括電流互感器(CT)、單片機(jī)(U4)、無線通信芯片(U5)、檔位切換電路和信號調(diào)理電路，所述電流互感器(CT)接入絕緣子泄漏電流的監(jiān)測回路中，其次級線圈的一端接地，另一端依次經(jīng)檔位切換電路和信號調(diào)理電路接單片機(jī)(U4)的PA2端口，單片機(jī)(U4)的串口通過無線通信芯片(U5)與上位機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，其特征是，所述檔位切換電路包括第一運(yùn)算放大器(Ul )、四個(gè)繼電器、四個(gè)三極管和十個(gè)電阻，所述四個(gè)三極管分別是第一三極管(Ql)~第四三極管(Q4)，所述四個(gè)繼電器分別是第一繼電器(Jl)~第四繼電器(J4)，所述十個(gè)電阻分別是第一電阻(Rl)~第十電阻(RlO);所述第一三極管(Ql)~第四三極管(Q4)分別與所述第一繼電器(Jl)~第四繼電器(J4)的控制線圈串接后接電源電壓，它們的基極分別經(jīng)第一電阻(Rl)~第四電阻(R4)接單片機(jī)(U4)的四個(gè)輸出端口，第一運(yùn)算放大器(Ul)的反相輸入端經(jīng)第五電阻(R5)接電流互感器(CT)的次級線圈，同相輸入端經(jīng)第六電阻(R6)接地，輸出端經(jīng)信號調(diào)理電路接單片機(jī)(U4)的PA2端口，第一繼電器的常閉觸點(diǎn)(J1-1)、第二繼電器的常開觸點(diǎn)(J2-1)~第四繼電器的常開觸點(diǎn)(J4-1)的一端接第一運(yùn)算放大器(Ul)的輸出端，另一端分別經(jīng)第七電阻(R7)~第十電阻(RlO)接第一運(yùn)算放大器(Ul)的反相輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，其特征是，所述信號調(diào)理電路包括兩個(gè)運(yùn)算放大器和五個(gè)電阻，第二運(yùn)算放大器(U2)的同相輸入端接地，反相輸入端經(jīng)第十一電阻(Rll)接第一運(yùn)算放大器(Ul)的輸出端并經(jīng)第十二電阻(R12)接+2.5V電壓，其輸出端經(jīng)第十三電阻(R13)接其反相輸入端并經(jīng)第十四電阻(R14)接第三運(yùn)算放大器(U3)的反相輸入端，第三運(yùn)算放大器(U3)的同相輸入端接地，輸出端接單片機(jī)(U4)的PA2端口并經(jīng)第十五電阻(R15)接其反相輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，其特征是，構(gòu)成中還包括安裝于被測絕緣子表面的溫度傳感器(T)和濕度傳感器(S)，它們的信號輸出端分別接單片機(jī)(U4)的不同輸入端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，其特征是，第七電阻(R7)~第十電阻(RlO)均采用無感電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種絕緣子泄漏電流采集系統(tǒng)，其特征是，所述四個(gè)繼電器的控制線圈上均并接有續(xù)流二極管。
【文檔編號】G01R19/00GK203705522SQ201420055331
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】徐志鈕, 王怡聰, 牛勝鎖, 苗鵬超 申請人:華北電力大學(xué)（保定）