CN101825674A - 一种隔离式高压泄漏电流测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种隔离式高压泄漏电流测量方法，其用光纤连接高压泄漏电流测量装置的高压端电流测量模块和低压端电流显示模块，高压端测量模块的测量数据通过光纤传输到低压端显示模块，从而将高压端测量模块和低压端显示模块隔离；通过光纤传输测量数据，可以让操作人员远离高电压输出端，清晰读取测量数据。本发明还提供了一种隔离式高压泄漏电流的测量装置。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统电子仪器测控技术领域，特别是涉及一种隔离式高压泄漏电流测量的方法及装置。
背景技术
在电力系统中，常常需要在高电压发生装置的高压输出端测量输出电流，如在氧化锌避雷器交接及预防性试验中，就需要在直流高压发生器高压侧测量输出电流。此外，在油断路器、变压器绕组的泄露电流试验中，也需要测量高压端的输出电流。
目前有两种方法测量输出电流：
一、采用微安表进行测量
由于微安表工作时处于高压场强中，无法从低压端供电，现在普遍采用电池供电，生产厂家为了延长电池使用寿命，微安表的显示部分采用LCD显示屏。LCD显示屏虽然能节电，但是也存在如下无法避免的缺点：
(1)显示屏的视角都不是很大，操作人员需要正视微安表的显示屏才能看清楚；
(2)当有阳光时，基本无法看清楚，而相关操作多在户外进行，晴朗天气时，在阳光照射下采用已有的泄漏电流表无法看清读数；
(3)显示数字小，亮度低，距离大于2米时不容易看清楚，而在做避雷器试验时，直流高压发生器最高输出电压在150kV以上，安全距离至少应该保证2米。
由于存在以上缺点，在实际运用中，操作人员需在如何看清微安表的数字上用去无谓的时间，甚至会因为要看清数字，操作人员要尽量靠近高压端，严重影响现场工作的效率和安全。
二、在高压发生装置的低压侧估算
目前几乎所有直流高压发生器控制箱上的输出电流测量均采用这种方式。由于泄漏电流值很小，属于微安级电流，再加上高压发生装置分布参数复杂，导致此种间接测量的方式精确度很低，影响对测量状况的准确判断。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种隔离式高压泄漏电流测量方法及装置，可以使操作人员在远离高压设备的情况下，快速准确地获取测量数据，从而提高了高压泄漏电流测量的效率和安全性。
本发明提供了一种隔离式高压泄漏电流测量方法，应用于高压泄漏电流测量装置中，其特征是所述的方法至少包括以下步骤：
(1)高压泄漏电流测量装置分为高压端测量模块和低压端显示模块两部分，在高压端测量模块连接一根光纤到低压端显示模块，从而将高压端测量模块和低压端显示模块隔离；
(2)高压端测量模块进行测量，获得测量数据；
(3)高压端测量模块通过光纤发送测量数据给低压端显示模块；
(4)低压端显示模块通过光纤接收测量数据；
(5)低压端显示模块将测量数据显示出来。
上述的步骤(5)中低压端显示模块采用红色LED显示。
上述的低压端显示模块的显示部分加盖一层面板薄膜。
本发明还提供了一种隔离式高压泄漏电流测量装置，包括高压端测量模块，低压端显示模块，其特征在于：所述高压端测量模块和所述低压端显示模块两个模块通过光纤连接，所述光纤用于将所述高压端测量模块和所述低压端显示模块隔离，所述高压端测量模块的测量数据通过所述光纤传输到所述低压端显示模块。
上述高压端电流测量模块包括信号采样电路，用于拾取高压端电流信号；信号调理电路，用于预处理拾取到的高压端电流信号；A/D转换电路，用于将模拟量转换成数字量；高压端光纤接口电路，用于通过光纤发送测量数据；和高压端单片机处理电路，用于对数字化的电流信号进行处理，并通过所述高压端光纤接口电路发送到低压端显示模块。
上述低压端电流显示模块包括低压端光纤接口电路，用于接收所述高压端测量模块发送过来的测量数据；低压端单片机处理电路，用于处理接收到的测量数据，并将该测量数据转化为显示信号；和显示电路，用于显示可读取的显示信号。
上述的显示电路采用的是红色LED显示。
上述显示电路中，在显示部分加盖一层面板薄膜。
上述光纤在低压端显示模块外接供电，从而使得高压端测量模块的光电转换耗电小，不存在供电问题。
上述A/D转换电路选用精度为18位或以上的A/D转换器。
本发明的有益效果在于：通过在高压端加装光纤数据传输，在低压端通过LED显示的方法，使得操作人员可在距离高压设备较远的安全区域，方便可靠得读取测量数据。同时，光纤发送数据与无线传输数据相比，光纤是良好的绝缘介质，可以满足绝缘要求。并且光纤通过光电转换传输信号，数据传输稳定可靠，不会受电磁干扰影响。此外，由于光纤传输低压端外接供电，高压端光电转换器耗电小，不存在供电问题。
附图说明
图1为本发明的隔离式高压泄漏电流测量方法的流程图；
图2为测量数据发送的流程图；
图3为测量数据接收的流程图；
图4为本发明的隔离式高压泄漏电流测量装置的示意图；
图5为高压端测量模块的系统图；
图6为信号采样电路原理图；
图7为信号调理电路原理图；
图8为A/D转换电路原理图；
图9为高压端单片机处理电路原理图；
图10为高压端光纤接口电路原理图；
图11为低压端显示模块的系统图；
图12为低压端光纤接口电路原理图；
图13为低压端单片机处理电路原理图；
图14为LED显示电路原理图。
具体实施方式
本发明可以通过以下的实施例来做进一步详细说明，参见图1至图14所示。
如图1所示，本发明提供了一种隔离式高压泄漏电流测量方法，应用于高压泄漏电流测量装置中，其测量方式至少包括以下步骤：
(1)高压泄漏电流测量装置分为高压端测量模块和低压端显示模块两部分，在高压端测量模块接一根光纤到低压端显示模块，从而将高压端测量模块和低压端显示模块隔离；
(2)高压端测量模块进行测量，获得测量数据；
(3)高压端测量模块通过光纤发送测量数据给低压端显示模块；
(4)低压端显示模块通过光纤接收测量数据；
(5)低压端显示模块将测量数据显示出来。
其中，测量的数据通过光纤从高压端测量模块传输到低压端显示模块，如图2所示，步骤(3)的测量数据传送具体包括以下步骤：
(3.1)启动数据发送程序；
(3.2)关闭全局中断；
(3.3)置发送地址标志位；
(3.4)获取发送地址Addr；
(3.5)等待发送；
(3.6)判断发送标志位TIO是否为1，若是，转步骤(3.7)；若否，转步骤(3.5)；
(3.7)接收等待；
(3.8)判断接收标志位RIO是否为1，若是，转步骤(3.9)；若否，转步骤(3.7)；
(3.9)比较接收地址Addrl是否等于发送地址Addr，若是，转步骤(3.10)若否，转步骤(3.12)；
(3.10)置发送数据标志位；
(3.11)发送测量数据；
(3.12)结束。
如图3所示，步骤(4)的测量数据接收具体包括以下步骤：
(4.1)UARTO接收程序进入中断模式；
(4.2)将中断标志RI清零，禁止UARTO中断；
(4.3)监听网络，确认监听到的地址是否为本机地址，若是，转步骤(4.4)；若否，则转步骤(4.8)回到监听状态，结束。
(4.4)取消监听状态；
(4.5)向主机发回本机地址，作为握手信号；
(4.6)接收命令类型关键字；
(4.7)判断命令类型，若为操作命令字，则接收操作命令；若为读取从机状态命令字，则发送从机状态；
(4.8)回到监听状态，结束。
进一步地，所述步骤(5)中低压端显示模块采用红色LED显示，并且在显示部分加盖一层面板薄膜。
如图4所示，本发明所提供的一种隔离式高压泄漏电流测量装置包括高压端测量模块，低压端显示模块，所述高压端测量模块和所述低压端显示模块两个模块通过光纤连接，所述高压端测量模块的测量数据可通过所述光纤传输到所述低压端显示模块，从而将所述高压端测量模块和所述低压端显示模块隔离。
图5是高压端测量模块的系统图。如图5所示，所述高压端测量模块包括信号采样电路，信号调理电路，A/D转换电路，高压端单片机处理电路，和高压端光纤接口电路，其中，高压端信号被信号采样电路拾取以后，进入信号调理电路进行预处理，之后经过A/D转换电路，把模拟量转换成数字量，由高压端单片机处理电路进行处理，高压端单片机处理电路同时负责把数字化的电流信号通过高压端光纤接口电路发送到低压端电流显示模块。
图6-图10所示的是高压端测量模块的硬件设计原理图，结合附图，分别对高压端电流测量模块的各个电路进行叙述。
1.信号采样电路
信号采样电路负责把泄漏电流信号转换为0～2V的电压信号，以便于后级电路处理。图6中虚线框中是信号采样部分电路。本部分电路元件包括：接线端子J100，瞬态抑制二极管D100，滤波电容C100，取样电阻R100，电感L100，和辅助电阻R101。
泄漏电流信号由接线端子J100的1号管脚引入采样电路，由接线端子J100的2号管脚引出。正常情况下，泄漏电流的信号幅值为0～5mA。瞬态抑制二极管D100的作用是防止过电压信号损坏后级电路，其动作电压为6.0V，超出这一幅值将导致瞬态抑制二极管D100导通，从而将输入信号限幅。电容C100的作用是滤除电流信号中的高频干扰成分。取样电阻R100把电流信号转换成电压信号，当泄漏电流的信号幅值为0～5mA时，取样电阻R100两端的采样电压为0～2V(电流值和电阻值的乘积)。当因被测物击穿或其他原因造成泄漏电流突然增大时，突变电流将在电感L100的两端产生过电压，从而加速瞬态抑制二极管D100的动作，达到保护后级电路的目的。R101是辅助电阻，它和R101共同作用，从而保证在电流输入超范围时，能使瞬态抑制二极管D100动作。
2.信号调理电路
经过所述信号采样电路得到的电流信号是浮接差分信号，为了满足后级电路的处理要求，需要把差分信号转化成单端信号，并且信号的幅值要满足A/D转换器的要求。图7虚线框中所示的是信号调理电路的具体原理图。
电阻R104和电阻R105为差分信号运算放大器U100提供输入端保护，防止过大的信号输入损坏U100，阻值都是10K欧姆。电容C103、C105、C102用于滤除干扰信号，容值分别是0.01uF、0.022uF、0.01uF。电阻R106的阻值为100K欧姆，其作用是为运算放大器U100的输入级提供偏流通路，保证运算放大器U100正常工作。本实施例中所采用的运算放大器型号为AD623，其是一款精密低噪声仪表放大器，它把泄漏电流的差分信号转换为单端信号，方便A/D转换器处理。将运算放大器电路部分增益设定为1，当泄漏电流为0～5mA时，采样电阻R100两端电压为0～2V，基AD623的输入端压差为0～2V，由于增益为1，AD623的输出端(6号管脚)的对信号地电压为0～2V，这一电压信号再经过由电阻R107(2.94K欧姆)和电阻R102(1K欧姆)组成的电阻分压器分压，信号调理部分输出的最终信号为电阻R104和电容C104两端的电压，幅值为0～0.508V，这一电压范围符合后级A/D转换器0～0.512V的输入要求。电容C104用于滤除电路噪声，容值为0.01uF。
3.A/D转换电路
信号经过所述信号调理电路以后，进入A/D转换电路，把模拟量转换为数字量。本实施例中，A/D转换器的型号是MAX132，它是18位高精密转换器。本发明所提供的隔离式高压泄漏电流测量装置的测量范围是0～5mA，所以采用18位AD测量精度可达到0.019uA。
测量精度＝信号最大测量值/218＝5mA/262144＝0.019uA
实际应用中，本发明所提供的隔离式高压泄漏电流测量装置只需要精确到0.1uA，即MAX132完全满足精度要求。图8中虚线右边部分是A/D转换电路。
如图8所示，U102是A/D转换器MAX132，CY100是为其提供工作时钟的晶振，频率是32768Hz，C111和C112是起振电容，都是20pF。C108，C110，R111是A/D转换器正常工作必须的辅助元件。U101是电压基准源MAX872，它能提供高稳定度的2.5V基准电压，图8中C106(0.1uF)和E100(10uF)是MAX872的输出滤波电容，R109(120K欧姆)，R108(100K欧姆可调电阻)，R110(40.2K电阻)组成电阻分压器，负责把MAX872产生的2.5V电压基准转换为655mV电压基准，提供给A/D转换器MAX132，满足MAX132的工作要求。
MAX132提供了串行输出接口以及相应的控制信号，单片机通过这些信号控制MAX132的工作并读取转换数据。
4.高压端单片机处理电路
高压端单片机处理电路负责把所述A/D转换电路转换得到的泄漏电流信号通过光纤发送到低压显示模块。本实施例中，单片机采用C8051F330，处理速度可达25MIPS，内置8K FLASH，17个IO口及硬件增强型UART，同时内置满足UART操作的内部晶振，通过这些资源将设计做到简单灵活。
图9所示的是高压端单片机处理电路，如图9所示，U104是单片机C8051F330。D102是一绿色LED，用于指示单片机的工作状态。U103是一个蜂鸣器，用于在测量值超过限制时发出报警信号。Q100是三极管9013，用于驱动蜂鸣器。R114(1K欧姆)，C116(10uF)，C117(0.1uF)组成单片机上电复位电路，用于系统初上电时复位单片机。J103是用于给单片机编程的接插件。C114(10uF)，C115(0.1uF)是用于单片机供电管脚的去耦电容。单片机的P0.4和P0.5两个管脚用于光纤通信，P0.4负责发送信号，P0.5负责接收信号。
5.高压端光纤接口电路
图10所示的是高压端光纤接口电路。本实施例中，高压端光纤接口采用的是HFBR-1522发送器和HFBR-2522接收器，通信速率可达1MBd，距离可达45米。高压端测量模块的测量数据通过光纤在低压端显示模块隔离地被显示和读取，光纤可达45米的长度完全可以满足工作人员安全和方便获得数据的需要。
图10中R112(220欧姆)用于限制电流，E101(10uF)，C101(0.1uF)用于电源滤波，D101用于保护光纤发送器，防止反向电压过大损坏发送器。C113(0.1uF)也是用于电源滤波。
图11是低压端显示模块的系统图。如图11所示，所述低压端显示模块包括低压端光纤接口电路，低压端单片机处理电路，和LED显示电路，其中，低压端显示模块通过光纤接收来自高压端测量模块的测量数据，该测量数据经过低压端单片机处理单元进行处理，转化为显示信号，通过LED显示电路显示。
图12-图14所示的是低压端显示模块的硬件设计原理图，结合附图，分别对低压端显示模块的各个电路进行叙述。
6.低压端光纤接口电路
低压端光纤接口电路和高压端光纤接口电路，除元件标号不同外，其他完全相同，如图12所示，高压端光纤接口采用的同样是HFBR-1522发送器和HFBR-2522接收器，R203(220欧姆)用于限制电流，E200(10uF)，C203(0.1uF)用于电源滤波，D201用于保护光纤发送器，防止反向电压过大损坏发送器。C204(0.1uF)也是用于电源滤波。
7.低压端单片机处理电路
低压端单片机处理部分负责把光纤传输过来的信号接收并解码，进而输出到数码管进行显示。
本实施例中，低压端单片机处理电路的单片机也采用C8051F330。图13所示的是低压端单片机处理部分电路图。D200是一个LED，负责指示单片机的工作状态。显示信号由P1口引出，显示的段码由P0.1、P0.2、P0.6、P0.7四个管脚引出。单片机的P0.4和P0.5两个管脚用于光纤通信，P0.4负责发送信号，P0.5负责接收信号。
8.LED显示电路
本实施例中的LED显示电路采用了4个数码显示管，可以显示4位有效数字。
图14所示的是LED显示部分电路。单片机把显示信号发送给锁存器SN74AHC573DW，锁存器用于锁存显示信号并驱动LED数码管，其驱动电流可达20mA，可保证LED高亮度显示。由于锁存器的应用，可以进行静态显示，保证显示不闪烁。R200，R201，R202，R203都是220欧姆电阻，用于限制流入数码管的电流，使其不至于烧坏数码管。
在本发明的最佳实施例中，采用红色LED，寿命长，亮度高，便于在强光和黑暗中看清显示数字。
进一步地，在LED的显示部分加盖一层面板薄膜，加薄膜后显示效果更见清晰。
进一步地，光纤传输在低压端显示模块外接供电，从而使得高压端测量模块的光电转换器耗电小，不存在供电问题。
根据本发明所提供的高隔离式压泄漏电流测量装置，通过光纤隔离，把高压端的测量数据传输到低电端，并且低电位端通过LED数码管显示，从而可以使操作人员远离高电压输出端，并可清晰读取测量数据，保证操作人员安全。
应当可以理解，在不偏离其精神和中心特征的情况下本发明可以其它形式实现。因此这里的实施例和具体的实施方式是示意性并不是限制性，并且本发明并不限定在这里给出的详细描述中。
Claims (10)
1.一种隔离式高压泄漏电流测量方法，应用于高压泄漏电流测量装置中，其特征是所述的方法至少包括以下步骤：
(1)高压泄漏电流测量装置分为高压端测量模块和低压端显示模块两部分，在高压端测量模块连接一根光纤到低压端显示模块，从而将高压端测量模块和低压端显示模块隔离；
(2)高压端测量模块进行测量，获得测量数据；
(3)高压端测量模块通过光纤发送测量数据给低压端显示模块；
(4)低压端显示模块通过光纤接收测量数据；
(5)低压端显示模块将测量数据显示出来。
2.如权利要求1所述的隔离式高压泄漏电流测量方法，其特征在于所述的步骤(5)中低压端显示模块采用红色LED显示。
3.如权利要求1或2所述的隔离式高压泄漏电流测量方法，其特征在于所述的低压端显示模块的显示部分加盖一层面板薄膜。
4.一种隔离式高压泄漏电流测量装置，包括高压端测量模块，低压端显示模块，其特征在于：所述高压端测量模块和所述低压端显示模块两个模块通过光纤连接，所述光纤用于将所述高压端测量模块和所述低压端显示模块隔离，所述高压端测量模块的测量数据通过所述光纤传输到所述低压端显示模块。
5.如权利要求4所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述高压端电流测量模块包括信号采样电路，用于拾取高压端电流信号；信号调理电路，用于预处理拾取到的高压端电流信号；A/D转换电路，用于将模拟量转换成数字量；高压端光纤接口电路，用于通过光纤发送测量数据；和高压端单片机处理电路，用于对数字化的电流信号进行处理，并通过所述高压端光纤接口电路发送到低压端显示模块。
6.如权利要求4所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述低压端电流显示模块包括低压端光纤接口电路，用于接收所述高压端测量模块发送过来的测量数据；低压端单片机处理电路，用于处理接收到的测量数据，并将该测量数据转化为显示信号；和显示电路，用于显示可读取的显示信号。
7.如权利要求6所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述的显示电路采用的是红色LED显示。
8.如权利要求7所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述显示电路中，在显示部分加盖一层面板薄膜。
9.如权利要求8所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述光纤在低压端显示模块外接供电，从而使得高压端测量模块的光电转换耗电小，不存在供电问题。
10.如权利要求9所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述A/D转换电路选用精度为18位或以上的A/D转换器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANGHAI ELECTRIC POWER CORP. Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI ULTRA-HV TRANSMISSION + DISTRIBUTION COMPANY, SHANGHAI ELECTRIC POWER C Effective date: 20110519 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 200063 NO. 600, WUNING ROAD, PUTUO DISTRICT, SHANGHAI TO: 200122 NO. 1122, YUANSHEN ROAD, SHANGHAI |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20110519 Address after: 200122, 1122 deep road, Shanghai Applicant after: Shanghai Electric Power Corporation Address before: 200063 No. 600, Wuning Road, Shanghai, Putuo District Applicant before: Shanghai Ultra-HV Transmission & Distribution Company, Shanghai Electric Power C |
|
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100908 |