CN101833051A - 氧化锌避雷器带电测试仪 - Google Patents

氧化锌避雷器带电测试仪 Download PDF

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本发明公开了一种氧化锌避雷器带电测试仪，涉及一种对电力系统中金属氧化物避雷器带电运行中交流参数进行检测的仪器。本发明包括主机和从机两部分，电流传感器引线、电流传感器单元、程控放大单元、电流信号处理控制单元、无线信号接收模块依次相连，再与上位机相连，上位机分别与电流信号处理控制单元、液晶显示器、键盘、鼠标相连，组成主机；电压传感器引线、电压传感器单元、电压信号处理控制单元和无线信号发射模块依次相连，组成从机；主机和从机通过无线通讯传输控制信号和数据。本发明适用对运行中的金属氧化物避雷器定期进行的总泄漏电流、阻性电流基波和三次谐波的检测，校核金属氧化物避雷器的运行性能。

Description

氧化锌避雷器带电测试仪
技术领域
本发明涉及一种电力系统过电压防护用金属氧化物避雷器带电检测的仪器，尤其涉及一种金属氧化物避雷器阻性电流带电检测、无线数据传输模式和信号采集同步方式的实现。
背景技术
金属氧化物避雷器(MOA)以其优越的非线性特性，在电力系统得到了广泛的应用。由于长期工作在运行电压下，并多次承受各种过电压的冲击，以及阀片受潮、老化等原因，避雷器整体性能逐渐下降。目前，金属氧化物避雷器主要是通过带电检测和离线检测来综合判断其运行特性。
现有的金属氧化物避雷器带电检测大多采用总泄漏电流、阻性电流基波和三次谐波等检测方法。但由于电压传感器和电流传感器之间往往存在一定的距离，特别是线路避雷器等，长距离现场布线受到的干扰非常严重，而且现场布线工作量特别大。目前尚无方便有效的金属氧化物避雷器带电检测设备。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种基于无线通讯的金属氧化物避雷器带电检测仪器，实现对电压信号和电流信号的同步采集，采集数据的无线传输，准确计算出金属氧化物避雷器的阻性电流基波和三次谐波电流，判断金属氧化物避雷器的运行特性。
本发明的目的是这样实现的：
本发明包括主机和从机两个部分，其特殊之处是电流传感器位于主机，电压传感器位于从机。将电流传感器和电压传感器分开布置，从机通过无线通讯发出同步命令，电流传感器(主机)和电压传感器(从机)同时开始采集，并由从机将其采集的数据通过无线通讯发送到主机，主机将两者数据运算处理后实时显示出来。
电压信号处理控制单元、电流信号处理控制单元由A/D转换器、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机(CPU)和随机存取存储器(RAM)组成。电压传感器和电流传感器采集得到的信号分别经过电压信号处理控制单元和电流信号处理控制单元后，分别得到三相电压和三相电流的幅值和相位数据，存入对应的电压信号处理控制单元和电流信号处理控制单元的随机存取存储器中。
无线发送模块由串口通讯转换器、信号调制设备和天线组成，无线发送模块与电压信号处理控制单元相连；无线信号接收模块由天线、信号解调设备和串口通讯转换器组成，无线信号接收模块与电流信号处理控制单元相连。当数据采集和存储完成后，无线发送模块将电压信号处理控制单元的随机存取存储器中的三相电压的幅值和相位数据调制后，通过无线通讯发送，无线信号接收模块将接收到的信号解调处理后，传送到电流信号处理控制单元的随机存取存储器中。
电流信号处理控制单元和上位机通过PCI总线相连。电流信号处理控制单元将得到的三相电压、三相电流的幅值和相位数据全部传送到上位机中，上位机运算处理后将所得结果显示出来。
本发明具体结构连接关系是：
电流传感器引线(3)、电流传感器单元(4)、程控放大单元(5)、电流信号处理控制单元(6)、无线信号接收模块(7)依次相连，再与上位机(8)相连，上位机分别与电流信号处理控制单元(6)、液晶显示器(9)、键盘(10)、鼠标(11)相连，组成主机(1)；电压传感器引线(12)、电压传感器单元(13)、电压信号处理控制单元(14)和无线信号发射模块(15)依次相连，组成从机(2)；主机(1)和从机(2)通过无线通讯传输控制信号和数据。
电流传感器单元(4)和电压传感器单元(13)分别由三个无源线性电磁感应式电压互感器和三个无源线性电磁感应式电流互感器组成，电流传感器单元(4)分别与电流传感器引线(3)和程控放大单元(5)相连；电压传感器单元(13)分别与电压传感器引线(12)和电压信号处理控制单元(14)相连。
电流信号处理控制单元(6)和电压信号处理控制单元(14)分别依次连接A/D转换器(6.1)、可编程逻辑门阵列FPGA(6.2)、单片机CPU(6.3)、随机存取存储器RAM(6.4)。
所述无线信号接收模块(7)由天线(7.1)、信号解调设备(7.2)和串口通讯转换器(7.4)组成，其无线信号接收模块(7)与电流信号处理控制单元(6)连接。
所述无线发送模块(15)由串口通讯转换器(15.1)、信号调制设备(15.2)和天线(15.4)组成，其无线发送模块(15)与电压信号处理控制单元连接。
所述程控放大单元(5)的控制端与电流信号处理控制单元(6)的单片机(6.2)相连，程控放大单元(5)的数据输出端与电流信号处理控制单元(6)的A/D转换器(6.1)相连。
由上述技术方案可知，当被检测的避雷器组(包括A、B、C三相的避雷器)上端的三相高压电线带电正常运行时，将氧化锌避雷器带电测试仪从机的电压传感器引线与该三相高压电线的PT二次测相连，主机的电流传感器引线与被检测的避雷器组的低压端相连，并将PT的变比参数输入氧化锌避雷器带电测试仪，按下“开始”试验按钮后，氧化锌避雷器带电测试仪自动完成本次试验，并实时显示避雷器的总泄漏电流、阻性电流基波、三次谐波等。
本发明与现有技术相比较具有下列优点和积极效果：
①通过无线通讯实现数据的远距离传输，简化了现场的接线，增大了测试仪可检测的金属氧化物避雷器范围；
②实现了数据的同步采集，提高了测量阻性电流基波和三次谐波的精度；
③采用一套完整的数据采集处理和完全自动化控制技术，保证整个测量过程自动完成；通过上位机实现人机交互，操作方便简单；
④本发明适用于规程要求对已投入使用的金属氧化物避雷器定期进行的总泄漏电流、阻性电流基波和三次谐波带电检测，校核金属氧化物避雷器的运行性能。
附图说明
图1是本发明方框图；
图2是主机(1)的结构方框图；
图3是从机(2)的结构方框图；
图4是电流信号处理控制单元(6)和电压信号处理控制单元(14)的结构方框图；
图5是无线信号接收模块(7)结构方框图；
图6是无线发送模块(15)结构方框图；
其中：
1-主机；
2-从机；
3-电流传感器引线；
4-电流传感器单元；
5-程控放大单元；
6-电流信号处理控制单元；
6.1-A/D转换器，6.2-现场可编程门阵列(FPGA)，
6.3-单片机(CPU)，6.4-随机存取存储器(RAM)；
7-无线信号接收模块；
7.1-天线，7.2-信号解调设备，
7.3-串口通讯转换器；
8-上位机；
9-液晶显示器；
10-键盘；
11-鼠标；
12-电压传感器引线；
13-电压传感器单元；
14-电压信号处理控制单元；
15-无线信号发送模块，
15.1-串口通讯转换器，15.2-信号解调设备，
15.3-天线。
具体实施方式
下面结合附图和实例详细说明：
一、总体结构
如图1，本发明包括主机(1)和从机(2)。主机(1)和从机(2)通过各自的电源供电，并由无线通讯实现数据传输。
如图2，电流传感器单元(4)、程控放大单元(5)、电流信号处理控制单元(6)、无线信号接收模块(7)依次相连，再与上位机(8)相连，上位机分别与电流信号处理控制单元(6)、液晶显示器(9)、键盘(10)、鼠标(11)相连，组成主机(1)；
如图3，电压传感器单元(13)、电压信号处理控制单元(14)和无线信号发射模块(15)依次相连，组成从机(2)。
本发明的工作原理是：
当被检测的避雷器组(包括A、B、C三相的避雷器)上端的三相高压电线带电正常运行时，分别测出三相电压和流过三支避雷器的电流的幅值和相位，通过软件处理运算，再分别将三支避雷器的总泄漏电流、阻性电流的基波、三次谐波分别显示出来。
将氧化锌避雷器带电测试仪从机(2)的电压传感器引线(12)与该三相高压电线的PT二次测相连，主机(1)的电流传感器引线(3)与被检测的避雷器组的低压端相连，并将PT的变比参数输入氧化锌避雷器带电测试仪，按下“开始”试验按钮后，氧化锌避雷器带电测试仪开始进行三相电压、三相电流的测量。
电流信号处理控制单元(6)、电压信号处理控制单元(14)均由A/D转换器(6.1)、现场可编程门阵列(FPGA)(6.2)、单片机(CPU)(6.3)和随机存取存储器(RAM)(6.4)组成。电压传感器单元(13)和电流传感器单元(4)采集得到的信号分别经过电压信号处理控制单元(14)和电流信号处理控制单元(6)后，分别得到三相电压、三相电流的幅值和相位数据，存入对应的电压信号处理控制单元(14)和电流信号处理控制单元(6)的随机存取存储器中。
无线发送模块(15)由串口通讯转换器(15.1)、信号调制设备(15.2)和天线(15.3)组成，无线发送模块(15)与电压信号处理控制单元(14)相连；无线信号接收模块(7)由天线(7.1)、信号解调设备(7.2)和串口通讯转换器(7.3)组成，无线信号接收模块(7)与电流信号处理控制单元(6)相连。当数据采集和存储完成后，无线发送模块(15)将电压信号处理控制单元(14)的随机存取存储器中的三相电压的幅值和相位数据调制后，通过无线通讯发送，无线信号接收模块(7)将接收到的已调信号，解调处理后，传送到电流信号处理控制单元(6)的随机存取存储器(6.4)中。
电流信号处理控制单元(6)和上位机(8)通过PCI总线相连。电流信号处理控制单元(6)将得到的三相电压、三相电流的幅值和相位数据全部传送到上位机中，上位机运算处理后将所得结果显示出来。
二、各功能块结构
1、电流传感器单元(4)和电压传感器单元(13)
电流传感器单元(4)和电压传感器单元(13)分别由三个无源线性电磁感应式电压互感器和三个无源线性电磁感应式电流互感器组成。电流传感器单元(4)分别与电流传感器引线(3)和程控放大单元(5)相连；电压传感器单元(13)分别与电压传感器引线(12)和电压信号处理控制单元(14)相连。
其工作原理是：将三相高压电线中的电压信号和流过三支避雷器的电流信号，通过电压传感器单元(13)和电流传感器单元(4)缩小或放大到适宜大小，便于电压信号处理控制单元(14)和电流信号处理控制单元(6)的A/D转换器进行模数转换。
2、程控放大单元(5)
程控放大单元(5)由一块增益可调的程控放大芯片组成。程控放大单元(5)的控制端与电流信号处理控制单元(6)的单片机(6.2)相连，程控放大单元(5)的数据输出端与电流信号处理控制单元(6)的A/D转换器(6.1)相连。
其工作原理是：程控放大单元(5)的初始增益倍数为1，由电流信号处理控制单元(6)进行电流信号的预采集，由电流信号处理控制单元(6)的单片机(6.3)计算采集得到的数据的最大值，由此控制程控放大单元(5)的增益倍数为1、2、4、8、16倍，将输入的小电流信号增益放大，再进行数据的采集、处理和计算，从而提高了测量的精度。
3、电流信号处理控制单元(6)和电压信号处理控制单元(14)
电流信号处理控制单元(6)和电压信号处理控制单元(14)结构相同，如图4，由A/D转换器(6.1)、现场可编程门阵列(FPGA)(6.2)、单片机(CPU)(6.3)和随机存取存储器(RAM)(6.4)组成。A/D转换器(6.1)、现场可编程门阵列(FPGA)(6.2)、单片机(CPU)(6.3)和随机存取存储器(RAM)(6.4)依次相连。
所述的A/D转换器(6.1)由一块8通道14位的A/D转换芯片组成；所述的现场可编程门阵列(FPGA)(6.2)由一块FPGA芯片及与其相连的片外EPROM组成；所述的单片机(CPU)(6.3)由一片8051系列单片机组成；所述的随机存取存储器(RAM)(6.4)由片外的128K的随机存取存储器(RAM)芯片组成。
其工作原理是：电流信号处理控制单元(6)和电压信号处理控制单元(14)的工作内容包括信号采集、数据运算处理、数据发送和数据接收。
信号处理控制单元进行信号采集时，先由单片机(CPU)(6.3)向现场可编程门阵列(FPGA)(6.2)发出开始采集命令，现场可编程门阵列(FPGA)(6.2)控制A/D转换器(6.1)开始进行模数转换，A/D转换器(6.1)所得到的数据(数字量)，经过现场可编程门阵列(FPGA)传存到随机存取存储器(RAM)(6.4)中。
信号处理控制单元进行数据运算处理时，单片机(CPU)(6.3)调用随机存取存储器(RAM)(6.4)按照程序编写的计算公式进行数据计算，并将计算完成得到的结果存入随机存取存储器(RAM)(6.4)中。
电压信号处理控制单元(14)进行数据发送时，由单片机(CPU)向现场可编程门阵列(FPGA)发出数据读取命令，现场单片机(CPU)将电压信号处理控制单元(14)中的随机存取存储器(RAM)中的数据经过并口发送到无线信号发送模块(15)的串口通讯转换器(15.1)。
电流信号处理控制单元(6)进行数据接收时，由单片机(CPU)(6.3)向现场可编程门阵列(FPGA)(6.2)发出数据存取命令，单片机(CPU)(6.3)将其并口从无线信号发送接收模块(7)的串口通讯转换器(7.4)接收到的数据存入电流信号处理控制单元(6)中的随机存取存储器(RAM)(6.4)中。
4、无线信号接收模块(7)和无线信号发送模块(15)
如图5，无线信号接收模块(7)由天线(7.1)、信号解调设备(7.2)和串口通讯转换器(7.3)依次相连，串口通讯转换器(7.3)再与电流信号处理控制单元(6)的单片机相连组成。如图6，无线信号发送模块(15)由串口通讯转换器(15.1)、信号调制设备(15.2)和天线(15.3)依次相连，串口通讯转换器(15.1)再与电压信号处理控制单元(14)的单片机相连组成。
所述的串口通讯转换器(7.3)(15.1)分别由单片芯片RS485组成；所述的信号解调设备(7.2)和信号调制设备(15.2)由单片无线收发一体芯片组成，该芯片可以进行高频发射、高频接收、FSK调制解调、FM调制解调等。无线信号发送模块(15)所述的天线(7.1)(15.4)由射频天线组成。
其工作原理是：该无线收发一体芯片可以工作在高频发射(即调制)模式，也可以工作在高频接收(即解调)模式，无线信号发送模块(15)的信号调制设备(15.2)工作在高频发射模式，无线信号接收模块(7)的信号解调设备(7.2)工作在高频接收模式。
无线信号接收模块(7)和无线信号发送模块(15)进行无线通讯传输的有信号采集同步命令、三相电压的幅值和相位数据。
无线通讯进行信号采集同步命令传输时，电压信号处理控制单元(14)的单片机发出同步采集命令，一方面由电压信号处理控制单元(14)控制电压信号的采集，另一方面由电压信号处理控制单元(14)的单片机将该同步命令转化为数字编码存储在电压信号处理控制单元(14)的外部随机存取存储器(RAM)，并将该数字编码通过无线信号发送模块(15)的串口通讯转换器(15.1)转化为串口输出到信号调制设备(15.2)，信号调制设备(15.2)再将已经调制的同步采集命令通过天线(15.3)向外高频发射。无线信号接收模块(7)的天线(7.1)接收到该同步采集命令后，通过信号解调设备(7.2)解调为数字编码，该数字编码通过无线信号接收模块(7)的串口通讯转换器(7.3)进入电流信号处理控制单元(6)的外部随机存取存储器(RAM)(6.4)，电流信号处理控制单元(6)的单片机(CPU)(6.3)识别到同步采集命令编码，即控制电流信号的同步采集。
无线通讯进行三相电压的幅值和相位数据传输时，电压信号处理控制单元(14)的单片机发出数据传输命令，由电压信号处理控制单元(14)的单片机(CPU)将存储在电压信号处理控制单元(14)的外部随机存取存储器(RAM)中的数据通过无线信号发送模块(15)的串口通讯转换器(15.1)转化为串口输出到信号调制设备(15.2)，信号调制设备(15.2)再将已经调制的三相电压的幅值和相位数据通过天线(15.3)向外高频发射。无线信号接收模块(7)的天线(7.1)接收到该三相电压的幅值和相位数据后，通过信号解调设备(7.2)解调为数字编码，该数字编码通过无线信号接收模块(7)的串口通讯转换器(7.3)进入电流信号处理控制单元(6)的外部随机存取存储器(RAM)(6.4)，电流信号处理控制单元(6)的单片机(CPU)(6.3)进行数据处理运算时调用该部分数据。
5、上位机(8)
上位机(8)由工业控制计算机(工控机)组成。上位机(8)分别与电流信号处理控制单元(6)、液晶显示器(9)、键盘(10)和鼠标(11)相连。
其工作原理是：通过PCI总线与电流信号控制单元(6)相连，实现数据和人机交互控制信号的传输。

Claims (6)

1.一种氧化锌避雷器带电测试仪，包括主机(1)和从机(2)两个部分，主机由电流传感器引线(3)电流传感器单元(4)、程控放大单元(5)、电流信号处理控制单元(6)、无线信号接收模块(7)、上位机(8)、液晶显示器(9)、键盘(10)、鼠标(11)组成；从机由电压传感器引线(12)、电压传感器单元(13)、电压信号处理控制单元(14)和无线信号发射模块(15)组成，其特征在于：电流传感器引线(3)、电流传感器单元(4)、程控放大单元(5)、电流信号处理控制单元(6)、无线信号接收模块(7)依次相连，再与上位机(8)相连，上位机分别与电流信号处理控制单元(6)、液晶显示器(9)、键盘(10)、鼠标(11)相连，组成主机(1)；电压传感器引线(12)、电压传感器单元(13)、电压信号处理控制单元(14)和无线信号发射模块(15)依次相连，组成从机(2)；主机(1)和从机(2)通过无线通讯传输控制信号和数据。
2.按权利要求1所述的一种氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于：电流传感器单元(4)和电压传感器单元(13)分别由三个无源线性电磁感应式电压互感器和三个无源线性电磁感应式电流互感器组成，电流传感器单元(4)分别与电流传感器引线(3)和程控放大单元(5)相连；电压传感器单元(13)分别与电压传感器引线(12)和电压信号处理控制单元(14)相连。
3.按权利要求1所述的一种氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于：电流信号处理控制单元(6)和电压信号处理控制单元(14)分别依次连接A/D转换器(6.1)、可编程逻辑门阵列FPGA(6.2)、单片机CPU(6.3)、随机存取存储器RAM(6.4)。
4.按权利要求1所述的一种氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于：所述无线信号接收模块(7)由天线(7.1)、信号解调设备(7.2)和串口通讯转换器(7.4)组成，其无线信号接收模块(7)与电流信号处理控制单元(6)连接。
5.按权利要求1所述的一种氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于：所述无线发送模块(15)由串口通讯转换器(15.1)、信号调制设备(15.2)和天线(15.4)组成，其无线发送模块(15)与电压信号处理控制单元连接。
6.权利要求1所述的一种氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于：所述程控放大单元(5)的控制端与电流信号处理控制单元(6)的单片机(6.2)相连，程控放大单元(5)的数据输出端与电流信号处理控制单元(6)的A/D转换器(6.1)相连。
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