CN105067983B - 一种电缆绝缘数据在线采集处理系统 - Google Patents

Abstract

一种电缆绝缘数据在线采集处理系统，包括被监测的电缆，其特征在于：控制电路至少包括：数据采集端，包括零序信号采集模块和绝缘信号采集模块；数据处理端，包括幅值采集处理模块和相位采集处理模块；以及中央处理单元，其输入端分别与幅值采集处理模块和相位采集处理模块的输出端相连。通过本电缆绝缘数据在线采集处理系统，实现了在线对电缆的绝缘状态进行监测，可以在线对电缆的绝缘状态进行检测，避免了现有技术中需要停电进行电缆绝缘检测的弊端，有助于及时发现电缆绝缘故障，保证了电缆的安全、可靠运行。

Description

一种电缆绝缘数据在线采集处理系统

技术领域

一种电缆绝缘数据在线采集处理系统，属于电缆故障检测技术领域。

背景技术

电缆是电力行业中必不可少的传输器件，电缆绝缘的好坏是影响电缆安全可靠运行的关键因素，在电缆的实际运行过程中，大部分电缆故障是由于电缆绝缘发生劣化引起的。电缆在结构上普遍包括外部的绝缘层以及屏蔽层，当绝缘层发生破损时，电缆的绝缘性能会下降。电缆与接地端时间可等效有接地电阻和接地电容，当电缆性能下降时，接地电阻和接地电容的竖直均会发生变化。

现有的电缆绝缘测试方法，是在屏蔽层与接地端断路之后，向屏蔽层中注入大电压对电缆的绝缘性能进行测试，由于电缆在运行过程中，要求屏蔽层必须接地，且相屏蔽层注入电压的电压值不能超过50V，因此在现有技术中无法对电缆的绝缘性能进行在线测试，必须要将电缆停电之后进行，而一旦将电缆停电，会对大量的用户的用电造成影响，甚至会造成不可估量的经济损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可以在线对电缆的绝缘状态进行检测，避免了现有技术中需要停电进行电缆绝缘检测的弊端的电缆绝缘数据在线采集处理系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该电缆绝缘数据在线采集处理系统，其特征在于：控制电路至少包括：

数据采集端，包括零序信号采集模块和绝缘信号采集模块，分别用于采集电缆的零序信号和绝缘信号；

数据处理端，包括幅值采集处理模块，其输入端连接零序信号采集模块和绝缘信号采集模块，用于采集、提取和切换电缆的零序信号以及绝缘信号的幅值数据；

和相位采集处理模块，其输入端连接零序信号采集模块和绝缘信号采集模块，用于采集、提取和切换电缆的零序信号以及绝缘信号的相位数据；

以及中央处理单元，其输入端分别与幅值采集处理模块和相位采集处理模块的输出端相连。

优选的，所述的零序信号采集模块，包括：

零序电流采集模块，其输入端与电缆中零序电流互感器的二次侧相连，用于采集得到零序电流幅值数据和零序电流相位数据并分别送至幅值采集处理模块和相位采集处理模块；

零序电压采集模块，其输入端与电缆中零序电压互感器的二次侧相连，用于采集得到零序电压幅值数据并送至幅值采集处理模块。

优选的，所述的绝缘信号采集模块，

绝缘电流采集模块，其输入端与绝缘信号互感器的二次侧相连，用于采集得到绝缘电流幅值数据和绝缘电流相位数据并分别送至幅值采集处理模块和相位采集处理模块；

绝缘电压采集模块，其输入端与绝缘信号互感器的二次侧相连，用于采集得到绝缘电压幅值数据和绝缘电压相位数据并分别送至幅值采集处理模块和相位采集处理模块。

优选的，所述的零序电流采集模块包括依次相连的零序电流带通滤波器、零序电流跟随电路、零序电流信号比较电路以及零序电流波形整形电路；

零序电流带通滤波器输入端连接所述的零序电流互感器，零序电流波形整形电路输出端引出零序电流相位数据与相位采集处理模块相连，零序电流跟随电路输出端同时引出零序电流幅值数据与幅值采集处理模块相连。

优选的，所述的绝缘电压采集模块包括依次相连的绝缘电压带通滤波电路、绝缘电压跟随电路、绝缘电压比较电路、绝缘电压整形电路、绝缘电压降幅电路以及绝缘电压高速比较电路；

绝缘电压带通滤波电路与绝缘信号互感器相连，绝缘电压高速比较电路的输出端引出绝缘电压相位数据与相位采集处理模块相连，自绝缘电压跟随电路的输出端同时引出绝缘电压幅值数据与幅值采集处理模块相连。

优选的，所述的绝缘电流采集模块包括依次相连的绝缘电流比较电路、绝缘电流带通滤波电路、绝缘电流跟随电路、绝缘电流二次比较电路、绝缘电流整形电路以及绝缘电流高速比较电路；

绝缘电流比较电路与绝缘信号互感器相连，绝缘电流高速比较电路的输出端引出绝缘电流相位数据与相位采集处理模块相连，自绝缘电流跟随电路的输出端同时引出绝缘电流幅值数据与幅值采集处理模块相连。

优选的，所述的零序电压采集模块包括零序电压带通滤波电路和零序电压跟随电路，零序电压带通滤波电路与零序电压互感器相连，零序电压跟随电路输出端引出零序电压幅值数据与幅值采集处理模块相连。

优选的，所述的幅值采集处理模块包括：

幅值采集切换模块，用于接收和切换输出电缆的零序电流幅值数据、零序电压幅值数据、绝缘电流幅值数据、绝缘电压幅值数据；

真有效值转换模块，其输入端与幅值采集切换模块输出端相连，用于转换幅值采集切换模块输出的数据；

模数转换模块，其输入端连接真有效值转换模块输出端，其输出端连接中央处理单元。

优选的，所述的相位采集处理模块包括：

两组异或门电路：两组输入端分别接收绝缘电流相位数据以及绝缘电压相位数据、零序电流相位数据以及一路标准方波数据；

相位采集切换模块，其输入端分别接入两组异或门电路的输出端，其输出端连接中央处理单元。

优选的，所述的绝缘信号互感器包括一个采用泡沫和金材质制成的芯体，以及缠绕在该芯体上的两组线圈，其中一组线圈连接在电缆屏蔽线以及接地端之间，另一组线圈连接绝缘电流采集模块和绝缘电压采集模块以及用于向屏蔽层注入22Hz电压信号的电压注入装置。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、通过本电缆绝缘数据在线采集处理系统，实现了在线对电缆的绝缘状态进行监测，可以在线对电缆的绝缘状态进行检测，避免了现有技术中需要停电进行电缆绝缘检测的弊端，有助于及时发现电缆绝缘故障，保证了电缆的安全、可靠运行。

2、通过电缆绝缘数据在线采集处理系统中的零序电流采集模块、零序电压采集模块、绝缘电流采集模块和绝缘电压采集模块，可以分别对电缆中的各个参数的幅值和相位数据进行采集和分析，电缆绝缘的判据更加充足，判定结果更为准确。

3、通过在复制采集模块中设置幅值采集切换模块，可以根据设定间隔将接收到的数据进行循环输出，同时设置真有效值转换模块，实现了同时对22Hz和50Hz的信号进行有效值转换。

4、通过设置泡沫合金材质的绝缘信号互感器，在实际测量时，可以实现22Hz电压信号的注入和接收，通过对接收到的数据实现了电缆绝缘在线判断。通过将注入电压的频率设为22Hz，可以有效避免与电缆内本身的信号进行混杂，保证了信号接收和提取的有效性。

附图说明

图1为电缆绝缘数据在线采集处理系统原理方框图。

图2为电缆绝缘数据在线采集处理系统幅值采集处理单元原理方框图。

图3为电缆绝缘数据在线采集处理系统相位采集处理单元原理方框图。

图4为电缆绝缘数据在线采集处理系统零序电流采集模块原理方框图。

图5为零序电压采集模块原理方框图。

图6为电缆绝缘数据在线采集处理系统绝缘电流采集模块原理方框图。

图7为电缆绝缘数据在线采集处理系统绝缘电压采集模块原理方框图。

图8~10为电缆绝缘数据在线采集处理系统供电单元电路原理图。

图11为电缆绝缘数据在线采集处理系统通讯单元电路原理图。

图12为电缆绝缘数据在线采集处理系统存储单元电路原理图。

图13为电缆绝缘数据在线采集处理系统模数转换单元电路原理图。

图14~17为电缆绝缘数据在线采集处理系统供电单元电路原理图。

图18为电缆绝缘数据在线采集处理系统绝缘电流采集模块电路原理图。

图19为电缆绝缘数据在线采集处理系统绝缘电压采集模块电路原理图。

图20为电缆绝缘数据在线采集处理系统零序电流采集模块电路原理图。

图21为电缆绝缘数据在线采集处理系统零序电压采集模块电路原理图。

图22为电缆绝缘数据在线采集处理系统幅值采集处理模块电路原理图。

图23为电缆绝缘数据在线采集处理系统相位采集处理模块电路原理图。

具体实施方式

图1~23是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~23对本发明做进一步说明。

电缆绝缘数据在线采集处理系统，设置有一外壳，在外壳内设置有本电缆绝缘数据在线采集处理系统的控制电路，如图1所示，电缆绝缘数据在线采集处理系统的控制电路包括：中央处理单元以及与中央处理单元相连的数据处理端，与数据处理端连接的数据采集端，数据采集端采集电缆的绝缘数据，经数据处理段处理之后送入中央处理单元。在电缆绝缘数据在线采集处理系统的控制电路中，还设置有与中央处理单元双向相连的通讯模块、存储模块以及对整个电缆绝缘数据在线采集处理系统进行供电的供电单元。通过通讯模块实现中央处理单元与上位机的相连和通讯；通过存储模块实现中央处理单元接收到的数据的存储和调用。

上述的数据采集端包括零序信号采集模块和绝缘信号采集模块，数据处理端包括幅值采集处理模块以及相位采集处理模块。零序信号采集模块和绝缘信号采集模块分别与幅值采集处理模块相连组成电缆绝缘在线状态监测系统的幅值采集处理单元；零序信号采集模块和绝缘信号采集模块分别与相位采集处理模块相连组成电缆绝缘在线状态监测系统的相位采集处理单元。

零序信号采集模块又包括零序电流采集模块和零序电压采集模块，零序电流采集模块通过设置在电缆中的零序电流互感器得到电缆零序电流的幅值数据和相位数据，零序电压采集模块通过设置在电缆中的零序电压互感器得到电缆零序电压的幅值数据和相位数据。绝缘信号采集模块又包括绝缘电流采集模块和绝缘电压采集模块。绝缘采集模块通过绝缘信号互感器可以对电缆的绝缘电流信号和绝缘电压信号分别进行采集，并通过绝缘信号采集模块分别得到电缆绝缘电流的幅值数据和相位数据，绝缘电压的幅值数据和相位数据。

绝缘信号互感器包括一个采用泡沫和金材质制成的芯体，以及缠绕在该芯体上的两组线圈，其中一组线圈连接在电缆屏蔽线以及接地端之间，另一组线圈作为信号的发送端和接收端接入本电缆绝缘数据在线采集处理系统的控制电路（以下简称控制电路）中。在实际测量时，控制电路通过控制常规的电压注入装置向电缆的屏蔽层内注入频率为22Hz，电压低于50V的电压信号，由于电缆与接地端之间存在有接地电容和接地电阻，当信号注入之后与接地电容和接地电阻之间形成回路并存在有相应的信号反馈，当绝缘状态发生改变时，相应的返回数据会发生改变。通过接收到的电缆屏蔽线中返回的22Hz的电压信号以及电流信号作为电缆的绝缘信号通过对绝缘信号的分析判断对电缆的绝缘状态实现了在线判断。通过将注入电压的频率设为22Hz，可以有效避免与电缆内本身的信号进行混杂，保证了信号接收和提取的有效性。

如图2所示，电缆绝缘在线状态监测系统的幅值采集处理单元中的幅值采集处理模块包括幅值采集切换模块、真有效值转换模块以及模数转换模块。零序信号采集模块中零序电流信号的幅值数据和零序电压信号的幅值数据，以及绝缘信号采集模块中的绝缘电压信号的幅值数据和绝缘电流信号的幅值数据同时送至幅值采集切换模块中，幅值采集切换模块分时接收不同信号的幅值数据，将接收到的幅值数据送入真有效值转换模块的输入端，真有效值转换模块对送入的数据进行有效值转换之后通过模数转换模块进行模数转换之后送入中央处理单元内。

如图3所示，电缆绝缘在线状态监测系统的相位采集处理单元中的幅值采集处理模块包括两路异或门电路以及相位采集切换模块。绝缘信号采集模块中的绝缘电压信号的相位数据和绝缘电流信号的相位数据同时送入一路异或门电路的输入端；零序信号采集模块中零序电流信号的相位数据以及一路标准方波相位信号送入另一路异或门电路的输入端，两路异或门电路的输出端同时送入相位采集切换模块中，相位采集切换模块的输出端接入中央处理单元的信号输入端。

如图4所示，零序电流采集模块包括零序电流带通滤波器、零序电流跟随电路、零序电流信号比较电路以及零序电流波形整形电路。自零序电流互感器采集到的零序电流信号首先经过零序电流带通滤波电路进行带通滤波，得到50Hz的零序电流信号，零序电流信号送入零序电流跟随电路的输入端，通过零序电流跟随电路提高了带负载能力，自零序电流跟随电路的输出端得到零序电流的幅值数据。零序电流跟随电路的输出端输出的零序电流信号依次经过零序电流信号比较电路进行比较输出以及零序电流波形整形电路整形之后得到零序电流的相位数据。

如图5所示，零序电压采集模块包括零序电压带通滤波电路和零序电压跟随电路。自零序电压互感器采集到的零序电压信号依次经过零序电压带通滤波电路、零序电压跟随电路之后得到零序电压的幅值数据。

如图6所示，绝缘电压采集模块包括绝缘电压带通滤波电路、绝缘电压跟随电路、绝缘电压比较电路、绝缘电压整形电路、绝缘电压降幅电路以及绝缘电压高速比较电路。自绝缘信号互感器得到的绝缘电压信号首先经过绝缘电压带通滤波电路得到频率为22Hz的绝缘电压信号，滤波得到的22Hz的绝缘电压信号送入绝缘电压跟随电路提高带负载能力，自绝缘电压跟随电路的输出端得到绝缘电压的幅值数据。绝缘电压幅值调整电路的输出端输出的信号同时送至绝缘电压比较电路进行比较输出，信号比较之后输出的信号送入绝缘电压整形电路进行波形整形，信号整形完成之后经绝缘电压降幅电路进行降幅，然后送至绝缘电压高速比较电路后形成标准的方波信号，该方波信号作为绝缘电压的相位数据进行输出。

如图7所示，绝缘电流采集模块包括绝缘电流比较电路、绝缘电流带通滤波电路、绝缘电流跟随电路、绝缘电流二次比较电路、绝缘电流整形电路以及绝缘电流高速比较电路。自绝缘信号互感器得到的绝缘电流信号首先经过绝缘电流比较电路进行比较输出，然后经绝缘电流带通滤波电路得到频率为22Hz的绝缘电流信号，经绝缘电流带通滤波电路输出的22Hz的绝缘电流信号经过绝缘电流跟随电路提高信号的带负载能力，然后由绝缘电流二次比较电路对绝缘电流信号进行二次比较。经绝缘电流二次比较电路进行二次比较后的绝缘电流信号再次经过绝缘电流整形电路以及绝缘电流高速比较电路得到标准的方波信号，该方波信号作为绝缘电流的相位数据进行输出。

如图8~10所示，本电缆绝缘数据在线采集处理系统的供电单元包括由型号为WRA4805S-3WR2的集成芯片U2以及型号为AS1117-3.3的集成芯片U12组成的供电转换电路。如图8所示，接线端子J6引入48V直流电源，48V直流电源首先经过二极管D1~D2组成的整流桥，通过整流桥可以实现直流电源无极性输入，在整流桥的输出端正极与接地端之间并联有TVS二极管D5和电容C1，整流桥的输出端正极同时并联电感L1的一端，电感L1的另一端同时并联集成芯片U2的2脚和电容C3的正极，电容C3的负极接地。通过集成芯片U2得到+5V直流电源和-5V直流电源。

如图9所示由集成芯片转换得到的+5V直流电源并联至集成芯片U12的3脚，经集成芯片U12转换得到3.3V直流信号，在集成芯片U12的3脚（即输入端）与1脚（即接地端）之间并联有电容C58~C59，在集成芯片U12的2脚和4脚（及输出端）与1脚之间同时并联有电容C60~C61以及图12中所示的电容C18~C22。

如图10所示，本电缆绝缘数据在线采集处理系统的通讯单元由型号为MAX1480BEPI的集成芯片U30组成。集成芯片U30的1脚、2脚、8脚、10脚以及14脚连接直流电源+5V。中央处理单元的一个信号输出端一次串联非门芯片U15D、U15F以及电阻R72连接集成芯片U30的9脚，中央处理单元的另一个信号输出端串联非门芯片U15E以及电阻R71连接集成芯片U30的11脚。集成芯片U30的13脚经非门芯片U15C、电阻R66~R67之后接地，13脚同时并联电阻R69连接直流电源+5V。集成芯片U30的25脚、23脚分别串联电阻R80、电阻R81之后分别连接接线端子J9的1脚和4脚，集成芯片U30的25脚、23脚之间同时并联有型号为2RM075L-5的保护管D11和型号为P6KE10CA的保护管D12。接线端子J9的1脚和4脚之间同时并联有型号为3RM075L-6的保护管，接线端子J9的2脚与4脚并联，1脚与3脚并联，接线端子J9作为外部接线端子与上位机连接，实现通讯。

如图12所示，本电缆绝缘数据在线采集处理系统的存储单元采用型号为FM24W256-G的集成芯片U19。集成芯片U19的1~4脚接地，5脚~7脚分别连接中央处理单元的输入输出端口，集成芯片U19的5脚~7脚同时分别通过电阻R25~R27连接直流电源3.3V。

如图13所示，上述的模数转换模块采用型号为ADS1110的集成芯片U13实现，模拟信号经电阻R5连接至集成芯片U13的1脚，集成芯片U13的2脚、6脚接地，3脚、4脚与中央处理单元的信号输入端相连，集成芯片U13的3脚、4脚同时分别并联电阻R13~R14连接3.3V直流电源。

如图14所示，中央处理单元采用信号为STM32F407VET6的单片机U14实现。集成芯片U14的95脚和96脚、36脚分别连接上述的存储单元中集成芯片U19的6脚和5脚、7脚。集成芯片U14的97脚、98脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚和38脚连接图15中所示的八位拨码开关，当单片机U14连接多个模数转换模块时，可通过对拨码开关的设置实现单片机U19接收相应模数转换模块的数据。图16中所示的接线端子J8中的2脚、3脚以及5脚分别与单片机U14的72脚、76脚以及14脚相连，接线端子J8的1脚连接3.3V直流电源，4脚接地，接线端子J8用于进行单片机U14的仿真测试。

单片机U14的8脚、9脚分别串联电容C87~C88接地，8脚、9脚之间同时并联晶振Y1；单片机U14的12脚、13脚分别串联电容C90~C91接地，12脚、13脚之间同时并联晶振Y2。单片机U14的37脚、94脚分别串联图17中的电阻R28、开关S1以及电阻R29、开关S2接地或3.3V直流电源。单片机U14的92脚连接上述通讯单元中非门芯片U15D，单片机U14的93脚并联至上述通讯单元中电阻R66~R67之间，单片机U14的51脚连接上述通讯单元中的非门芯片U15E。单片机U14的86脚、87脚分别连接接线端子J7的2脚和3脚，接线端子J7的1脚连接3.3V直流电源，4脚接地，接线端子J7用于连接上述的电缆接头无线测温单元，通过电缆接头无线测温单元可实现对电缆接头温度的实时监测。单片机U14的47脚、48脚分别连接上述模数转换模块中集成芯片U13的3脚和4脚。3.3V直流电源串联电阻R37和发光二极管D6连接单片机U14的62脚，3.3V直流电源串联电阻R38和发光二极管D7连接单片机U14的61脚。

如图18所示，上述的绝缘电流采集模块包括型号为LM358的集成放大器芯片U4（包括集成放大器芯片U4A~U4B）和集成放大器芯片U6（包括集成放大器芯片U6A~U6B）、型号为UAF42AU的集成芯片U16、型号为6N137的光耦U20以及型号为LM360的集成芯片U25~U26。接线端子J2用于接入绝缘信号互感器输入的原始绝缘电流信号，原始绝缘电流信号首先经过集成放大器芯片U4A以及电阻R19~R20、电阻R39~R40组成的放大电路进行放大，然后经过集成芯片U16组成的带通滤波器进行滤波，得到较为纯净的22Hz的绝缘电流信号。

集成放大器芯片U4A的输出端1脚与集成芯片U16的3脚相连，集成芯片U16的5脚、12脚接地，4脚串联电阻RQ2接地，8脚依次串联电位器PR5以及电阻RF4连接16脚。集成芯片U16的10脚和11脚分别连接-5V直流电源和+5V直流电源，集成芯片U16的10脚同时并联电容C68~C69接地，11脚同时并联电容C77~C78接地。集成芯片U16的14脚依次串联电阻R41和电位器PR6连接9脚，13脚与14脚之间同时并联有电阻R2。

集成芯片U16的输出端8脚输出的绝缘电流信号首先经过集成放大芯片U4B组成的幅值调整电路，自集成放大器芯片U4B的输出端7脚引出端子F1，端子F1引出的信号为绝缘电流的幅值信号连接至上述的幅值采集切换模块。经集成放大器芯片U4B输出的信号同时经过由集成放大器芯片U6A~U6B组成的两级放大电路进行信号放大，经过两次放大的信号首先送入光耦U20，信号自光耦U20输出后经过非门芯片U15A进行波形反转，反转后的信号依次串联电阻R52和电阻R7之后送入集成芯片U25的2脚。

集成芯片U25的3脚同时并联电阻R51的一端以及二极管D8的阳极，电阻R51的另一端连接+5V直流电源，二极管D8的另一端接地。集成芯片U25的4脚连接-5V直流电源的同时通过电容C23接地，集成芯片U25的8脚连接+5V直流电源的同时通过电容C24接地，集成芯片U25的7脚与2脚之间同时并联有电阻R65。集成芯片U25以及电阻R51~R52、电阻R65、电容C23~C24以及二极管D8组成第一级高速整形电路，绝缘电流信号经第一级高速整形电路进行整形之后进入由集成芯片U26以及电阻R53~R54、电阻R68、电容C25~C26以及二极管D9组成第二级高速整形电路进行二次高速整形，二次整形之后得到标准的方波信号X1作为绝缘电流的相位数据由集成芯片U26的输出端7脚进行输出。

由此可知，集成放大器芯片U4A以及附属电路组成上述的绝缘电流比较电路，集成芯片U16及其附属电路组成上述的绝缘电流带通滤波电路，集成放大器芯片U4B及其附属电路组成上述的绝缘电流跟随电路。集成放大器芯片U6A~U6B组成的两级放大电路为上述的绝缘电流二次比较电路，光耦20以及非门芯片U15A组成上述的绝缘电流整形电路，集成芯片U25~U26组成的两级高速电路为上述的绝缘电流高速比较电路。

如图19所示，上述的绝缘电压采集模块包括型号为LM358的集成放大器芯片U10（包括集成放大器芯片U10A~U10B）、型号为UAF42AU的集成芯片U17、型号为6N137的光耦U23以及型号为LM360的集成芯片U27。接线端子J10用于接入绝缘信号互感器输入的原始绝缘电压信号，原始绝缘电压信号首先经过集成芯片U17组成的带通滤波器进行滤波，得到较为纯净的22Hz的绝缘电压信号。

接线端子J10的1脚与集成芯片U17的3脚相连，集成芯片U17的5脚、12脚接地，4脚串联电阻RQ3接地，8脚依次串联电位器PR7以及电阻RF4连接16脚。集成芯片U17的10脚和11脚分别连接-5V直流电源和+5V直流电源，集成芯片U17的10脚同时并联电容C70~C71接地，11脚同时并联电容C79~C80接地。集成芯片U17的14脚依次串联电阻RF5和电位器PR8连接9脚，13脚与14脚之间同时并联有电阻R3。

集成芯片U17的输出端8脚输出的绝缘电压信号依次经过由集成放大器芯片U10A~U10B组成的两级放大电路进行信号放大，经过两次放大的信号首先送入光耦U23，自集成放大器芯片U10A的输出端引出端子F2，端子F2用于引出绝缘电压信号的幅值数据。信号自光耦U23输出后连接三极管Q2的基极。三极管Q2的发射极接地。+5V直流电源串联电阻R59后同时并联三极管Q2的集电极和集成芯片U27的2脚。

集成芯片U27的3脚同时并联电阻R60的一端以及二极管D10的阳极，电阻R60的另一端连接+5V直流电源，二极管D10的另一端接地。集成芯片U27的4脚连接-5V直流电源的同时通过电容C40接地，集成芯片U25的8脚连接+5V直流电源的同时通过电容C43接地，集成芯片U27的7脚与2脚之间同时并联有电阻R87。集成芯片U25的7脚输出标准的方波信号X2作为绝缘电压的相位数据。

由此可知，集成芯片U17及其附属电路组成上述的绝缘电压带通滤波电路，集成放大器芯片U10A及其附属电路组成上述的绝缘电压跟随电路，集成放大器芯片U10B及其附属电路组成上述的绝缘电压比较电路，光耦23为上述的绝缘电流整形电路，三极管Q2为上述的绝缘电压降幅电路，集成芯片U27组成上述的绝缘电压高速比较电路。

如图20所示，上述的零序电流采集模块包括型号为LM358的集成放大器芯片U8（包括集成放大器芯片U8A~U8B）、型号为UAF42AU的集成芯片U18以及型号为6N137的光耦U21。接线端子J4用于连接零序电流互感器的二次侧，接入零序电流信号，零序电流信号首先经过集成芯片U18组成的带通滤波器进行滤波，得到较为纯净的50Hz的零序电流信号。

接线端子J4的1脚与集成芯片U18的3脚相连，集成芯片U18的5脚、12脚接地，4脚串联电阻RQ4接地，8脚依次串联电位器PR3以及电阻RF7连接16脚。集成芯片U18的10脚和11脚分别连接-5V直流电源和+5V直流电源，集成芯片U18的10脚同时并联电容C72~C73接地，11脚同时并联电容C81~C82接地。集成芯片U18的14脚依次串联电阻RF3和电位器PR4连接9脚，13脚与14脚之间同时并联有电阻R4。

集成芯片U18的输出端8脚输出的零序电流信号首先经过由集成放大器芯片U8A组成的跟随电路，集成放大器芯片U8A的输出端引出端子F3，通过端子F3引出零序电流信号的幅值数据送至幅值采集切换模块。集成放大器芯片U8的输出端1脚串联电阻R34后进入由集成放大器芯片U10B组成的放大电路进行信号放大，经过放大的信号送入光耦U23，光耦U23输出的信号X3为零序电流的相位信号进行输出。

由此可知，集成芯片U18及其附属电路组成上述的零序电流带通滤波电路，集成放大器芯片U8A及其附属电路组成上述的零序电流跟随电路，集成放大器芯片U10B及其附属电路组成上述的零序电流信号比较电路，光耦U23上述的零序电流整形电路。

如图21所示，上述的零序电压采集模块包括上述的零序电流采集模块包括型号为LM358的集成放大器芯片U3以及型号为UAF42AU的集成芯片U1。接线端子J1用于连接零序电压互感器的二次侧，接入零序电压信号，零序电压信号首先经过集成芯片U1组成的带通滤波器进行滤波，得到较为纯净的50Hz的零序电流信号。

接线端子J1的1脚与集成芯片U18的3脚相连，集成芯片U1的5脚、12脚接地，4脚串联电阻RQ1接地，8脚依次串联电位器PR2以及电阻RF2连接16脚。集成芯片U1的10脚和11脚分别连接-5V直流电源和+5V直流电源，集成芯片U1的10脚同时并联电容C66~C67接地，11脚同时并联电容C75~C76接地。集成芯片U1的14脚依次串联电阻RF1和电位器PR1连接9脚，13脚与14脚之间同时并联有电阻R1。

集成芯片U18的输出端8脚输出的零序电压信号经过由集成放大器芯片U3组成的跟随电路，集成放大器芯片U3的输出端引出端子F4，通过端子F4引出零序电压信号的幅值数据。由此可知，集成芯片U1及其附属电路组成上述的零序电压带通滤波电路，集成放大器芯片U3及其附属电路组成上述的零序电压。

如图22所示，上述的幅值采集切换模块以及真有效值转换模块分别由型号为CD4051的集成芯片U31以及型号为AD637的集成芯片U5实现。上述端子F1引出的信号为绝缘电流的幅值数据连接至集成芯片U31的13脚；上述端子F2引出的信号为绝缘电压的幅值数据连接至集成芯片U31的14脚；上述端子F3引出的信号为零序电流的幅值数据连接至集成芯片U31的15脚；端子F4引出的信号为零序电压的幅值数据连接至集成芯片U31的12脚。集成芯片U31起到切换开关的作用，可根据预设定的时间间隔将上述的四组幅值数据循环进行输出，输出的信号经集成芯片U31的输出端3脚送至集成芯片U5内，集成芯片U31的11脚和10脚分别连接至单片机U14的52脚、53脚。

集成芯片U31输出的数据经电容C96送至集成芯片U5的13脚，集成芯片U5的3~4脚接地，6脚通过电容C95接地，集成芯片U5的8脚、9脚之间并联有电容C11，6脚与9脚之间并联有电位器R84。集成芯片U5的10脚和11脚分别连接-5V直流电源和+5V直流电源，集成芯片U5的10脚同时并联电容C97~C98接地，11脚同时并联电容C37~C38接地。集成芯片U5的14脚通过电阻R5连接上述模数转换单元中集成芯片U13的1脚。

如图23所示，上述相位采集处理单元中的两路异或门电路由异或门芯片U29A~U29B实现，上述的绝缘电流的相位数据X1与绝缘电压的相位数据X2分别接入异或门芯片U29A的两输入端。上述的零序电流的相位数据X3与型号为6N137的集成芯片U22形成的一个标准方波信号一同接入异或门芯片U29B的两输入端。

异或门芯片U29A的输出端同时并联电阻R55以及电容C44接入三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，集电极同时并联电阻R75以及电阻R78的一端，电阻R75的另一端连接3.3V直流电源，电阻R78的另一端连接集成芯片U32的13脚，集成芯片U32型号为CD4051，为上述的相位采集切换模块。

异或门芯片U29B的输出端同时并联电阻R62以及电容C46接入三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接地，集电极同时并联电阻R88以及电阻R89的一端，电阻R88的另一端连接3.3V直流电源，电阻R89的另一端连接集成芯片U32的14脚。

集成芯片U32同样起到切换开关的作用，可根据预设定的时间间隔将两组相位数据循环进行输出，输出的信号经集成芯片U32的输出端3脚分别并联电阻R30和电阻R31之后分别送至单片机U14的23脚和67脚。集成芯片U32的11脚和10脚分别连接至单片机U14的81脚、82脚。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.电缆绝缘数据在线采集处理系统，其特征在于：设置有一外壳，在外壳内设置有控制电路，控制电路至少包括：

数据采集端，包括零序信号采集模块和绝缘信号采集模块，分别用于采集电缆的零序信号和绝缘信号；

数据处理端，包括幅值采集处理模块，其输入端连接零序信号采集模块和绝缘信号采集模块，用于采集、提取和切换电缆的零序信号以及绝缘信号的幅值数据；

和相位采集处理模块，其输入端连接零序信号采集模块和绝缘信号采集模块，用于采集、提取和切换电缆的零序信号以及绝缘信号的相位数据；

以及中央处理单元，其输入端分别与幅值采集处理模块和相位采集处理模块的输出端相连；

所述的零序信号采集模块，包括：

零序电流采集模块，其输入端与电缆中零序电流互感器的二次侧相连，用于采集得到零序电流幅值数据和零序电流相位数据并分别送至幅值采集处理模块和相位采集处理模块；

零序电压采集模块，其输入端与电缆中零序电压互感器的二次侧相连，用于采集得到零序电压幅值数据并送至幅值采集处理模块；

所述的零序电流采集模块包括依次相连的零序电流带通滤波器、零序电流跟随电路、零序电流信号比较电路以及零序电流波形整形电路；

零序电流带通滤波器输入端连接所述的零序电流互感器，零序电流波形整形电路输出端引出零序电流相位数据与相位采集处理模块相连，零序电流跟随电路输出端同时引出零序电流幅值数据与幅值采集处理模块相连。

2.根据权利要求1所述的电缆绝缘数据在线采集处理系统，其特征在于：所述的绝缘信号采集模块，

绝缘电流采集模块，其输入端与绝缘信号互感器的二次侧相连，用于采集得到绝缘电流幅值数据和绝缘电流相位数据并分别送至幅值采集处理模块和相位采集处理模块；

绝缘电压采集模块，其输入端与绝缘信号互感器的二次侧相连，用于采集得到绝缘电压幅值数据和绝缘电压相位数据并分别送至幅值采集处理模块和相位采集处理模块。

3.根据权利要求2所述的电缆绝缘数据在线采集处理系统，其特征在于：根据权利要求2所述的电缆绝缘数据在线采集处理系统，其特征在于：所述的绝缘电压采集模块包括依次相连的绝缘电压带通滤波电路、绝缘电压跟随电路、绝缘电压比较电路、绝缘电压整形电路、绝缘电压降幅电路以及绝缘电压高速比较电路；

绝缘电压带通滤波电路与绝缘信号互感器相连，绝缘电压高速比较电路的输出端引出绝缘电压相位数据与相位采集处理模块相连，自绝缘电压跟随电路的输出端同时引出绝缘电压幅值数据与幅值采集处理模块相连。

4.根据权利要求2所述的电缆绝缘数据在线采集处理系统，其特征在于：所述的绝缘电流采集模块包括依次相连的绝缘电流比较电路、绝缘电流带通滤波电路、绝缘电流跟随电路、绝缘电流二次比较电路、绝缘电流整形电路以及绝缘电流高速比较电路；

绝缘电流比较电路与绝缘信号互感器相连，绝缘电流高速比较电路的输出端引出绝缘电流相位数据与相位采集处理模块相连，自绝缘电流跟随电路的输出端同时引出绝缘电流幅值数据与幅值采集处理模块相连。

5.权利要求1所述的电缆绝缘数据在线采集处理系统，其特征在于：所述的零序电压采集模块包括零序电压带通滤波电路和零序电压跟随电路，零序电压带通滤波电路与零序电压互感器相连，零序电压跟随电路输出端引出零序电压幅值数据与幅值采集处理模块相连。

6.根据权利要求1~5任一项所述的电缆绝缘数据在线采集处理系统，其特征在于：所述的幅值采集处理模块包括：

幅值采集切换模块，用于接收和切换输出电缆的零序电流幅值数据、零序电压幅值数据、绝缘电流幅值数据、绝缘电压幅值数据；

真有效值转换模块，其输入端与幅值采集切换模块输出端相连，用于转换幅值采集切换模块输出的数据；

模数转换模块，其输入端连接真有效值转换模块输出端，其输出端连接中央处理单元。

7.根据权利要求1~4任一项所述的电缆绝缘数据在线采集处理系统，其特征在于：所述的相位采集处理模块包括：

两组异或门电路：两组输入端分别接收绝缘电流相位数据以及绝缘电压相位数据、零序电流相位数据以及一路标准方波数据；

相位采集切换模块，其输入端分别接入两组异或门电路的输出端，其输出端连接中央处理单元。

8.根据权利要求2或3或4所述的电缆绝缘数据在线采集处理系统，其特征在于：所述的绝缘信号互感器包括一个采用泡沫和金材质制成的芯体，以及缠绕在该芯体上的两组线圈，其中一组线圈连接在电缆屏蔽线以及接地端之间，另一组线圈连接绝缘电流采集模块和绝缘电压采集模块以及用于向屏蔽层注入22Hz电压信号的电压注入装置。