CN105738687A - 一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，包括高精度电流互感器、电流采样IV转换模块、电压差分放大模块、差分带通滤波模块、单片机AD采样模块，其他辅助设施由蜂鸣器、指示装置、按键、电源电路等构成。本发明提供的地电位带电作业专用电流检测装置，结构设计合理，体积小，灵活性好，实用性强，操作方便，安全性能好，通过直观的声、光形式判断线路电流大小，有效解决了以往地电位带电操作过程中使用液晶显示的电流检测仪表的诸多弊端，有效提高了检测工作效率和检测可靠性。

Description

一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置

技术领域

本发明公开了一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，涉及电力建设检测工具技术领域。

背景技术

目前，电力负荷需求持续大幅增长，用户对电力的质量、停电时间、次数和可靠性等提出了更高要求，开展带电施工作业，减少停电范围和停电时间，确保满足用户对电力的需求，已成为输电领域的发展趋势。

目前10kV配网高压线路设备带电作业施工方法主要有借助绝缘斗臂车徒手操作法、借助绝缘梯或绝缘平台徒手操作法和作业人员直接蹬杆与大地保持同一个电位的地电位绝缘杆操作法。以上作业法各有优劣。其中地电位作业法为最原始、最简单的工作方法。在特殊情况下，其优势在于不受地形地貌以及各种障碍的限制，可以灵活实施。缺点是人员安全保护较差，不能近距离徒手实施操作，工作强度大。例如，带电线路在进行对分支线路解除退出时，需要确定分支线路所有负载全部退出，保证分支线路处于空载状态，常规手段是带电作业前工作人员对分支线路所有负载进行退出操作，然后再蹬杆利用绝缘杆件实施断电操作。根据工作需求，可以利用目前成熟的钳形电流表进行作业前的二次动态检测，实现作业前对线路进行再次的电流状况检测，实现多手段安全防护。通过常规仪表在实际生产中应用，主要存在以下不足：

1、常规仪表一般为指针或数显模式，这两种方式因为作业人员与带电检测点之间的距离关系，存在数据观察模糊，同时因为角度地影响，有时根本无法观察。

2、10kV高压设备因为电场的影响，数显模式的测量过程总数据显示极其不稳定，线路实际正确的电流状态没有办法保证，一定程度造成判断误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，结合地电位带电作业固有特点和需求，研制一种结构设计合理，体积小，灵活性好，专业实用性强，操作安全方便，稳定性能好的便携式地电位带电作业声光型电流检测装置

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，包括高精度电流互感器、电流采样IV转换模块、电压差分放大模块、差分带通滤波模块、单片机以及辅助设施模块，所述高精度电流互感器的输出端与电流采样IV转换模块的输入端相连接，电流采样IV转换模块的输出端与差分带通滤波模块的输入端相连接，差分带通滤波模块的输出端接入单片机，单片机还与辅助设施模块相连接；

所述辅助设施模块包括蜂鸣器、指示装置、按键和电源电路。

作为本发明的进一步优选方案，所述单片机中设置有AD采样模块，所述AD采样模块将经过采样和处理的直流电压信号转换为数字信号，所述数字信号输出至蜂鸣器和指示装置，按设定的对应关系，蜂鸣器和指示装置做出相应的动作。

作为本发明的进一步优选方案，当所述检测装置应用于高压电路环境时，在检测装置的检测位置增加屏蔽装置。

作为本发明的进一步优选方案，所述单片机的具体型号为STM32L031F6P6。

作为本发明的进一步优选方案，所述差分带通滤波模块采用的带通滤波器为50HZ。

作为本发明的进一步优选方案，所述电压差分放大模块中，稳压芯片的型号为TPS65135。

作为本发明的进一步优选方案，所述电压差分放大模块中，放大芯片的型号为AD8236。

作为本发明的进一步优选方案，所述设定的对应关系具体包括：

电流采集报警，电流100mA以内，蜂鸣器每隔2秒鸣响100ms；

电流101-300mA以内，蜂鸣器每隔2秒鸣响两声，每声持续100ma，两声间隔200ms；

电流301mA-1000mA以内，蜂鸣器每隔500ms鸣响100ms；

电流大于1000mA，蜂鸣器长鸣；

所述指示装置为LED指示灯，闪烁方式与蜂鸣器同步。

作为本发明的进一步优选方案，所述电源电路还包括检测装置开机电压检测模块，当检测到开机后电压过低，蜂鸣器快响两声，LED指示灯闪烁两次。

作为本发明的进一步优选方案，所述检测装置还设置有定时器，实现延时关机功能。

作为本发明的进一步优选方案，所述电压差分放大模块和差分带通滤波模块的具体电路连接结构包括第一至第二十六电阻，第一至第十七电容，第一至第八二极管以及第一至第四放大器，其中：所述第一电阻的一端分别与第三电阻的一端、连接插座的一端相连接，第一电阻的另一端接地，所述第二电阻的一端分别与第四电阻的一端、连接插座的另一端相连接，第二电阻的另一端接地，第三电阻的另一端分别与第一电容的一端、第三电容的一端、第一二极管的正极、第三二极管的负极、放大芯片的第四端口相连接，第一电容的另一端接地，第一二极管的负极和第二二极管的负极相连接，第四电阻的另一端分别与第二电容的一端、第三电容的另一端、第四二极管的负极、第二二极管的正极、放大芯片的第一端口相连接，第二电容的另一端接地，第三二极管的正极和第四二极管的正极相连接，放大芯片的第二端口依次经过第五电阻和第六电阻后与放大芯片的第三端口相连接，放大芯片的第八端口分别与第四电容的一端、第七电阻的一端、第八电阻的一端相连接，第四电容的另一端与第七电阻的另一端相连接并接地，放大芯片的第五端口分别与第五电容的一端、第九电阻的一端、第十电阻的一端相连接，第五电容的另一端与第十电阻的另一端相连接并接地，放大芯片的第六端口分别与第十一电阻的一端、第十二电阻的一端相连接，第十二电阻的另一端接地，放大芯片的第七端口与第十三电阻的一端相连接，第十三电阻的另一端分别与第十四电阻的一端、第六电容的一端、第七电容的一端相连接，第十四电阻的另一端接地，第六电容的另一端分别与第十五电阻的一端、第十六电阻的一端、第二十二电阻的一端、第一放大器的输出端相连接，第七电容的另一端与第十五电阻的另一端、第一放大器的负极相连接，第十六电阻的另一端分别与第十七电阻的一端、第八电容的一端、第九电容的一端相连接，第十七电阻的另一端与第一放大器的正极相连接并接地，第八电容的另一端分别与第十八电阻的一端、第二放大器的负极相连接，第九电容的另一端与第十八电阻的另一端相连接，第二十二电阻的另一端经过第二十三电阻后分别与第二十四电阻的一端、第二放大器的输出端相连接，第二十四电阻的另一端经过第二十六电阻后接地，第三放大器的负极分别与第十九电阻的一端、第五二极管的正极、第二十电阻的一端相连接，第三放大器的正极接地，第十九电阻的另一端与第四放大器的正极相连接，第三放大器的输出端分别与第五二极管的负极、第七二极管的正极相连接，第四放大器的负极分别与第六二极管的正极、第二十一电阻的一端相连接，第四放大器的输出端分别与第六二极管的负极、第八二极管的正极相连接，第八二极管的负极分别与第二十电阻的另一端、第二十一电阻的另一端、第七二极管的负极、第二十五电阻的一端相连接，第一至第四放大器组成的放大器组的上拉电压端经过第十电容后接地，第一至第四放大器组成的放大器组的下拉电压端经过第十一电容后接地，第二十五电阻的另一端分别与第十二至第十七电容的一端相连接，第十二至第十七电容的另一端相互连接并接地。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明主要结合地电位带电作业安全需要和特有的性质，提供一种结构设计合理，体积小，灵活性好，适用于地电位带电作业专用，操作安全、判断直观，安全性能及稳定性更好的便携式地电位带电作业声光型电流检测装置。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明中电压差分放大模块、差分带通滤波模块的电路结构示意图；

其中：R1至R26为第一至第二十六电阻，C1至C17为第一至第十七电容，D1至D8为第一至第八二极管，A、B、C、D分别为第一至第四放大器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明的系统结构框图如图1所示，所述便携式地电位带电作业电流检测装置，包括高精度电流互感器、电流采样IV转换模块、电压差分放大模块、差分带通滤波模块、单片机以及辅助设施模块，所述高精度电流互感器的输出端与电流采样IV转换模块的输入端相连接，电流采样IV转换模块的输出端与差分带通滤波模块的输入端相连接，差分带通滤波模块的输出端接入单片机，单片机还与辅助设施模块相连接；所述辅助设施模块包括蜂鸣器、指示装置、按键和电源电路。

所述单片机中设置有AD采样模块，所述AD采样模块将经过采样和处理的直流电压转信号换为数字信号，所述数字信号输出至蜂鸣器和指示装置，按设定的对应关系，蜂鸣器和指示装置做出相应的动作。当所述检测装置应用于高压电路环境时，在检测装置的检测位置增加屏蔽装置。

在本发明的一个具体实施例中，所述单片机的具体型号为STM32L031F6P6；所述差分带通滤波模块采用的带通滤波器为50HZ；所述电压差分放大模块中，稳压芯片的型号为TPS65135；所述电压差分放大模块中，放大芯片的型号为AD8236。

作为本发明的进一步优选方案，所述设定的对应关系具体包括：

电流采集报警，电流100mA以内，蜂鸣器每隔2秒鸣响100ms；

电流101-300mA以内，蜂鸣器每隔2秒鸣响两声，每声持续100ma，两声间隔200ms；

电流301mA-1000mA以内，蜂鸣器每隔500ms鸣响100ms；

电流大于1000mA，蜂鸣器长鸣；

所述指示装置为LED指示灯，闪烁方式与蜂鸣器同步。

作为本发明的进一步优选方案，所述电源电路还包括检测装置开机电压检测模块，当检测到开机后电压过低，蜂鸣器快响两声，LED指示灯闪烁两次。

作为本发明的进一步优选方案，所述检测装置还设置有定时器，实现延时关机功能。

本发明中电压差分放大模块、差分带通滤波模块的电路结构示意图如图2所示，所述电压差分放大模块和差分带通滤波模块的具体电路连接结构包括第一至第二十六电阻，第一至第十七电容，第一至第八二极管以及第一至第四放大器，其中：所述第一电阻的一端分别与第三电阻的一端、连接插座的一端相连接，第一电阻的另一端接地，所述第二电阻的一端分别与第四电阻的一端、连接插座的另一端相连接，第二电阻的另一端接地，第三电阻的另一端分别与第一电容的一端、第三电容的一端、第一二极管的正极、第三二极管的负极、放大芯片的第四端口相连接，第一电容的另一端接地，第一二极管的负极和第二二极管的负极相连接，第四电阻的另一端分别与第二电容的一端、第三电容的另一端、第四二极管的负极、第二二极管的正极、放大芯片的第一端口相连接，第二电容的另一端接地，第三二极管的正极和第四二极管的正极相连接，放大芯片的第二端口依次经过第五电阻和第六电阻后与放大芯片的第三端口相连接，放大芯片的第八端口分别与第四电容的一端、第七电阻的一端、第八电阻的一端相连接，第四电容的另一端与第七电阻的另一端相连接并接地，放大芯片的第五端口分别与第五电容的一端、第九电阻的一端、第十电阻的一端相连接，第五电容的另一端与第十电阻的另一端相连接并接地，放大芯片的第六端口分别与第十一电阻的一端、第十二电阻的一端相连接，第十二电阻的另一端接地，放大芯片的第七端口与第十三电阻的一端相连接，第十三电阻的另一端分别与第十四电阻的一端、第六电容的一端、第七电容的一端相连接，第十四电阻的另一端接地，第六电容的另一端分别与第十五电阻的一端、第十六电阻的一端、第二十二电阻的一端、第一放大器的输出端相连接，第七电容的另一端与第十五电阻的另一端、第一放大器的负极相连接，第十六电阻的另一端分别与第十七电阻的一端、第八电容的一端、第九电容的一端相连接，第十七电阻的另一端与第一放大器的正极相连接并接地，第八电容的另一端分别与第十八电阻的一端、第二放大器的负极相连接，第九电容的另一端与第十八电阻的另一端相连接，第二十二电阻的另一端经过第二十三电阻后分别与第二十四电阻的一端、第二放大器的输出端相连接，第二十四电阻的另一端经过第二十六电阻后接地，第三放大器的负极分别与第十九电阻的一端、第五二极管的正极、第二十电阻的一端相连接，第三放大器的正极接地，第十九电阻的另一端与第四放大器的正极相连接，第三放大器的输出端分别与第五二极管的负极、第七二极管的正极相连接，第四放大器的负极分别与第六二极管的正极、第二十一电阻的一端相连接，第四放大器的输出端分别与第六二极管的负极、第八二极管的正极相连接，第八二极管的负极分别与第二十电阻的另一端、第二十一电阻的另一端、第七二极管的负极、第二十五电阻的一端相连接，第一至第四放大器组成的放大器组的上拉电压端经过第十电容后接地，第一至第四放大器组成的放大器组的下拉电压端经过第十一电容后接地，第二十五电阻的另一端分别与第十二至第十七电容的一端相连接，第十二至第十七电容的另一端相互连接并接地。

本发明所公开的检测装置的工作原理为：利用法拉第电磁感应定律，导线中有电流，且电流是交流变化的，交流变化的电流会产生电磁场，使用互感器采集，电磁场作用于互感器，最终转换为互感器线圈的电流。此电流与导线中的电流大小成正比，且十分微弱，易受干扰。所以需要经过一系列处理后，最终得到稳定可靠的有用信号。

具体处理方式为，互感器的微弱电流信号经过采样电阻，转换为电压信号，首先经过仪用运放差分放大，将信号放大到能够精确采集的级别，但同时，很多无用的干扰信号也随之放大，所以将信号通过带通滤波器，带通滤波器可以允许通过某个频率范围内的信号，而阻止其他所有频率信号。在一个具体实施例中，假定系统信号为50HZ，则带通滤波器也设计为50HZ，将最有用的信号留下，滤除其他无用的高频或低频干扰。而后信号经过精密整流，转换为直流信号，有单片机进行数模转换，将直流电压转换为数字信号，从而测量出最初导线的电流。同时单片机根据不同电流大小，做出不同报警和闪灯方式。以上报警模式也可以采用语音方式予以实现。

本发明所述技术方案，可以实现的功能包括：

1、实现线路电流检测，检测电流范围0-1A，精度1A以内，20mA；

2、电流采集报警，100mA以内，蜂鸣器每隔2秒鸣响100ms。101-300mA以内，蜂鸣器每隔2秒鸣响两声，每声持续100ma，两声间隔200ms。301mA-1000mA以内，蜂鸣器每隔500ms鸣响100ms。大于1000mA，蜂鸣器长鸣。LED指示灯，闪烁方式与蜂鸣器同步。

在本发明的具体实施例中，需要进一步满足的，用以优化使用效果的技术方案包括：

1、检测电路集成化，体积尽可能小型化。

2、当用于10kV之类的高压线路时，要求对检测电路进行有效的屏蔽措施，防止杂散电流干扰而影响测量准确性。

3、电流互感器采样损耗尽可能小。

4、电流数据采用蜂鸣器报警音形式。

5、电源采用常规两节7号电池、具备开机时电池电压检测，若电压过低，蜂鸣器快响两声，灯闪烁两次。设备持续5分钟不使用，自动关机功能。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，其特征在于：包括高精度电流互感器、电流采样IV转换模块、电压差分放大模块、差分带通滤波模块、单片机以及辅助设施模块，所述高精度电流互感器的输出端与电流采样IV转换模块的输入端相连接，电流采样IV转换模块的输出端与差分带通滤波模块的输入端相连接，差分带通滤波模块的输出端接入单片机，单片机还与辅助设施模块相连接；

所述辅助设施模块包括蜂鸣器、指示装置、按键和电源电路。

2.如权利要求1所述的一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，其特征在于：所述单片机中设置有AD采样模块，所述AD采样模块将经过采样和处理的直流电压转信号换为数字信号，所述数字信号输出至蜂鸣器和指示装置，按设定的对应关系，蜂鸣器和指示装置做出相应的动作。

3.如权利要求1或2所述的一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，其特征在于：当所述检测装置应用于高压电路环境时，在检测装置的检测位置增加屏蔽装置。

4.如权利要求1或2所述的一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，其特征在于：所述单片机的具体型号为STM32L031F6P6。

5.如权利要求1或2所述的一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，其特征在于：所述差分带通滤波模块采用的带通滤波器为50HZ。

6.如权利要求1或2所述的一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，其特征在于：所述电压差分放大模块中，稳压芯片的型号为TPS65135，放大芯片的型号为AD8236。

7.如权利要求2所述的一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，其特征在于，所述设定的对应关系具体包括：

电流采集报警，电流100mA以内，蜂鸣器每隔2秒鸣响100ms；

电流101-300mA以内，蜂鸣器每隔2秒鸣响两声，每声持续100ma，两声间隔200ms；

电流301mA-1000mA以内，蜂鸣器每隔500ms鸣响100ms；

电流大于1000mA，蜂鸣器长鸣；

所述指示装置为LED指示灯，闪烁方式与蜂鸣器同步。

8.如权利要求7所述的一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，其特征在于：所述电源电路还包括检测装置开机电压检测模块，当检测到开机后电压过低，蜂鸣器快响两声，LED指示灯闪烁两次。

9.如权利要求1或2所述的一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，其特征在于：所述检测装置还设置有定时器，实现延时关机功能。

10.如权利要求6所述的一种便携式地电位带电作业专用负载电流检测装置，其特征在于：所述电压差分放大模块和差分带通滤波模块的具体电路连接结构包括第一至第二十六电阻，第一至第十七电容，第一至第八二极管以及第一至第四放大器，其中：

所述第一电阻的一端分别与第三电阻的一端、连接插座的一端相连接，第一电阻的另一端接地，所述第二电阻的一端分别与第四电阻的一端、连接插座的另一端相连接，第二电阻的另一端接地，第三电阻的另一端分别与第一电容的一端、第三电容的一端、第一二极管的正极、第三二极管的负极、放大芯片的第四端口相连接，第一电容的另一端接地，第一二极管的负极和第二二极管的负极相连接，第四电阻的另一端分别与第二电容的一端、第三电容的另一端、第四二极管的负极、第二二极管的正极、放大芯片的第一端口相连接，第二电容的另一端接地，第三二极管的正极和第四二极管的正极相连接，放大芯片的第二端口依次经过第五电阻和第六电阻后与放大芯片的第三端口相连接，放大芯片的第八端口分别与第四电容的一端、第七电阻的一端、第八电阻的一端相连接，第四电容的另一端与第七电阻的另一端相连接并接地，放大芯片的第五端口分别与第五电容的一端、第九电阻的一端、第十电阻的一端相连接，第五电容的另一端与第十电阻的另一端相连接并接地，放大芯片的第六端口分别与第十一电阻的一端、第十二电阻的一端相连接，第十二电阻的另一端接地，放大芯片的第七端口与第十三电阻的一端相连接，第十三电阻的另一端分别与第十四电阻的一端、第六电容的一端、第七电容的一端相连接，第十四电阻的另一端接地，第六电容的另一端分别与第十五电阻的一端、第十六电阻的一端、第二十二电阻的一端、第一放大器的输出端相连接，第七电容的另一端与第十五电阻的另一端、第一放大器的负极相连接，第十六电阻的另一端分别与第十七电阻的一端、第八电容的一端、第九电容的一端相连接，第十七电阻的另一端与第一放大器的正极相连接并接地，第八电容的另一端分别与第十八电阻的一端、第二放大器的负极相连接，第九电容的另一端与第十八电阻的另一端相连接，第二十二电阻的另一端经过第二十三电阻后分别与第二十四电阻的一端、第二放大器的输出端相连接，第二十四电阻的另一端经过第二十六电阻后接地，第三放大器的负极分别与第十九电阻的一端、第五二极管的正极、第二十电阻的一端相连接，第三放大器的正极接地，第十九电阻的另一端与第四放大器的正极相连接，第三放大器的输出端分别与第五二极管的负极、第七二极管的正极相连接，第四放大器的负极分别与第六二极管的正极、第二十一电阻的一端相连接，第四放大器的输出端分别与第六二极管的负极、第八二极管的正极相连接，第八二极管的负极分别与第二十电阻的另一端、第二十一电阻的另一端、第七二极管的负极、第二十五电阻的一端相连接，第一至第四放大器组成的放大器组的上拉电压端经过第十电容后接地，第一至第四放大器组成的放大器组的下拉电压端经过第十一电容后接地，第二十五电阻的另一端分别与第十二至第十七电容的一端相连接，第十二至第十七电容的另一端相互连接并接地。