CN111766449A - 一种短路阻抗检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短路阻抗检测系统及检测方法，包括：电流检测模块，用于检测电流；电压检测模块，用于检测电压；采样模块，用于电压、电流等数据的采集；电源模块，用于给整个设备提供电能，促使设备正常工作；显示模块，用于显示当前电压、电流数据以及当前测量点的阻抗值；无功模块，用于接入线路的无功设备，对线路进行无功补偿，通过设备接入进行阻抗的检测；WIFI通讯模块，用于在测量点附近设备的数据交互与管理；5G通讯模块，用于设备与远端服务器或者终端设备进行数据交互；中央处理器，用于统筹调度系统各功能模块；通过本发明的实施，实现了更加快速、准确的获取阻抗值，更全面、高效的检测线路上的问题。
Description
技术领域
本发明涉及短路阻抗检测技术领域，尤其涉及一种无功负载设备接入的阻抗检测。
背景技术
众所周知，短路阻抗是线路的一个重要参数，一般线路中负载是电阻、电感的感抗、电容的容抗三者复合称之为阻抗，当感抗大于容抗时称之为感性负载，反之则称之为容性负载，短路阻抗可以反映线路上负载的情况，可以提前根据阻抗值来优化线路，降低出现事故的情况。
如果使用电阻、电感接入电路来测量阻抗值的话，需要在现有基础上增加相应的电阻或者电感设备，并且增加线路的负载设备，导致资源损耗增加，由于目前线路上无功补偿设备使用的非常多，因此，在现有的无功补偿设备上改造就可以实现，不造成资源浪费；同时，无功设备是消耗品需要定时更换，对后期升级维护也是非常方便的。
目前，市场上的阻抗测试设备都是需要到现场去测试，同时不能实时监测线路的阻抗，检测精度不是很高，同时需要花费大量的人力物力，成本较高。因此，需要一种短路阻抗检测系统及检测方法来解决现有技术中所存在的不足之处。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种短路阻抗检测系统及检测方法，旨在解决上述阻抗测试设备测试不便、检测精度不是很高以及成本相对较高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种短路阻抗检测系统，包括：
电流检测模块，用于检测电流；
电压检测模块，用于检测电压；
采样模块，用于电压、电流等数据的采集；
电源模块，用于给整个设备提供电能，促使设备正常工作；
显示模块，用于显示当前电压、电流数据以及当前测量点的阻抗值；
无功模块，用于接入线路的无功设备，对线路进行无功补偿，通过设备接入进行阻抗的检测；
WIFI通讯模块，用于在测量点附近设备的数据交互与管理；
5G通讯模块，用于设备与远端服务器或者终端设备进行数据交互；
中央处理器，用于统筹调度系统各功能模块；
所述电流检测模块、电压检测模块、采样模块、电源模块、显示模块、无功模块、WIFI通讯模块、5G通讯模块分别与中央处理器连接。
优选的，所述电流检测模块由瞬态二极管D9、滤波电容C23、采样电阻R55以及上拉电阻R54组成。
优选的，所述电压检测模块由分压电阻R44和R48、交直流电压转换模块D11、稳压二极管D15、保护电阻R49、上拉电阻R48和R53、二极管D16、储能电容C14、PNP三极管Q1和Q5、NPN三极管Q6、保护电阻R60和R61、高速光耦U11、上拉电阻R45和下拉电阻R54组成。
优选的，所述电源模块使用塑封变压器，显示模块采用彩屏点阵式液晶。
一种短路阻抗检测方法，包括以下步骤：
步骤一：通过线路上无功的变化来计算阻抗值，无功设备使用比较广泛，可以在各个点进行补偿，也可以计算阻抗；
步骤二：在检测过程中，中央处理器通过采样模块将当前的电压、电流等数据通过独立的ADC口，同步采集进来，然后进行计算；
步骤三：在接入无功设备之前，同步采样当前电压、电流等信息，记录为U1，I1到存储区中；
步骤四：在接入补偿之前，通过电压零点的检测，可以确定无功接入前电压零点信号的宽度；
步骤五：然后将无功设备补偿到线路上，再次通过同步采样将接入瞬间的电压、电流采集到并存储起来；
步骤六：在无功设备接入瞬间，通过电压过零的检测，可以确定接入瞬间10ms以内的电压零点脉宽变化，再将其存储起来；
步骤七：电压零点脉宽变化是因为电压幅值变化，导致零点时电压波形斜率的变化引起的；
步骤八：通过过零电路上的光耦、电阻、电容等器件，计算出光耦导通电压值，再根据采样到的脉宽，计算出周期电压最大值；
步骤九：根据步骤八可以获得无功设备接入前后电压最大值，根据步骤五可以获得无功设备接入后电流瞬时值，通过电压差值比上电流瞬时值，得到当前时刻的阻抗值；
步骤十：然后通过步骤九，可以获得不同时刻的阻抗值，最后根据不同时刻的阻抗值，获得相应的阻抗曲线。
优选的，所述步骤九中，通过无功变化量接入线路前后的电压过零脉冲宽度的变化比上电流瞬时变化，获得的值为瞬时的阻抗值。
本发明的有益效果：
1.本发明中，通过WIFI通讯模块有效实现了测试点附近的设备进行数据交互以及设备管理的功能，并且5G通讯模块实现了设备与远端服务器、终端设备进行数据交互、存储以及管理等功能，系统整体互通性较强；
2.本发明中，很好的解决了现有阻抗测试设备都需要到现场去测试，不能实时监测线路的阻抗，检测精度不是很高，同时需要花费大量的人力物力，成本较高，更加快速、准确的获取阻抗值，同时结合一套计算、分析的系统，能够更全面、高效的检测线路上的问题。
附图说明
图1为本发明短路阻抗检测系统的框架图。
图2为本发明的短路阻抗检测点的设备安装原理图。
图3为本发明的短路阻抗检测设备的系统图。
图4为本发明的短路阻抗设备的电压检测模块原理图。
图5为本发明的短路阻抗设备的电流检测模块原理图。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5所示，
一种短路阻抗检测系统，包括：
电流检测模块，用于检测电流；
电压检测模块，用于检测电压；
采样模块，用于电压、电流等数据的采集；
电源模块，用于给整个设备提供电能，促使设备正常工作；
显示模块，用于显示当前电压、电流数据以及当前测量点的阻抗值；
无功模块，用于接入线路的无功设备，对线路进行无功补偿，通过设备接入进行阻抗的检测；
WIFI通讯模块，用于在测量点附近设备的数据交互与管理；
5G通讯模块，用于设备与远端服务器或者终端设备进行数据交互；
中央处理器，用于统筹调度系统各功能模块；
电流检测模块、电压检测模块、采样模块、电源模块、显示模块、无功模块、WIFI通讯模块、5G通讯模块分别与中央处理器连接。
一种短路阻抗检测方法，包括以下步骤：
步骤一：通过线路上无功的变化来计算阻抗值，无功设备使用比较广泛，可以在各个点进行补偿，也可以计算阻抗；
步骤二：在检测过程中，中央处理器通过采样模块将当前的电压、电流等数据通过独立的ADC口，同步采集进来，然后进行计算；
步骤三：在接入无功设备之前，同步采样当前电压、电流等信息，记录为U1，I1到存储区中；
步骤四：在接入补偿之前，通过电压零点的检测，可以确定无功接入前电压零点信号的宽度；
步骤五：然后将无功设备补偿到线路上，再次通过同步采样将接入瞬间的电压、电流采集到并存储起来；
步骤六：在无功设备接入瞬间，通过电压过零的检测，可以确定接入瞬间10ms以内的电压零点脉宽变化，再将其存储起来；
步骤七：电压零点脉宽变化是因为电压幅值变化，导致零点时电压波形斜率的变化引起的；
步骤八：通过过零电路上的光耦、电阻、电容等器件，计算出光耦导通电压值，再根据采样到的脉宽，计算出周期电压最大值；
步骤九：根据步骤八可以获得无功设备接入前后电压最大值，根据步骤五可以获得无功设备接入后电流瞬时值，通过电压差值比上电流瞬时值，得到当前时刻的阻抗值；
步骤十：然后通过步骤九，可以获得不同时刻的阻抗值，最后根据不同时刻的阻抗值，获得相应的阻抗曲线。
本发明工作原理：
在短路阻抗检测系统的框架图中，主要包括阻抗检测设备、后台服务器、远程监控系统、远程终端和移动终端；其中阻抗检测设备上的5G通讯模块通过互联网与远程的服务器、远程监控系统、远程终端、移动终端相连接，设备检测到的数据可以通过网络，将其转发到远程数据库中并且存储起来，同时数据库能够将远程传输过来的数据进行分析，然后将分析结果同样存储到数据库中，远程监控系统可以从数据库中调去设备检测的历史数据与分析数据，也可以直接监控设备当前的实时数据，并且可以通过网络去控制设备的检测与否，远程终端和移动终端均可查看数据库中的数据以及设备的实时数据。
在短路阻抗检测点的设备安装原理图中，主要包括接入设备，检测设备包括了WIFI短距离无线模块，各个设备通过WIFI短距离无线模块进行数据交互，该设备同时具备无功补偿的功能，因此，各个设备通过WIFI模块将数据汇集到一个主控制设备上，其他设备遵从主控制设备的控制调动，然后从设备将自己自身的采样数据、阻抗数据等信息传输给主控制设备，主控制设备根据当前情况可以进行简单的处理，然后通过5G通讯模块传输给远程服务器。
在短路阻抗检测设备的系统图中，主要包括中央处理器、电流检测模块、电压检测模块、电源模块、显示模块、无功模块、WIFI通讯模块和5G通讯模块，其中电流检测模块、电压检测模块与中央处理器直接相连，电源模块给中央处理器提供电能，显示模块用于显示中央处理器的数据信息，无功模块用于中央处理器去控制去接入线路的时机，WIFI模块用于不同设备之间的数据交互，5G通讯模块用于将数据存储到远程，并且接收监控系统的调度。
在短路阻抗设备的电压检测模块原理图中，采样电压通过交直流转换器D11转换成直流电压，然后经过稳压二极管D15，将转换后的电压稳定住，便于后续的操作；当D11转换的直流电压有压差的时候，三级管Q1、Q5的基极为高电平，因此，三级管不导通，所以在这个情况下，直流电直接给储能电容C14进行充电操作；当D11转换的直流电压压差接近0的时候，三级管Q1、Q5的基极为低电平，所以三级管导通，然后储能电容C14开始放电，致使光耦U11导通；当U11导通后，三级管Q6的基极为高电平，然后也导通，输出给中央处理器的电平就为低电平，这个低电平脉宽的宽度取决于U11的导通时间，因此，电压过零脉宽的宽度取决于U11的导通时间以及C14的放电速度，在一个电路中这两个器件都是确定的，所以，这个脉宽的变化取决于采样电压幅值的变化，进而根据这个脉宽的差值推断出电压变化。
在短路阻抗设备的电流检测模块原理图中，电流互感器与D99两端连接，同时连接滤波电容C23、采样电阻R55的两端与上拉电阻R54的一端相连；其中D99是瞬态二极管用于保护器件不被突然的干扰所损坏；滤波电容C23用于滤除电流采样的干扰信号；采样电阻R55将电流来将其转换成电压信号；上拉电阻R54用于保护中央处理器；中央处理器将采样到的电流，通过采样电阻计算出当前瞬时的电流值，用于阻抗的计算。
采样数据可以通过电压转换器件为桥堆D11，保护器件稳压二极管D15、贴片电阻R49，储能器件为贴片电容C14，开关器件为贴片三极管Q1和Q5，限制电压方向的器件为贴片二极管D16，隔离器件为贴片光耦U11，它们特定的方式连接，最后获得了电压的过零信号。
采样模块工作过程：采样无功量变化前后电压过零脉宽的变化以及无功量接入后瞬时电流的值，并将采样到数据通过中断的方式，马上传输到中央处理器中，中央处理器记录下这些数据后，根据电路的情况计算出ΔU以及瞬时电流I，然后将两者相比就能获得当前的阻抗值。
实施例：
将设备连接到所需要测试的线路上，直接当成一般的无功补偿设备，闭合设备的短路器，然后就等待它自动将阻抗数据上传，几台设备会通过WIFI模块进行通讯，并进行组网，设备之间会产生一台主设备、其他都为从设备，主设备根据采样的电压、电流、功率因数等信息，会进行无功计算，然后再通过WIFI模块去控制从设备进行补偿，从设备或者主设备再进行补偿的时候，会将调动无功模块，将设备带有的无功接入到线路上，进行接入无功量时，设备会进行阻抗检测操作，设备通过5G通讯模块，能够接收到远程监控系统的控制命令，监控系统将检测命令发送给检测设备，检测设备就会将无功量接入到线路上，然后根据采样电压、电流计算出阻抗值，并且回传给监控系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种短路阻抗检测系统，其特征在于，包括：
电流检测模块，用于检测电流；
电压检测模块，用于检测电压；
采样模块，用于电压、电流等数据的采集；
电源模块，用于给整个设备提供电能，促使设备正常工作；
显示模块，用于显示当前电压、电流数据以及当前测量点的阻抗值；
无功模块，用于接入线路的无功设备，对线路进行无功补偿，通过设备接入进行阻抗的检测；
WIFI通讯模块，用于在测量点附近设备的数据交互与管理；
5G通讯模块，用于设备与远端服务器或者终端设备进行数据交互；
中央处理器，用于统筹调度系统各功能模块；
所述电流检测模块、电压检测模块、采样模块、电源模块、显示模块、无功模块、WIFI通讯模块、5G通讯模块分别与中央处理器连接。
2.根据权利要求1所述一种短路阻抗检测系统，其特征在于，所述电流检测模块由瞬态二极管D9、滤波电容C23、采样电阻R55以及上拉电阻R54组成。
3.根据权利要求1所述一种短路阻抗检测系统，其特征在于，所述电压检测模块由分压电阻R44和R48、交直流电压转换模块D11、稳压二极管D15、保护电阻R49、上拉电阻R48和R53、二极管D16、储能电容C14、PNP三极管Q1和Q5、NPN三极管Q6、保护电阻R60和R61、高速光耦U11、上拉电阻R45和下拉电阻R54组成。
4.根据权利要求1所述一种短路阻抗检测系统，其特征在于，所述电源模块使用塑封变压器，显示模块采用彩屏点阵式液晶。
5.一种短路阻抗检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过线路上无功的变化来计算阻抗值，无功设备使用比较广泛，可以在各个点进行补偿，也可以计算阻抗；
步骤二：在检测过程中，中央处理器通过采样模块将当前的电压、电流等数据通过独立的ADC口，同步采集进来，然后进行计算；
步骤三：在接入无功设备之前，同步采样当前电压、电流等信息，记录为U1，I1到存储区中；
步骤四：在接入补偿之前，通过电压零点的检测，可以确定无功接入前电压零点信号的宽度；
步骤五：然后将无功设备补偿到线路上，再次通过同步采样将接入瞬间的电压、电流采集到并存储起来；
步骤六：在无功设备接入瞬间，通过电压过零的检测，可以确定接入瞬间10ms以内的电压零点脉宽变化，再将其存储起来；
步骤七：电压零点脉宽变化是因为电压幅值变化，导致零点时电压波形斜率的变化引起的；
步骤八：通过过零电路上的光耦、电阻、电容等器件，计算出光耦导通电压值，再根据采样到的脉宽，计算出周期电压最大值；
步骤九：根据步骤八可以获得无功设备接入前后电压最大值，根据步骤五可以获得无功设备接入后电流瞬时值，通过电压差值比上电流瞬时值，得到当前时刻的阻抗值；
步骤十：然后通过步骤九，可以获得不同时刻的阻抗值，最后根据不同时刻的阻抗值，获得相应的阻抗曲线。
6.根据权利要求5所述的一种短路阻抗检测方法，其特征在于，所述步骤九中，通过无功变化量接入线路前后的电压过零脉冲宽度的变化比上电流瞬时变化，获得的值为瞬时的阻抗值。
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