CN113009582B - 环网柜异常报警装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及环网柜异常报警装置，包括信号检测模块、阈值判断模块以及输出驱动模块。本次设计的环网柜异常报警装置，能够使电力设备在暴雨极端环境下，及时地发出浸水警报，保护行人和工作人员的人身安全。信号检测电路与电力设备直接建立起信号通路，可以实时地检测电力设备的工作状态；阈值判断电路直接由信号检测电路处产生的直流放大信号启动，应答迅速，无额外的电能损耗，同时采取多级叠加判断方式，结果精确，应用性高；输出驱动电路采取多级放大方式，驱动力强，稳定性好。

Description

环网柜异常报警装置

技术领域

本申请涉及电力系统与环网柜领域，具体涉及一种环网柜异常报警装置。

背景技术

环网柜作为一种独立电力系统的代表，被广泛的应用在各个场所，具有占地面积小、安装快捷和维护方便等优点。但近几年，我国各地出现异常天气，在广东沿海一带台风和暴风雨天气明显增加，这种恶劣的天气会在短时间内产生大量的降雨，而大量的雨水会是不少的电力设施，尤其是配网电力设备，经常面临着水浸的危险。若是在在电力设备运行过程中，发生水浸的情况，不仅会影响设备的安全运转，还会导致设备顺坏、漏电等问题，直接威胁到周围行人的人身安全。因此，针对上面的问题，设计一种智能水浸报警装置，在设备处在危险状态时，及时通知工作人员进行维修，并警告周围行人，避免悲剧的发生。

发明内容

（一）技术问题

1. 环网柜电路设计以功能性为主，结构上层层嵌入，电路复杂冗长。

2. 检测信号不具备自检功能，错误率高。

3. 环网柜体积大、投入产出比高、效率低。

（二）技术方案

针对上述技术问题，本申请提出环网柜异常报警装置，包括信号检测模块、阈值判断模块以及输出驱动模块。

图1为环网柜的现有技术方案原理图，在设计原理上，利用整流桥转实现交流电向直流电的转变，再通过逆变器完成直流向交流的变化，可以按照实际需要获得任意电压幅值的交流电，但是电磁变压器体积庞大，功耗高，会造成大量能源的浪费。

信号检测电路将降压后的环网柜工作状态信号输入到环网柜异常工作报警电路里，同时利用电桥将交流信号进行整理，方便后面的测试判断。信号从Input端口输入，经过电容C9和电感L2以及电容C10和电感L3组成的双通道交流滤波电路，两通道通过PNP三极管Q4连接起来，之后信号输入到由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的交流电转直流电的整流电桥后输出，把初始的交流信号转换成直流信号。信号经过初步处理后，开始进行对直流信号进行滤波，主要滤除转换和环境中叠加的微弱干扰量，然后使信号通过场效应晶体管Q2和场效应晶体管Q3组成的反相器，最后信号再经过U1A组成的放大器，进行信号幅度的放大，便于后端的判断。

阈值判断电路主要是以双级连三极管Q5和对称场效应晶体管支路为核心，并通过负反馈提高阈值判断的准确性。信号经过信号电路的处理，由交流信号转换成直流信号，并进行简单的放大和滤波。放大器出来后，信号会经过共集电极的三极管Q11（俗称电压跟随器），用于信号的稳定、准确地过渡，然后信号经过电阻R9进入到第一级阈值判断，以双级联三极管Q5为核心组成的阈值判断电路，接着信号经过电阻R21输入到二极管D5、D二极管11串联的节点，对前端判断和放大后信号赋值进行限值，而后开始第二级阈值判断，此次主要是以双级联三极管Q5和场效应晶体管Q14两个场效应管为核心，进行阈值判断，并将判断的结果输出给第三级判断以场效应晶体管Q6和场效应晶体管Q13为和核心的阈值判断模块，最后将结果输出到下一级。

输出驱动电路是将判断后的结果信号，进行滤波，同时利用镜像电流源，提高结果信号的驱动能力，增强其抗干扰能力。经过前两级的放大和判断，得到所需要的结果信号，之后信号会由以三极管Q10和三极管Q9为核心的镜像电流源，来增强其驱动能力和传输损耗，同时经过PNP三极管Q8和Q12以及阻容滤波电路，进行输出。

（三）有益效果

本申请提出环网柜异常报警装置，包括信号检测模块、阈值判断模块以及输出驱动模块，将整个装置划分为三个模块，降低了环网柜的体积，同时各模块之间既能实现信息互通，又可以保证互不干扰，提高了装置的简洁性。信号检测电路将降压后的环网柜工作状态信号输入到环网柜异常工作报警电路里，同时利用电桥将交流信号进行整理，不仅提高了信号的传递速度和准确性，还能够节约电能。阈值判断电路主要是以双级连三极管和对称场效应晶体管管为核心，通过多级判断和负反馈提高了阈值判断的准确性。输出驱动电路利用镜像电流源，提高了结果信号的驱动能力，增强其抗干扰能力，提高了检测效率，降低了成本。

附图说明

图1为环网柜的现有技术方案原理图。

图2为本申请的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，根据本申请提出环网柜异常报警装置，包括信号检测模块、阈值判断模块以及输出驱动模块，

信号检测电路将降压后的环网柜工作状态信号输入到环网柜异常工作报警电路里，同时利用电桥将交流信号进行整理，方便后面的测试判断。信号从Input端口输入，经过电容C9和电感L2以及电容C10和电感L3组成的双通道交流滤波电路，两通道通过PNP三极管Q4连接起来，之后信号输入到由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的交流电转直流电的整流电桥后输出，把初始的交流信号转换成直流信号。信号经过初步处理后，开始进行对直流信号进行滤波，主要滤除转换和环境中叠加的微弱干扰量，然后使信号通过场效应晶体管Q2和场效应晶体管Q3组成的反相器，最后信号再经过U1A组成的放大器，进行信号幅度的放大，便于后端的判断。

具体而言，所述检测模块中输入端口Input分别与电感L2的一端、电容C9的一端、电阻R5的一端以及PNP三极管Q4的基极连接，电感L2的另一端与二极管D1的正极连接，电容C9的另一端与PNP三极管Q4的发射极连接，电阻R5的另一端与PNP三极管Q4的发射极连接，电容C6的一端与二极管D1的正极连接，另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与二极管D1的正极连接，二极管D2的负极分别与二极管D1的负极、电容C2的正极、电容C3的一端以及晶体管Q1的漏端连接，电容C2的负极与二极管D4的正极连接，电容C3的另一端与二极管D4的正极连接，二极管D4的负极与二极管D2的正极俩接，二极管D4的正极与二极管D3的正极连接，晶体管Q1的栅极与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与二极管D4的正极连接，电感L1的一端与晶体管Q1的源端连接，另一端分别与晶体管Q2的源端、电阻R1的一端以及放大器U1A的4号接口连接，电阻R1的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端分别与晶体管Q2的漏端、晶体管Q3的漏端以及电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电位器R2的电阻一端连接，电位器R2的电阻另一端接地，滑片端分别与电容C11的一端、电容C1的一端连接，电容C11的另一端接地，电容C1的另一端与放大器U1A的3号接口连接，电阻R8的一端分别与电容C13的一端以及放大器U1A的2号接口连接，另一端接地，电容C13的另一端接地，电容C12的一端分别与电容C4的正极以及放大器U1A的1号接口连接，另一端接地， 电容C4的负极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与三极管Q11的基极连接。

阈值判断电路主要是以双级连三极管Q5和对称场效应晶体管支路为核心，并通过负反馈提高阈值判断的准确性。信号经过信号电路的处理，由交流信号转换成直流信号，并进行简单的放大和滤波。放大器出来后，信号会经过共集电极的三极管Q11（俗称电压跟随器），用于信号的稳定、准确地过渡，然后信号经过电阻R9进入到第一级阈值判断，以双级联三极管Q5为核心组成的阈值判断电路，接着信号经过电阻R21输入到二极管D5、D二极管11串联的节点，对前端判断和放大后信号赋值进行限值，而后开始第二级阈值判断，此次主要是以双级联三极管Q5和场效应晶体管Q14两个场效应管为核心，进行阈值判断，并将判断的结果输出给第三级判断以场效应晶体管Q6和场效应晶体管Q13为和核心的阈值判断模块，最后将结果输出到下一级。

具体而言，所述阈值判断模块中电容C10的一端分别与电感L3的一端以及三极管Q11的基极连接，另一端与PNP三极管Q4的发射极连接，电感L3的另一端分别与电容C7的一端以及二极管D4的负极连接，电容C7的另一端与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接地，三极管Q11的集电极分别与电阻R10的一端、电阻R15的一端、电阻R9的一端连接，电阻R10的另一端与PNP三极管Q4的集电极连接，电阻R15的另一端接地，电阻R9的另一端与双级联三极管Q5的基极连接，二极管D8的正极接地，负极分别与高电平VCC以及PNP三极管Q4的集电极连接，电阻R13的一端与高电平VCC连接，另一端接地，电容C15的一端与双级联三极管Q5的基极连接，另一端接地，肖特基二极管D10的负极与双级联三极管Q5的基极连接，正极接地，双级联三极管Q5的集电极与高电平VCC连接，发射极分别与电阻R17的一端、电阻R14的一端以及双向肖特基二极管D7的一端连接，电阻R17的另一端接地，双向肖特基二极管D7的另一端与高电平VCC连接，电阻R14的另一端分别与电阻R18的一端、电阻R12的一端、晶体管Q2的栅极以及晶体管Q3的栅极连接，电阻R18的另一端接地，电阻R12的另一端与高电平VCC连接，场效应晶体管Q6的源端与高电平VCC连接，漏端与场效应晶体管Q14的漏端连接，场效应晶体管Q14的源端接地，场效应晶体管Q6的栅极分别与二极管D5的正极、二极管D11的负极以及场效应晶体管Q14的栅极连接，二极管D5的负极与高电平VCC连接，二极管D11的正极接地，场效应晶体管Q7的源端与高电平VCC连接，漏端与场效应晶体管Q13的漏端连接，场效应晶体管Q13的源端接地，场效应晶体管Q7的栅极分别与二极管D6的正极、二极管D9的负极、电容C14的一端、电阻R16的一端、电阻R21的一端、场效应晶体管Q14的漏端以及场效应晶体管Q13的栅极连接，电容C14的另一端与高电平VCC连接，电阻R16的另一端接地，电阻R21的另一端与电容C19的一端连接，电容C19的另一端与场效应晶体管Q13的漏端连接，二极管D6的负极与高电平VCC连接，二极管D9的正极接地。

输出驱动电路是将判断后的结果信号，进行滤波，同时利用镜像电流源，提高结果信号的驱动能力，增强其抗干扰能力。经过前两级的放大和判断，得到所需要的结果信号，之后信号会由以三极管Q10和三极管Q9为核心的镜像电流源，来增强其驱动能力和传输损耗，同时经过PNP三极管Q8和Q12以及阻容滤波电路，进行输出。

具体而言，所述输出驱动模块中三极管Q10的基极与场效应晶体管Q13的漏端连接，集电极与高电平VCC连接，发射极与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端接地，电阻R11的一端分别与高电平VCC以及PNP三极管Q8的发射极连接，另一端分别与三极管Q9的集电极、PNP三极管Q8的基极以及电容C16的一端连接，电容C16的另一端分别与PNP三极管Q8的集电极、三极管Q12的发射极以及地线连接，三极管Q9的发射极分别与三极管Q10的发射极以及电容C17的一端连接，电容C17的另一端接地，三极管Q12的集电极与高电平VCC连接，发射极分别与电阻R20的一端、电容C18的一端连接，电阻R10的另一端接地，电容C18的另一端接地，输出端口Output与三极管Q12的发射极连接。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.环网柜异常报警装置，包括环网柜工作状态信号检测模块、负反馈阈值判断模块以及输出驱动模块，其特征在于：所述信号检测模块中输入端口Input分别与电感L2的一端、电容C9的一端、电阻R5的一端以及PNP三极管Q4的基极连接，电感L2的另一端与二极管D1的正极连接，电容C9的另一端与PNP三极管Q4的发射极连接，电阻R5的另一端与PNP三极管Q4的发射极连接，电容C6的一端与二极管D1的正极连接，另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与二极管D1的正极连接，二极管D2的负极分别与二极管D1的负极、电容C2的正极、电容C3的一端以及晶体管Q1的漏端连接，电容C2的负极与二极管D4的正极连接，电容C3的另一端与二极管D4的正极连接，二极管D4的负极与二极管D2的正极俩接，二极管D4的正极与二极管D3的正极连接，晶体管Q1的栅极与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与二极管D4的正极连接；检测模块中电感L1的一端与晶体管Q1的源端连接，另一端分别与晶体管Q2的源端、电阻R1的一端以及放大器U1A的4号接口连接，电阻R1的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端分别与晶体管Q2的漏端、晶体管Q3的漏端以及电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电位器R2的电阻一端连接，电位器R2的电阻另一端接地，滑片端分别与电容C11的一端、电容C1的一端连接，电容C11的另一端接地，电容C1的另一端与放大器U1A的3号接口连接，电阻R8的一端分别与电容C13的一端以及放大器U1A的2号接口连接，另一端接地，电容C13的另一端接地，电容C12的一端分别与电容C4的正极以及放大器U1A的1号接口连接，另一端接地， 电容C4的负极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与三极管Q11的基极连接。

2.根据权利要求1所述的环网柜异常报警装置，其特征在于：所述阈值判断模块中电容C10的一端分别与电感L3的一端以及三极管Q11的基极连接，另一端与PNP三极管Q4的发射极连接，电感L3的另一端分别与电容C7的一端以及二极管D4的负极连接，电容C7的另一端与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接地，三极管Q11的集电极分别与电阻R10的一端、电阻R15的一端、电阻R9的一端连接，电阻R10的另一端与PNP三极管Q4的集电极连接，电阻R15的另一端接地，电阻R9的另一端与双级联三极管Q5的基极连接，二极管D8的正极接地，负极分别与高电平VCC以及PNP三极管Q4的集电极连接，电阻R13的一端与高电平VCC连接，另一端接地，电容C15的一端与双级联三极管Q5的基极连接，另一端接地，肖特基二极管D10的负极与双级联三极管Q5的基极连接，正极接地，双级联三极管Q5的集电极与高电平VCC连接，发射极分别与电阻R17的一端、电阻R14的一端以及双向肖特基二极管D7的一端连接，电阻R17的另一端接地，双向肖特基二极管D7的另一端与高电平VCC连接，电阻R14的另一端分别与电阻R18的一端、电阻R12的一端、晶体管Q2的栅极以及晶体管Q3的栅极连接，电阻R18的另一端接地，电阻R12的另一端与高电平VCC连接。

3.根据权利要求1所述的环网柜异常报警装置，其特征在于：所述阈值判断模块中场效应晶体管Q6的源端与高电平VCC连接，漏端与场效应晶体管Q14的漏端连接，场效应晶体管Q14的源端接地，场效应晶体管Q6的栅极分别与二极管D5的正极、二极管D11的负极以及场效应晶体管Q14的栅极连接，二极管D5的负极与高电平VCC连接，二极管D11的正极接地，场效应晶体管Q7的源端与高电平VCC连接，漏端与场效应晶体管Q13的漏端连接，场效应晶体管Q13的源端接地，场效应晶体管Q7的栅极分别与二极管D6的正极、二极管D9的负极、电容C14的一端、电阻R16的一端、电阻R21的一端、场效应晶体管Q14的漏端以及场效应晶体管Q13的栅极连接，电容C14的另一端与高电平VCC连接，电阻R16的另一端接地，电阻R21的另一端与电容C19的一端连接，电容C19的另一端与场效应晶体管Q13的漏端连接，二极管D6的负极与高电平VCC连接，二极管D9的正极接地。

4.根据权利要求1所述的环网柜异常报警装置，其特征在于：所述输出驱动模块中三极管Q10的基极与场效应晶体管Q13的漏端连接，集电极与高电平VCC连接，发射极与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端接地，电阻R11的一端分别与高电平VCC以及PNP三极管Q8的发射极连接，另一端分别与三极管Q9的集电极、PNP三极管Q8的基极以及电容C16的一端连接，电容C16的另一端分别与PNP三极管Q8的集电极、三极管Q12的发射极以及地线连接，三极管Q9的发射极分别与三极管Q10的发射极以及电容C17的一端连接，电容C17的另一端接地，三极管Q12的集电极与高电平VCC连接，发射极分别与电阻R20的一端、电容C18的一端连接，电阻R10的另一端接地，电容C18的另一端接地，输出端口Output与三极管Q12的发射极连接。

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