CN116577712A - 一种环网柜带电显示装置故障检测仪及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环网柜带电显示装置故障检测仪，包括单片机、功率放大及升压电路、电压和电流检测及调理电路、显示器、电池充放电管理电路、可充电电池、输出端子，七者相互结合使用发挥作用，且还提供一种环网柜带电显示装置故障检测仪的控制方法，采用可充电电池供电，外部接线简单，体积小、重量轻，便于携带和使用，不会导致设备带电状态的错误指示，对设备运行及运维人员来说非常安全，也给现场作业减少了不少麻烦，采用单片机和正弦波脉宽调制技术，可准确模拟带电检测装置的输入电压，电压调节简单，操控性强，具有输出电流限流控制和短路保护功能，可靠性高，安全性强。

Description

一种环网柜带电显示装置故障检测仪及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，具体为一种环网柜带电显示装置故障检测仪及其控制方法。

背景技术

在电力高压开关柜、环网柜中，高压带电显示装置常作为判断主回路是否带有高压电的指示装置被广泛使用。在运行操作和维护过程中，借助带电显示装置可以有效保障安全、防止运行和检修人员的误操作、误入带电间隔，造成人身、设备等事故发生；此外，在电网运方调整时，带电显示装置可作为判断线路是否带电以及核定相位的重要设备。然而，带电显示装置本体属于易损坏部件，常导致错误指示设备带电状态，对设备运行及运维人员带来极大的安全隐患，也给现场作业带来较大的麻烦。因此，检测带电显示装置是否发生故障并及时更换是一项重要的工作。

现有带电显示器故障检测工具一般采用交流220V电源供电，输出电压采用调压变压器调节，并且还需根据带电显示器类型(常亮型和闪烁型)分别采用转换开关及电容转换开关进行控制，具有接线和操控复杂、体积大、重量重、使用不便等缺点，无法满足现场需求。

如公开号为CN102043114A的中国专利公开一种直流电源带电解环方法及其专用装置，其特征是：利用带有主机信号源(1)、手持器(2)和钳型互感器的专用装置对直流电源进行环路检测；主机信号源(1)用乒乓原理测量直流电源系统是否存在环网故障，当确认环网故障即存在环网支路后，对直流电源系统注入一个微电流、低功率的交流信号，该交流信号的电压有效值不超过10V；手持器(2)通过钳型互感器感应直流电源系统的各电源支路的信号电流，计算和判断环网情况和方向，并通过实时信号波形显示，以判断环网情况。本发明能快速准确地找出各种环路供电支路，操作简单、方便实用，为广大发电和供电企业提供了安全有效的解环手段，有效地提高了电力直流系统的安全稳定性。

又如公开号为CN105467274B的中国专利公开了一种配电网单相接地故障检测及定位装置，包括低频信号发生单元、手持故障检测及定位单元，所述低频信号发生单元包括低频信号发生模块、电源模块，用于输出低频电压正弦信号。所述供电模块由电池与逆变器组成，内部与低频信号发生模块相连，为低频信号发生模块提高电能，所述低频信号发生单元外部设有两个输出端口：第一输出端口A、第二输出端口B，第一输出端口A与故障配电网母线相连，第二输出端口B接地。所述手持故障检测及定位单元包括智能控制模块、电流互感器CT、电压互感器PT，智能控制模块分别连接电流互感器CT、电压互感器PT。本发明通过对不同频率的电压电流信号进行采集和检测，解决了现有技术中故障类型判断难，以及故障点无法精确定位的问题。

综上所述，现有带电显示装置存在诸多弊端，总结如下：

①带电显示装置本体属于易损坏部件，常导致错误指示设备带电状态，对设备运行及运维人员带来极大的安全隐患，也给现场作业带来较大的麻烦；

②现有带电显示器故障检测工具一般采用交流220V电源供电，输出电压采用调压变压器调节，并且还需根据带电显示器类型(常亮型和闪烁型)分别采用转换开关及电容转换开关进行控制，具有接线和操控复杂、体积大、重量重、使用不便等缺点，无法满足现场需求；

③环网柜内带电显示器故障率较高，如带电显示器本体故障、灯泡故障、取电电容故障、接线松动、带电检测孔故障，当配电线路运方调整时，运维人员去现场需先核实线路带电状态，常因带电显示器发生故障导致核查难、运方调整时间长，因此，核查带电显示器是否故障是一项重要的工作；

④第一份现有技术：CN102043114A，是通过检测到的电流作为设备输入，并相应给出输出，但设备输出却不能根据不同的带电显示器装置输出电压连续可调；

⑤第二份现有技术：CN105467274B，虽是作为电源输出电压，但却未通过特殊的升压方法以及过流保护的特殊功能手段去应用实施，不能准确模拟带电检测装置的输入电压，电压调节复杂，操控性弱。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种环网柜带电显示装置故障检测仪及其控制方法，以解决上述问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现。

一种环网柜带电显示装置故障检测仪,包括单片机、功率放大及升压电路、电压和电流检测及调理电路、显示器、电池充放电管理电路、可充电电池、输出端子，所述单片机分别和功率放大及升压电路、电压和电流检测及调理电路、显示器、电池充放电管理电路四者连接，所述输出端子分别连接功率放大及升压电路与电压和电流检测及调理电路，所述可充电电池一端连接电池充放电管理电路，具有输出电流限流控制和短路保护功能，可靠性高，安全性强，具有输出电压和电流显示功能，能直观判断带电显示装置断线和短路故障，设备输出能根据不同的带电显示器装置输出电压连续可调，准确模拟带电检测装置的输入电压、电压调节简单、操控性强。

优选的，所述单片机包括脉宽调制单元、模/数转换单元、显示控制接口。

优选的，所述脉宽调制单元产生的正弦波脉宽调制信号输送至功率放大及升压电路上，所述模/数转换单元通过SPWM信号与功率放大及升压电路连接，所述显示控制接口与显示器连接，采用单片机和正弦波脉宽调制技术，可准确模拟带电检测装置的输入电压，电压调节简单，操控性强。

优选的，所述功率放大及升压电路中也包括SPWM信号，所述SPWM信号中的正弦电压与输出端子连接。

优选的，所述电压和电流检测及调理电路一侧与模/数转换单元连接，另一侧与输出端子连接。

优选的，所述电池充放电管理电路上输出直流电压，采用可充电电池供电，外部接线简单，体积小、重量轻，便于携带和使用，不会导致设备带电状态的错误指示，对设备运行及运维人员来说非常安全，也给现场作业减少了不少麻烦。

优选的，所述功率放大及升压电路包括低压SPWM高频开关变换器、工频升压变压器、滤波电路，所述低压SPWM高频开关变换器、工频升压变压器、滤波电路三者依次连接，且电池充放电管理电路上输出的直流电压、模/数转换单元的SPWM信号两者分别与低压SPWM高频开关变换器连接。

优选的，所述功率放大及升压电路包括直流升压电路、高压SPWM高频开关变换器、滤波电路，所述直流升压电路、高压SPWM高频开关变换器、滤波电路三者依次连接，且电池充放电管理电路上输出的直流电压与直流升压电路连接，所述模/数转换单元的SPWM信号与高压SPWM高频开关变换器连接。

一种环网柜带电显示装置故障检测仪的控制方法，包括：

步骤1)：通过电池充放电管理电路对可充电电池充电，并将可充电电池的电压转换成稳定直流电压为其它电路供电；

步骤2)：单片机根据输出电压设定值产生正弦波脉宽调制SPWM信号；

步骤3)：通过低压SPWM高频开关变换器对SPWM信号进行功率放大，经过工频升压变压器升压，再滤波后作为本带电显示装置故障检测仪的输出；

步骤4)：检测输出电压和输出电流，并对其进行显示，将输出电流与最大电流设定值进行比较后通过电流控制器输出对SPWM信号进行控制，实现限流控制和短路保护。

另一种环网柜带电显示装置故障检测仪的控制方法，包括：

步骤1)：通过电池充放电管理电路对可充电电池充电，并将电池电压转换成稳定直流电压为其它电路供电；

步骤2)：单片机根据输出电压设定值产生正弦波脉宽调制SPWM信号；

步骤3)：通过直流升压电路对直流电压进行升压，得到高压直流VdcH，作为高压SPWM高频开关变换器的直流电源；

步骤4)：通过高压SPWM高频开关变换器对SPWM信号进行功率放大，滤波后作为本带电显示装置故障检测仪的输出；

步骤5)：检测输出电压和输出电流，并对其进行显示，将输出电流与最大电流设定值进行比较后通过电流控制器输出对SPWM信号进行控制，实现限流控制和短路保护。

相比于现有技术而言，本发明公开了一种环网柜带电显示装置故障检测仪，包括单片机、功率放大及升压电路、电压和电流检测及调理电路、显示器、电池充放电管理电路、可充电电池、输出端子，七者相互结合使用发挥作用，且还提供一种环网柜带电显示装置故障检测仪的控制方法，

①采用可充电电池供电，外部接线简单，体积小、重量轻，便于携带和使用，不会导致设备带电状态的错误指示，对设备运行及运维人员来说非常安全，也给现场作业减少了不少麻烦；

②采用单片机和正弦波脉宽调制技术，可准确模拟带电检测装置的输入电压，电压调节简单，操控性强；

③具有输出电流限流控制和短路保护功能，可靠性高，安全性强；

④具有输出电压和电流显示功能，能直观判断带电显示装置断线和短路故障；

⑤设备输出能根据不同的带电显示器装置输出电压连续可调；

⑥准确模拟带电检测装置的输入电压、电压调节简单、操控性强。

附图说明

图1为本发明环网柜带电显示装置故障检测仪的结构示意图；

图2为本发明一种功率放大及升压电路的结构示意图；

图3为本发明另一种功率放大及升压电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种环网柜带电显示装置故障检测仪，包括单片机1、功率放大及升压电路2、电压和电流检测及调理电路3、显示器4、电池充放电管理电路5、可充电电池、输出端子，所述单片机1分别和功率放大及升压电路2、电压和电流检测及调理电路3、显示器4、电池充放电管理电路5四者连接，所述输出端子分别连接功率放大及升压电路2与电压和电流检测及调理电路3，所述可充电电池一端连接电池充放电管理电路5，具有输出电流限流控制和短路保护功能，可靠性高，安全性强，具有输出电压和电流显示功能，能直观判断带电显示装置断线和短路故障，设备输出能根据不同的带电显示器4装置输出电压连续可调，准确模拟带电检测装置的输入电压、电压调节简单、操控性强。

所述单片机1包括脉宽调制单元、模/数转换单元、显示控制接口。

所述脉宽调制单元产生的正弦波脉宽调制信号输送至功率放大及升压电路2上，所述模/数转换单元通过SPWM信号与功率放大及升压电路2连接，所述显示控制接口与显示器4连接，采用单片机1和正弦波脉宽调制技术，可准确模拟带电检测装置的输入电压，电压调节简单，操控性强。

所述功率放大及升压电路2中也包括SPWM信号，所述SPWM信号中的正弦电压与输出端子连接。

所述电压和电流检测及调理电路3一侧与模/数转换单元连接，另一侧与输出端子连接。

所述电池充放电管理电路5上输出直流电压，采用可充电电池供电，外部接线简单，体积小、重量轻，便于携带和使用，不会导致设备带电状态的错误指示，对设备运行及运维人员来说非常安全，也给现场作业减少了不少麻烦。

所述功率放大及升压电路2包括低压SPWM高频开关变换器6、工频升压变压器7、滤波电路8，所述低压SPWM高频开关变换器6、工频升压变压器7、滤波电路8三者依次连接，且电池充放电管理电路5上输出的直流电压、模/数转换单元的SPWM信号两者分别与低压SPWM高频开关变换器6连接。

所述功率放大及升压电路2包括直流升压电路9、高压SPWM高频开关变换器10、滤波电路8，所述直流升压电路9、高压SPWM高频开关变换器10、滤波电路8三者依次连接，且电池充放电管理电路5上输出的直流电压与直流升压电路9连接，所述模/数转换单元的SPWM信号与高压SPWM高频开关变换器10连接。

单片机1，作为控制核心，包括脉宽调制单元、模/数转换单元、显示控制接口等，由脉宽调制单元产生正弦波脉宽调制SPWM信号输送至功率放大及升压电路2，脉宽调制单元图中标注为PWM，模/数转换单元图中标注为A/D；

功率放大及升压电路2，其用于对SPWM信号进行功率放大及升压，生成正弦电压到输出端子；功率放大及升压电路2包含两种方案：方案一，由低压SPWM高频开关变换器6和工频升压变压器7及滤波电路8组成；方案二由直流升压电路9和高压SPWM高频开关变换器10及滤波电路8组成。

电压和电流检测及调理电路3，其用于对输出端子的电压和电流进行检测和调理，然后输送到单片机1的模/数转换单元；

显示器4，其用于显示输出电压、电流及其它信息，由单片机1控制；

电池充放电管理电路5，其用于可充电电池的充电控制、放电及直流输出稳压控制，以及电池保护，其中输出的直流电压为其它电路提供电源。

为更好地说明技术方案，本方案以制作完成实际产品，下列使用方法及采用的型号可参考：“检测仪的显示器4可为OLED显示屏，包含输出电压、电流以及电池电量显示三个部分。

输出端子的连接线采用带护套的香蕉头，在使用的时候通过挤压护套自动缩进去，在不使用的护套弹出，避免接头沾染灰尘。

使用时，将检测仪的输出直接插入带电显示器4的前面板插孔，直接给带电显示器4供电，无须连接带电显示器4的后端端子排，连接简单。可充电电池采用5000mAh的锂电池，充一次电可使用一周；设计了自动关机功能，自动关机现在设定是20分钟，即不动检测仪达20分钟后自动关机；输出最大电流设置为300uA，超过该值时会自动降低输出电压，即使输出短路也会启动保护，确保安全实用。

1.长期不使用时，将“电池开关”打到“断”位置；使用时，将“电池开关”打到“通”位置。

2.“电压调节”为带有开关的齿轮电位器，旋转到最下方时，可关断输出电压及OLED液晶显示，而电量指示灯还有继续点亮一会儿再熄灭(充电时，电量指示灯会一直点亮)。使用时，应向上调节齿轮电位器打开开关。

3.在“电池开关”在“通”位置时，短时间按“电源按钮”，检测仪电路通电，短时间按2次“电源按钮”，可断开检测仪的电路供电。在“电压调节”开关打开的情况下，使用“电源按钮”可实现检测仪的开/关机操作。

4.在充电时，只有“电压调节”开关才能实现输出电压及OLED液晶显示的开/关，按“电源按钮“不起作用。”

图1给出了本实施例的一种带电显示装置故障检测仪结构框图，包括单片机1、功率放大及升压电路2、电压和电流检测及调理电路3、显示器4、电池充放电管理电路5、可充电电池、输出端子。所述单片机1输出正弦波脉宽调制SPWM信号到功率放大及升压电路2，由其进行功率放大滤波后到输出端子，同时传送到电压和电流检测及调理电路3，然后传送到单片机1通过模/数转换单元进行A/D转换。电池充放电管理电路5用于可充电电池的充电控制、放电、输出直流电压稳压控制，以及对可充电电池的保护，其中输出的直流电压Vdc为其它电路提供电源。

图2给出了本公开实施例的一种功率放大及升压电路2结构框图，包括低压SPWM高频开关变换器6、工频升压变压器7、滤波电路8。所述低压SPWM高频开关变换器6直接由电池充放电管理电路5输出的直流电压Vdc供电，对来自所述单片机1输出的SPWM信号进行功率放大，再通过工频升压变压器7升压和滤波电路8滤波后到输出端子。

图3给出了本公开实施例的另一种功率放大及升压电路22结构框图，包括直流升压电路9、高压SPWM高频开关变换器10、滤波电路8。所述直流升压电路9对由电池充放电管理电路5输出的直流电压Vdc进行升压变换成高压直流电压VdcH，高压SPWM高频开关变换器10由VdcH供电，对来自所述单片机1系统1输出的SPWM信号进行功率放大，再通过滤波电路8滤波后到输出端子。

其中一种环网柜带电显示装置故障检测仪的控制方法，包括：

步骤1)：通过电池充放电管理电路5对可充电电池充电，并将可充电电池的电压转换成稳定直流电压为其它电路供电；

步骤2)：单片机1根据输出电压设定值产生正弦波脉宽调制SPWM信号；

步骤3)：通过低压SPWM高频开关变换器6对SPWM信号进行功率放大，经过工频升压变压器7升压，再滤波后作为本带电显示装置故障检测仪的输出；

步骤4)：检测输出电压和输出电流，并对其进行显示，将输出电流与最大电流设定值进行比较后通过电流控制器输出对SPWM信号进行控制，实现限流控制和短路保护。

其中另一种环网柜带电显示装置故障检测仪的控制方法，包括：

步骤1)：通过电池充放电管理电路5对可充电电池充电，并将电池电压转换成稳定直流电压为其它电路供电；

步骤2)：单片机1根据输出电压设定值产生正弦波脉宽调制SPWM信号；

步骤3)：通过直流升压电路9对直流电压进行升压，得到高压直流VdcH，作为高压SPWM高频开关变换器10的直流电源；

步骤4)：通过高压SPWM高频开关变换器10对SPWM信号进行功率放大，滤波后作为本带电显示装置故障检测仪的输出；

步骤5)：检测输出电压和输出电流，并对其进行显示，将输出电流与最大电流设定值进行比较后通过电流控制器输出对SPWM信号进行控制，实现限流控制和短路保护。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环网柜带电显示装置故障检测仪，其特征在于：包括单片机(1)、功率放大及升压电路(2)、电压和电流检测及调理电路(3)、显示器(4)、电池充放电管理电路(5)、可充电电池、输出端子，所述单片机(1)分别和功率放大及升压电路(2)、电压和电流检测及调理电路(3)、显示器(4)、电池充放电管理电路(5)四者连接，所述输出端子分别连接功率放大及升压电路(2)与电压和电流检测及调理电路(3)，所述可充电电池一端连接电池充放电管理电路(5)。

2.根据权利要求1所述的环网柜带电显示装置故障检测仪，其特征在于：所述单片机(1)包括脉宽调制单元、模/数转换单元、显示控制接口。

3.根据权利要求2所述的环网柜带电显示装置故障检测仪，其特征在于：所述脉宽调制单元产生的正弦波脉宽调制信号输送至功率放大及升压电路(2)上，所述模/数转换单元通过SPWM信号与功率放大及升压电路(2)连接，所述显示控制接口与显示器(4)连接。

4.根据权利要求3所述的环网柜带电显示装置故障检测仪，其特征在于：所述功率放大及升压电路(2)中也包括SPWM信号，所述SPWM信号中的正弦电压与输出端子连接。

5.根据权利要求4所述的环网柜带电显示装置故障检测仪，其特征在于：所述电压和电流检测及调理电路(3)一侧与模/数转换单元连接，另一侧与输出端子连接。

6.根据权利要求5所述的环网柜带电显示装置故障检测仪，其特征在于：所述电池充放电管理电路(5)上输出直流电压。

7.根据权利要求6所述的环网柜带电显示装置故障检测仪，其特征在于：所述功率放大及升压电路(2)包括低压SPWM高频开关变换器(6)、工频升压变压器(7)、滤波电路(8)，所述低压SPWM高频开关变换器(6)、工频升压变压器(7)、滤波电路(8)三者依次连接，且电池充放电管理电路(5)上输出的直流电压、模/数转换单元的SPWM信号两者分别与低压SPWM高频开关变换器(6)连接。

8.根据权利要求6所述的环网柜带电显示装置故障检测仪，其特征在于：所述功率放大及升压电路(2)包括直流升压电路(9)、高压SPWM高频开关变换器(10)、滤波电路(8)，所述直流升压电路(9)、高压SPWM高频开关变换器(10)、滤波电路(8)三者依次连接，且电池充放电管理电路(5)上输出的直流电压与直流升压电路(9)连接，所述模/数转换单元的SPWM信号与高压SPWM高频开关变换器(10)连接。

9.一种基于权利要求7所述的环网柜带电显示装置故障检测仪的控制方法，其特征在于：包括

步骤1)：通过电池充放电管理电路(5)对可充电电池充电，并将可充电电池的电压转换成稳定直流电压为其它电路供电；

步骤2)：单片机(1)根据输出电压设定值产生正弦波脉宽调制SPWM信号；

步骤3)：通过低压SPWM高频开关变换器(6)对SPWM信号进行功率放大，经过工频升压变压器(7)升压，再滤波后作为本带电显示装置故障检测仪的输出；

步骤4)：检测输出电压和输出电流，并对其进行显示，将输出电流与最大电流设定值进行比较后通过电流控制器输出对SPWM信号进行控制，实现限流控制和短路保护。

10.一种基于权利要求8所述的环网柜带电显示装置故障检测仪的控制方法，其特征在于：包括

步骤1)：通过电池充放电管理电路(5)对可充电电池充电，并将电池电压转换成稳定直流电压为其它电路供电；

步骤2)：单片机(1)根据输出电压设定值产生正弦波脉宽调制SPWM信号；

步骤3)：通过直流升压电路(9)对直流电压进行升压，得到高压直流VdcH，作为高压SPWM高频开关变换器(10)的直流电源；

步骤4)：通过高压SPWM高频开关变换器(10)对SPWM信号进行功率放大，滤波后作为本带电显示装置故障检测仪的输出；

步骤5)：检测输出电压和输出电流，并对其进行显示，将输出电流与最大电流设定值进行比较后通过电流控制器输出对SPWM信号进行控制，实现限流控制和短路保护。