CN1975797B - 高压电源控制系统和无线控制器及其方法 - Google Patents

Abstract

无线控制器、一种实施一无线控制器的系统和一种允许对高压测试模块进行无线控制的方法利用无线连网技术来控制并监视高压测试设备，从而为高压测试模块提供(例如)一完全电流隔离的控制器。利用无线连网，控制器/调整器连接成播讲器/收听器以便减少对局域网进行外部访问的可能性。控制器可由电池供电以提供用户与高压设备的完全隔离。可添加其它公认的群组部件，以便在外部干涉可能性最小的情况下远程地监视操作。

Description

高压电源控制系统和无线控制器及其方法

技术领域

本发明大体上针对用于控制并监视高压测试设备的系统和方法，且明确地说针对一种无线控制器、一种实施无线控制器的系统和一种允许对高压测试模块进行无线控制的方法。 

背景技术

高压测试系统广泛用于公用事业和制造工业中，用来对电缆、电开关设备、发动机与发电机，和其它电器件和装备进行高压绝缘测试(hipot test)。 

例如，Mario等人的美国专利第5,426,360号(其揭示内容以引用的方式并入本文中)中描述了常规电力线监视器以及与其用途关联的监视方法，所述专利提供一种非侵入地确定例如通过服务线传递到消费者的电流、电压和电力的参数以便检验消费者的入口仪表的准确性的系统。所述系统包含用于监视电力线上的电压和电流的传感器装置。电压箝制机构安置在传感器外壳内，以便可手动地致动绝缘刺穿电压传感器(insulationpiercing voltage sensor)以使其刺穿电力线的电绝缘并接触导体。传感器装置还包含分裂铁芯式电流互感器，其经制造使得当装置在电力线附近关闭时，分裂铁芯区域之间的气隙最小化。电杆单元(pole unit)电连接到每一传感器装置以便监视电压和电流，计算千瓦时内消耗的电力，并以适当的日期/时间戳将计算出的千瓦时存储在存储器中，以供随后进行检索并与消费者的入口仪表读数进行比较。通过经由红外线信号与安装有电杆的单元通信的手提式接地单元(例如，掌上型计算机)来完成数据检索。 

以下文献中描述了其它相关的常规系统，所述文献的揭示内容以引用的方式并入本文中： 

(1)Noh的美国专利第6,711,512号，其提供使用无线因特网网络的杆装变压器负载监视系统。负载监视系统能够实时地测量放置在配电线上的杆装变压器的多种负载参数(相电压、相电流和温度)。测量的结果通过无线因特网网络传送到分支操作站中的操作者，以便防止由超负载和不平衡状态引起的损失，藉此增强电源的质量并有效地管理配电负载。 

(2)Okuyama的美国专利第5,136,258号，其提供一种便携式数据传输/接收装置，其中接收器从测量单元接收作为无线电波的测量数据输出，测量单元用来测量将要与用 于识别测量单元的数据类型(ID数据)一起测量的物体的物理或化学值。接收器接收到的测量数据和数据类型显示在显示单元上一段预定的时间，并被存储在数据存储器中。通过将测量单元的显示部分上显示的数据与显示单元上显示的数据进行比较，来确认是否适当地存储了测量数据和数据类型。当操作键盘的取消键时，清除最近存储在数据存储器中的最新测量数据和最新数据类型。由测量单元获得并通过键盘输入的测量数据以及分配给测量单元的数据类型显示在显示单元上一段预定的时间，并被存储在数据存储器中。当操作键盘的传输键时，存储在数据存储器中的所有测量数据与数据类型一起通过无线电传输从传输器输出到外部数据处理单元。 

(3)Gunn等人的公开的美国专利申请案公开号第US2004/0183522号，其提供一种用于感应电力系统的电力线中的电流的装置，且揭示了含有所述装置的系统。所述装置可包括机壳，其提供可操作以允许电流线从中通过的窗口。所述装置可进一步包括有源电流互感器，其设置在机壳内并运作以产生电流的成比例的版本。所述装置可进一步包括放大器，其与有源电流互感器耦合并运作以减少相移和电流与电流的成比例的版本之间的比率误差。所述装置可进一步包括电力估计(powering)电流互感器，其设置在机壳内并运作以从主绕组上电力线接收电力，并在次绕组上传递电力。所述装置可进一步包括设置在机壳内的电源电路，电源电路通过来自电力估计电流互感器的次绕组而被供电并运作以将电力供应到放大器。所述装置可进一步包括次引线和次端子中的至少一者，其从机壳延伸，且与有源电流互感器耦合并运作以将电流的成比例的版本传递在机壳以外。 

(4)Lapinski等人的公开的美国专利申请案公开号第US2001/0040446号，其提供用于测量并监视电力发电和传输的装置和方法，所述装置和方法允许确定在特定高压电力传输线上流动的电力量和方向而不需要对所述传输线进行紧接访问，且进一步允许确定由连接到电力传输网的任何特定电力发电厂产生的电力量。 

所有前述器件仍具有的缺点是：不提供如(例如)HIPOTRONICS制造的模块化便携式DC高压绝缘测试器模型8175-PL(本文在说明书的以下附录部分中陈述其用户手册)可提供的灵活性和模块化结构(如图1a到图1c中所示)，以及无线网络设置中的无线操作可提供的便携性和安全性。 

发明内容

本发明尤其提供一种无线控制器(inter alia)，其可含有LCD显示器、具有硬盘驱动器的单板PC和无线接口，连同用于用户输入的按钮和旋转编码器。 

在根据本发明的无线控制器的示范性实施例中，通过使用到达IEEE 802.11无线接入点中的单板PC的以太网输出来实现无线控制。 

根据另一示范性实施例，一种根据本发明的控制器经设计成便携式的，其具有至少三个电源选项，包含内含局域干线供应通道的外部适配器、12v车辆电源出口和内部电池(其通常可被证实当充分充电时具有约两个小时的操作时间)中的至少一者。 

本发明的另一示范性实施例提供用于控制器的软件，其允许用户监视来自使用控制器的系统的电流和电压输出两者，并允许用户输入测试电压、测试电流和测试时间中的至少一者。 

根据本发明的示范性实施方案，可将结果存储在(例如)硬盘驱动器上并可通过USB接口进行利用。 

根据本发明的实施例，高压电源系统包括控制器，其可实施为具有无线接口的PC、具有无线接口的高压电源控制系统，和高压乘法器区域。 

根据本发明的另一示范性实施例，提供一种方法，其包括：控制高压输出；基于从控制器接收到的信息来调整电压和电流两者；和在丢失无线链接情况下，去除到达高压电源的输出。 

根据本发明的示范性实施方案和方法，将电源控制系统输出连接到高压乘法器区域，高压乘法器区域产生与电源控制系统输出相称的高压输出。电流和测量系统允许读出自耦变压器(auto transformer)电压和电流，以及高压输出电压和电流。可提供模拟仪来指示高压输出。 

根据本发明的另一示范性实施方案，一种利用IEEE 802.11连网来控制高压电源的无线方法可经扩展而包含一套测试和测量设备，其中因而可以无线的方式控制这些测试和测量设备的每一者。 

附图说明

结合附图考虑，并参看以下详细描述，将容易获得对本发明及其许多附带优点的更完整理解，从而更好地理解本发明，附图中： 

图1a到图1c展示由HIPOTRONICS制造的示范性模块化便携式高压绝缘测试器。 

图2a到图2n展示本发明实施例的实施方案的实例。 

图3a到图3c展示本发明实施例的实施方案的实例。 

图4展示本发明实施例的实施方案的另一实例。 

图5展示本发明实施例的实施方案的另一实例。 

图6a-6e展示根据本发明实施例的控制操作的示范性实施方案。 

图7展示根据本发明实施例的装配操作的示范性实施方案。 

图8a-8b展示根据本发明实施例的手动测试操作的示范性实施方案。 

图9展示根据本发明实施例的手动测试操作的另一示范性实施方案。 

具体实施方式

现参看附图，几个附图中所有相似参考标号表示相同或相应零件，以示意图详细展示本发明实施例。 

图2a到图2c和图3a到图3c中说明根据本发明示范性实施例的系统的控制器和组合件。 

参看2a到图2c、图3a和图3b，控制器的示范性实施方案包括6.5″x9″约600x480分辨率的LCD显示器、具有硬盘驱动器的小型IBM兼容单板PC，和无线接口，连同用于用户输入的按钮和旋转编码器。 

在示范性实施方案中，通过使用到达IEEE 802.11无线接入点中的单板PC的以太网输出来实现无线控制。选择IEEE 802.11是由于其对干扰的适应力及其内建的连网能力。控制器经设计成完全便携式的，其具有3个电源选项： 

来自内含局域干线供应通道的外部适配器。 

来自12v车辆电源出口。 

来自内部电池(完全充电的电池具有约2小时的操作时间)。 

控制器包含的软件允许用户监视来自系统的电流和电压输出两者，并允许根据需要输入所需的测试电压、电流和测试时间。结果存储到硬盘驱动器上并可通过USB接口进行利用。 

高压电源控制系统的示范性实施方案描述如下。 

参看图2a-2e和图3c，根据一个示范性实施方案，系统395(见图3c)容纳了PLC控制器，IEEE 802.11无线接入点、机动化自耦变压器、电流和电压测量系统、安全互锁和模拟电压仪。其由局域AC电源供电。控制系统通过IEEE 802.11无线接入点和到达PLC的以太网连接而与控制器通信。 

图2c说明了使用802.11接入点246和电源242的以太网至无线桥的一个示范性实施方案240。用于PLC244的以太网适配器通过10T以太网连接允许到达/来自PLC的通信。以太网至无线桥允许具有权限的其他用户存取设备。PLC控制高电压输出并基于从控制器接收到的信息来调整电压和电流两者。在此无线链接丢失的情况下，PLC将安全 地去除到达HV电源的输出。外部安全互锁由插塞P2提供。当此连接器上的电源插脚之间无连接时，高压被切断。电源控制系统输出连接到高压乘法器区域，高压乘法器区域产生与电源控制系统输出相称的高压输出。 

电流和测量系统(用于展示输入电流260和输入电压280量测的一个示范性实施方案个别显示于图2d及图2e中)允许PLC控制器读取自耦变压器电压和电流以及高压输出电压和电流。提供模拟仪来指示高压输出，且所述模拟仪对于操作者来说是可见的。为了安全起见，此高压指示在输出处呈现，且其不依赖于PLC控制系统。如图2a、2b、2d和2e所介绍的一个示范性实施方案，PLC的部分220包括2通道模拟输入，其用于：高电压输出电压(通过编号38的线路连接到部分260)和电流(通过编号39线路连接到部分280)，用于马达速度控制的可变DC输出(通过编号40的线路连接到部分220)。 

在图2a-2e所说明的实施例中应注意：将输入和功能开关显示为断电；将互锁和架空接触展示为易于问题的解决；“A”和“B”线路供应电且带有例如114V交流电；电阻例如为1/2W±10％；电容值在“UF”等级；符号 代表线路编号；以及标志 代表页(底部)之间的内部连接(顶部)。 

参照图2f-2n，其展示了在具有顶部覆盖380的组装的不同阶段中的控制器300的部件。图2n展示了经组装的具有底架390的控制器300的内部的后视图。 

根据本发明的示范性实施方案，一种利用IEEE 802.11连网来控制高压电源的无线方法可经扩展以包含Hipotronics当前制造的一系列产品。因而可以无线的方式控制这些产品的每一者。此允许操作者与测试系统完全电隔离以增加安全度。 

另外，此允许控制器无线地连接到不同的产品，使得需要对一零件执行多个测试的用户可使用相同的控制器。接着可将所有测试结果集中到一个测试报告中，并视需要发送到工厂网络。接着，监督者、管理者或其他被容许的人员也可访问系统来查看进展或查看结果。 

下文描述与便携式高压绝缘测试器一起使用的无线模块化DC高压绝缘测试控制器、调整器的示范性实施方案。应注意，根据又一示范性实施方案，一种根据本发明实施例的系统可提供用于执行达到875kV DC的高压绝缘测试的电流隔离操作平台。 

参看图4，根据示范性实施方案的控制和指示器如下： 

1.通电/断电：使用此控制来开启单元。应按住按钮直到电源指示器变亮为止。不应使用此按钮来关闭单元，除非软件冻结，在此情况下按住按钮10秒钟时间将促使单元切断。在关闭之后，在过去十秒的时期之前不可重新开启单元。 

2.电源指示器：当控制单元开启时，此指示器变亮。 

3.串行端口：RS232兼容串行端口。 

4.软件控制按钮：六个按钮用来选择由软件显示在屏幕上的选项。 

5.旋转控制器：此控制用来改变软件内的字段和值。 

6.USB端口：这些端口允许USB器件附接到控制器以便能够进行数据下载、键盘访问等。 

参看图5，根据示范性实施方案显示的信息如下： 

1.电压仪：以千伏显示输出电压。 

2.硬件状态：此面板展示调整器的状态，即HV开/关，互锁等。 

3.设置信息：此面板展示关于系统设置的电流信息。其展示系统正使用的DC模块的数目、最大电压和电流，以及电压设定点。所述面板上还展示当前正使用的设置文件名的名称。 

4.电流仪：显示来自高压绝缘测试堆栈的DC输出电流。当调整器不升高或降低时，此仪表为自动量程(auto-ranging)的，但在这些操作期间默认为最大标度。 

5.计时器：此仪表显示系统已处于设定点值的时间，除非计时器的操作模式设置为“手动”，在此情况下开始和停止按钮将促使计时器运作或停止。 

6.记录器：当高压接通时，图表记录器将开始记录。记录器提供输出电压和电流的图形显示。当HV切断时，记录器将停止记录。 

7.PLC状态：调整器内的所有处理和控制均由PLC控制器执行。屏幕底部的消息框显示PLC程序的电流状态，从而识别PLC正升高电压、保持电压或PLC已识别出的任何错误。 

8.高压控制：这两个控制用来以手动操作接通或切断HV，并在自动操作期间开始和停止测试。 

9.模式选择：此按钮使控制器操作模式在手动与自动之间进行转换。 

10.设置：此操作器用来进入设置和校准屏幕。 

11.退出：用来关闭控制器。 

参看图6a到图6e，根据示范性实施方案的控制操作如下： 

为控制上电：控制单元应定位在Hipotronics 8175无线调整器的50英尺内。调整器的AC电源应调到接通位置。向下按住控制单元上的“电源”按钮，直到“电源指示器”变亮为止。控制器上的屏幕将变亮，且内部计算机将进行其“启动”程序。当计算机正启动时，不要切断电源。当计算机已完成启动时，控制器将试图连接到调整器。(参看 图6a) 

软件初始化需要与网络通信的内部驱动器。如图6a中展示的屏幕将存在约1-2秒钟，之后其变为如图6b中展示的屏幕。 

控制器现搜索网络以试图定位与其通信的兼容的调整器装置。如果范围内没有合适的调整器，或调整器尚未开启，那么将报告如图6c中展示的消息。 

控制器将继续显示此消息直到电源切断为止，或合适的调整器被引入到范围内并上电为止。当已发现调整器时，出现如图6d中展示的消息。 

图6d的屏幕展示控制器已成功地连接到已识别为“ConEdUnit2”的8175调整器。消息框现将消失且将可以看见主操作屏幕，如图6e所示。 

根据示范性实施方案，在操作之前有必要确保显示在屏幕上的模块数目与实体上连接在系统中的模块数目匹配。可通过按下设置按钮来调整影响系统正常操作的所有设置。将显示如图7中展示的屏幕，其中： 

模块数目：正与系统一起使用的8175机筒(barrel)的数目。在手动和自动操作模式两者的情况下均需对此进行设置。 

斜率：此设置控制调整器升高和降低时的速度。可将其设置为慢速、中速或快速。通常，应将此设置设置为中速，对于高电容负载，慢速设置可提供更好的结果。 

计时器模式：当以“手动”操作模式运作控制器时，暂停计时器(dwell timer)可经设置而手动或自动地操作。如果将计时器设置为手动，那么其可在任何时间开始和停止，如果使暂停计时器处于自动模式，那么其在达到选定的设定点时将开始计数，且当设定点变化或HV切断时停止。 

自动测试文件名：当前正使用的设置文件的名称。此文件含有来自设置屏幕的所有设置。“默认”文件是当单元第一次开始工作时将使用的文件。可为每一自动设置分配文件名，以便能够将许多预定义的测试文档存储在计算机上。 

最大测试电压：当运作自动测试时，这是将要用来执行高压绝缘测试的电压。 

保持时间：当以自动模式运作时，这是保持最大测试电压的时间。 

阶跃数目：通过将阶跃数目选择为多于一个，当运作自动测试时，控制器将斜线上升到最大测试电压，但将在每一阶跃处停止。即，如果最大测试电压设置为100kv且阶跃数目设置为十，那么控制器将把电压升高到10kV，在阶跃保持时间中定义的一段时间内保持，并接着升高到20kV。第十阶跃将把输出设定为100kV，此时系统将暂停保持时间字段中定义的时间。 

阶跃保持时间：当运作自动测试时系统将在每一阶跃处暂停的时间。 

当运作手动测试时，根据示范性实施方案，显示如图8a和图8b中展示的信息。随后可进行以下程序： 

1.确保设置是正确的(参看以上段落)。 

2.通过按下“HV开”按钮来接通高压。 

3.在已接通高压之后，控制器报告“HV开保持电压”。为了将电压升高到期望的电平，将旋转控制调到右侧，直到电压设定点读取所需的电压电平为止。控制器将使输出电压升高直到达到设定点为止。 

4.如果计时器模式设置为自动，那么当输出电压达到目标电压时计时器将开始运作。如果计时器模式设置为手动，那么操作者需要按下“开始计时器”按钮来使暂停计时器开始运作。 

5.在所需的暂停时期之后，应通过将旋转控制调到左侧将设定点减小为零。 

6.按下“HV关”按钮切断HV。 

当运作手动测试时，根据示范性实施方案，显示如图9中展示的信息。随后可进行以下程序： 

1.通过从设置屏幕选择一文件或通过使用设置屏幕中的自动测试参数来设置测试，选择将要执行的测试文档。 

2.按下主操作屏幕上的“自动”按钮。屏幕底部处的左侧两个按钮将变为“开始”和“停止”，(参看图9)。 

3.为了开始自动测试运作，按下“开始”按钮。高压绝缘测试现将斜线上升到设置屏幕中所定义的第一电压阶跃。 

4.如果在设置屏幕中设置以下参数： 

最大测试电压：100kV 

测试时间：30秒 

阶跃数目：4 

阶跃保持时间：10秒 

那么单元将斜线上升到25kV并等待10秒，接着升高到50kV并保持10秒，接着75kV保持10秒，且最终100kV保持30秒。 

3.在最终测试保持时间之后，调整器将降低到零。在切断HV之前，其将在此种状态下等待，直到输出电压降到5kV以下为止。记录器将记录从接通HV的时刻起到切断HV的时刻为止的电压和电流。 

6.如果在任何时间需要停止测试，那么按下“停止”按钮。这样将立即切断高压。 此时，所有的记录功能也将停止。 

根据以上教示，本发明可能存在许多附加修改和变化。因此应了解，在所附权利要求书范围内，可以不同于本文具体描述的方式实践本发明。 

Claims (26)

1.一种高压测试系统，其包括：

一无线控制器，其经配置以监视一电流和一电压中的至少一者；

一第一模块，其用于感应指示所述电流和所述电压中的所述至少一者的第一测试数据并支持与所述无线控制器的无线通信以便将包括所述第一测试数据的信息提供给所述无线控制器；和

一电源，其将电力供应给所述无线控制器；

其中所述无线通信包括无线网络通信和将第一控制信息从所述无线控制器传输到所述模块，所述第一控制信息包括用于感应所述第一测试数据的第一测试参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述无线控制器为电流隔离的。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述无线通信包括利用IEEE 802.11连网标准的通信。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述电源包括所述无线控制器外部的至少一个一局域干线电源、所述无线控制器外部的一便携式电源和所述无线控制器内部的一电池。

5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括至少一第二模块，所述至少一第二模块用于感应第二测试数据并支持与所述无线控制器的无线通信以便将包括所述测试数据的信息提供给所述无线控制器，

其中所述无线通信包括将第二控制信息从所述无线控制器传输到所述第二模块。

6.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括一监察站，所述监察站经配置以通过所述无线网络通信来监视至少所述第一测试数据。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述控制器识别所述第一和第二模块中的至少一者作为识别符，且由所述第一和第二模块中的所述至少一个提供到所述无线控制器的所述信息包含所述识别符。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一模块包括一数量N的模块区，N是一大于或等于1的整数，且所述无线控制器具有指示所述模块区的所述数量N的信息。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述无线控制器存储至少一个包含一组测试参数的测试文档，所述一组测试参数用于控制所述第一模块以感应所述第一测试数据。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述无线控制器包括一时钟以助于所述第一模块的控制在指定的时间间隔和/或在一指定的时间周期内感应所述第一测试数据。

11.一种用于高压测试系统的无线控制器，所述无线控制器包括：

一无线通信模块，其用于无线发送包括第一控制数据的数据到第一高电压测试模块并用于无线接收包括由所述第一高电压测试模块所感应的指示电流和电压中的一者的第一测试数据的数据，所述第一控制数据包括用于感应所述第一测试数据的第一测试参数。

一显示器，其用于显示所述第一控制数据和所述第一测试数据中的一者；

一用户接口，其用于输入至少所述第一控制数据；和

一到达一电源的连接；

其中所述无线通信模块经配置以便连接到一无线网络。

12.根据权利要求11所述的无线控制器，其中所述无线控制器为电流隔离的。

13.根据权利要求11所述的无线控制器，其中所述无线通信模块经配置以便将至少所述第一测试数据发送到一连接至所述无线网络的监察站。

14.根据权利要求11所述的无线控制器，其中：

所述无线通信模块进一步经配置以无线地发送包含第二控制数据的数据到第二高电压压测试模块，且无线地接收由包含所述第二高电压测试模块所感应的第二测试数据的数据；

所述显示器进一步经配置以显示所述第二控制数据和所述第二测试数据中的至少一者；及

所述用户接口进一步经配置用于输入所述第二控制数据的至少一部分。

15.根据权利要求14所述的无线控制器，其中所述控制器识别所述第一和第二高电压测试模块中的至少一者作为识别符。

16.根据权利要求11所述的无线控制器，进一步包括用于存储包含一组测试参数的至少一测试文档的存储器，所述一组测试参数用于控制所述第一高电压测试模块以感应所述第一测试数据。

17.根据权利要求11所述的无线控制器，进一步包括一时钟以助于所述第一高电压测试模块的控制在指定的时间间隔和/或在一指定的时间周期内感应所述第一测试数据。

18.一种用于控制一高压测试系统的方法，所述方法包括：

在至少一第一测试模块与一无线控制器之间建立一无线连接；

将第一控制数据从所述控制器无线地发送到所述第一测试模块；和

从所述第一测试模块无线地接收包含指示电流和电压中的至少一者的至少第一测试数据的信息；

其中所述无线连接包括到达一无线网络的连接，所述第一控制数据包含用于控制所述第一测试模块以感应所述第一测试数据的第一测试参数。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：

在第二测试模块和所述无线控制器之间建立一无线连接；

将第二控制数据无线地从所述无线控制器传输到所述第二测试模块；和

从所述第二测试模块无线地接收第二测试数据。

20.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括将电力供应到所述无线控制器。

21.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括维持所述无线控制器的电流隔离。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述无线控制器接收所述第一测试数据，所述方法进一步包括从一监察站监视所述第一测试数据。

23.根据权利要求19所述的方法，其中所述控制器识别所述第一和第二测试模块中的至少一者作为识别符。

24.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一模块包括一数量N的模块区，N是一大于或等于1的整数，所述方法进一步包括将指示所述模块区的所述数量N的信息提供到所述无线控制器。

25.根据权利要求18所述的方法，进一步包括在所述无线控制器中存储包含一组测试参数的至少一测试文档，所述一组测试参数用于控制所述第一模块以感应所述第一测试数据。

26.根据权利要求18所述的方法，进一步包括控制所述第一模块以在指定的时间间隔和/或在指定的时间周期内感应所述测试数据。

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