CN212363301U - 一种用于容性设备在线监测的数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，包括数据采集模块、数据处理模块、整流模块和储能模块；所述数据采集模块用于采集容性设备的监测信息传输给数据处理模块，并通过感应取电的方式进行供电输出，供整流模块整流后传输给储能模块，由储能模块向数据处理模块供电；所述数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、温湿度传感器、开关组件和A/D转换器，所述数据处理模块包括MCU处理器、通讯模块和RAM存储器。本实用新型可适应多种功能的测试，并具备取能装置，可实现容性设备的数据采集，为容性设备的在线监测提供数据基础。

Description

一种用于容性设备在线监测的数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及容性设备监测，特别是涉及一种用于容性设备在线监测的数据采集装置。

背景技术

当前容性高压设备的在线监测主要通过放电，温度进行测量，在线监测都是有线通信方式，需铺设电源，并存在功能单一的问题。

另外，现有的容性高压设备的监测由于不具备试验源输出，只是单纯的接收信号，因而当设备停电时，模块就失去了用途，无法用于其他需要试验源的场合，如果采取其他设备进行现场测量，可能会存在各种引入的误差和不确定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，可适应多种功能的测试，并具备取能装置，可实现容性设备的数据采集，为容性设备的在线监测提供数据基础。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，包括数据采集模块、数据处理模块、整流模块和储能模块；

所述数据采集模块用于采集容性设备的监测信息传输给数据处理模块，并通过感应取电的方式进行供电输出，供整流模块整流后传输给储能模块，由储能模块向数据处理模块供电；

所述数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、开关组件和A/D转换器；所述电压传感器和电流传感器的输出端均通过开关组件与所述A/D转换器连接，所述A/D转换器的输出端与数据处理模块连接；所述电流传感器还通过感应取电的方式对所述整流模块进行供电输出；

所述数据处理模块包括MCU处理器、通讯模块和RAM存储器，所述MCU处理器的输出端与所述A/D转换器的输出端连接，所述MCU处理器还分别与RAM存储器和通信模块连接。

其中，所述数据采集模块还包括温湿度传感器，所述温湿度传感器为模拟传感器时，温湿度传感器的输出端通过所述A/D转换器与MCU处理器连接；所述温湿度传感器为数字传感器时，温湿度传感器的输出端直接与MCU处理器连接。

优选地，所述储能模块包括但不限于蓄电池组；所述开关组件包括继电器或MOS开关；所述通信模块包括至少一路无线通讯模块和至少一路有线通讯模块；所述无线通讯模块包括5G、4G、WIFI、LORA、 ZIGBEE、NB-IOT、蓝牙模块、无线透明串口中的任意一种；所述有线通讯模块包括RS232接口、RS485接口、RJ45有线网口和光纤通信口中的任意一种。所述数据采集模块还包括至少一路额外的电压模拟量采集接口，用于接入外部测量设备的电压模拟量信号，所述电压模拟量采集接口的输出端通过A/D转换器与所述MCU处理器连接。

优选地，所述电压传感器为电压互感器、电压分压器、电容分压器中的一种；所述电流传感器为穿心式电流互感器、PCB印制电路的板载线圈和平行导线中的一种。

优选地，所述电流传感器包含至少有一个输出绕组；

当只有一个输出绕组时，电流传感器的输出分为两路，一路输出经开关组件送到A/D转换器，另一路直接并联引出到整流模块，然后给储能单元储能；

当电流传感器为两个或两个以上输出绕组时，至少一路绕组作为单独取能绕组，取能绕组单独与整理模块相连，然后给储能单元充电，其余绕组的输出经开关组件送到A/D转换器。

优选地，所述数据处理模块还包括数字脉冲输出端口，所述数字脉冲输出端口包括PWM脉冲调制器，用于DDS正弦/余弦/方波/线性调频脉冲/三角脉冲的形式对外输出脉冲调制信号，频率范围0.0001Hz到2000MHz。

本实用新型的有益效果是：本实用新型可适应多种功能的测试，并具备取能装置，能够直接在数据采集过程中进行取能，并可实现容性设备的数据采集，为容性设备的在线监测提供数据基础。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为数据采集模块的原理框图；

图3为实施例中CVT介质损耗监测连接示意图；

图4为实施例中信号基于两个接地点的电压注入方式示意图；

图5为实施例中信号基于耦合电流互感器的电压注入方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1~2所示，一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，包括数据采集模块、数据处理模块、整流模块和储能模块；

所述数据采集模块用于采集容性设备的监测信息传输给数据处理模块，并通过感应取电的方式进行供电输出，供整流模块整流后传输给储能模块，由储能模块向数据处理模块供电；

所述数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、开关组件和A/D转换器；所述电压传感器和电流传感器的输出端均通过开关组件与所述A/D转换器连接，所述A/D转换器的输出端与数据处理模块连接；所述电流传感器还通过感应取电的方式对所述整流模块进行供电输出；

所述数据处理模块包括MCU处理器、通讯模块和RAM存储器，所述MCU处理器的输出端与所述A/D转换器的输出端连接，所述MCU处理器还分别与RAM存储器和通信模块连接。

其中，所述数据采集模块还包括温湿度传感器，所述温湿度传感器为模拟传感器时，温湿度传感器的输出端通过所述A/D转换器与MCU处理器连接；所述温湿度传感器为数字传感器时，温湿度传感器的输出端直接与MCU处理器连接。

在本申请的实施例中，所述储能模块包括但不限于蓄电池组；所述开关组件包括继电器或MOS开关；所述通信模块包括至少一路无线通讯模块和至少一路有线通讯模块；所述无线通讯模块包括5G、4G、WIFI、LORA、 ZIGBEE、NB-IOT、蓝牙模块、无线透明串口中的任意一种,所述无线透明串口可以采用支持透明传输的无线RS232口,比如YL-100IL微功率无线数传模块；所述有线通讯模块包括RS232接口、RS485接口、RJ45有线网口和光纤通信口中的任意一种。所述数据采集模块还包括至少一路额外的电压模拟量采集接口，用于接入外部测量设备的电压模拟量信号，所述电压模拟量采集接口的输出端通过A/D转换器与所述MCU处理器连接。所述外部测量设备可以是对容性设备进行检测的电压监测、放电监测或其他状态量的监测设备；也就是说电压模拟量采集接口是为了使外部监测设备的数据能够进行输入，以便于实现数据整合和数据的统一上传。

在本申请的实施例中，所述电压传感器为电压互感器、电压分压器、电容分压器中的一种；所述电流传感器为穿心式电流互感器、PCB印制电路的板载线圈和平行导线中的一种。

在本申请的实施例中，所述电流传感器包含至少有一个输出绕组；

当只有一个输出绕组时，电流传感器的输出分为两路，一路输出经开关组件送到A/D转换器，另一路直接并联引出到整流模块，然后给储能单元储能；

当电流传感器为两个或两个以上输出绕组时，至少一路绕组作为单独取能绕组，取能绕组单独与整理模块相连，然后给储能单元充电，其余绕组的输出经开关组件送到A/D转换器。

在本申请的实施例中，所述数据处理模块还包括数字脉冲输出端口，所述数字脉冲输出端口包括PWM脉冲调制器，用于DDS正弦/余弦/方波/线性调频脉冲/三角脉冲的形式对外输出脉冲调制信号，频率范围0.0001Hz到2000MHz；

该实施例中，由于数字脉冲输出端口，能够使得整个装置带脉冲输出的功能，可用于驱动容性设备或电气设备的接地回路，实现额外的数据测量功能。

本实用新型可适应多种功能的测试，并具备取能装置，能够直接在数据采集过程中进行取能，并可实现容性设备的数据采集，为容性设备的在线监测提供数据基础，具体地下面结合具体的实施例对本申请的技术方案进行说明：

实施例1：

设用于电容器在线监测，主要监测电流、温湿度、振动信号。

电流传感器器采用45内径的开合式电流互感器，该互感器卡接在电容器的端子末屏端子处，

电流互感器具备2个绕组，其中一路绕组输出信号到ADC采样，另外一路输出到整流模块。

整流模块的前端设置有压敏过压保护器，防止雷击过电压信号破坏整流及整个模块。

温湿度传感器采用数字式SHT30，该传感器内部已经包含ADC电路，因此直接与MCU处理器的I2C总线连接，即可读取数据。

设在电容器上面已经配置了压电陶瓷薄膜，因此通过将该压电陶瓷薄膜输出端直接与电压模拟量接口，或通过电压传感器接入。当通过电压传感器接入时，MCU控制继电器接通，ADC便可以采集到来自压电陶瓷的振动信号。

为了满足全波形监测，MCU配置了本地存储器，设该存储器为256k的可编程读写器，可以连续存储256k字节数据。

通信模块包括无线LORA通信模块和本地RS232接口。通过远端的LORA接收器可实现远程读取数据，远程控制ADC采样率，远程控制继电器等。

实施例2：

设用于电容式互感器（简称CVT）介质损耗监测，如图3所示。

电流传感器与电容式电压互感器的载波通信端子通过穿心耦合方式相连，这种方式不破坏原载波通信接地端子的电气连接，不存在开路风险。

电流传感器同样具备2个绕组，1个绕组用于整流，充电。另一个绕组输出到ADC模数转换器。

（采用另一路电流传感器接母线CVT）

电压传感器输入端与被测电容式电压互感器或母线电容式电压互感器的二次电压端子并联。

由于母线电容式电压互感器的电压更加精准，现场条件允许可以优选母线电容式电压互感器接入。

温湿度传感器采用SHT20，直接接入MCU，设湿度为30%，温度为55度。

MCU启动继电器，同步采集来自电压传感器的电压信号和电流传感器的电流信号，将两路信号的波形录入存储器。设为了高精度计算介质损耗，需要精确采集较多的波形信号，设采集到的电压信号和电流信号分别为20000个点，即独自20k的数据。MCU根据采集的数据可以通过通信模块上传到服务器/PC/外部数据处理设备/外部工控机等，由服务器/PC/外部数据处理设备/外部工控机进行相关运算，获得电压电流的相位差，并计算介质损耗角、电容量及介质损耗。还可根据温湿度对测量的数据进行修正。

实施例3：

设用于220kV电流互感器介质损耗监测。与实施例1，2相同的不再重复。

电流传感器接入被测电流互感器末屏，依旧采用穿心电流互感器采集电流信号。

设母线电流互感器的末屏端已经有现成的穿心电流互感器，将该输出端引入到本监测模块的电压传感器端，或模拟量电压采集接口。MCU将同步采集的波形上传到服务器/PC/外部数据处理设备/外部工控机等，由服务器/PC/外部数据处理设备/外部工控机计算介质损耗角及介质损耗。

实施例4：

设用于220kV电压互感器全状态监测。

设温湿度传感器为独立的数字温度传感器和数字湿度传感器。

数字温度传感器采用红外传感器，应用时，该传感器安装在电压互感器末屏位置，或支撑架上对准电压互感器主绝缘。

MCU可以读取到电压互感器的内部温度。

MCU将采集的波形上传到服务器/PC/外部数据处理设备/外部工控机等，服务器/PC/外部数据处理设备/外部工控机基于电流传感器和电压传感器的信号，可实现介质损耗测量，电压互感器二次输出电压的测量，通过在设置报警信息，可以实现温度、介质损耗、二次电压质量、谐波、放电脉冲的监测和预警。

显而易见实施例2，3，4也同样适用于变压器套管介质损耗电容量及放电波形的在线监测。

实施例5：

设两个监测模块协同工作，通过无线或有线方式实现组网连接。

优选基于LORA组网方式。

设监测模块1#的信号输出为PWM脉冲，功率为20W，电压为5V。信号输出正端与变压器1#接地点相连，负端与变压器2#接地点。即将信号通过接地点1#和接地点2#建立了信号通路，如图4所示；

通过在接地点2，接入监测模块2#的电流传感器，该传感器优选为开口式的电流互感器，因而可用于测量监测点2的电流信号I2。通过计算该电流值，或该电流值与注入点1#的电压值的幅度或相位比，或频率比，可实现变压器接地引下线连通性的测量。

显而易见，注入点除了电压方式注入，还可以通过其他任意的耦合电流互感器耦合到接地回路，或在停电状态或带电状态，将信号耦合到其他电力设备中，如电容器中，实现对电容器在线或停电阻抗的测量，如图5所示；

同样，改变PWM信号频率，可以对比不同频率下的注入点（监测模块1）和采集点（监测模块2）的阻抗值，相位值来分析设备状态。

当通过MCU控制PWM实现扫频模式测量时，可将测量结果上传到服务器/PC/外部数据处理设备/外部工控机等，由服务器/PC/外部数据处理设备/外部工控机绘制扫频阻抗或扫频相位曲线，分析地网的电化学连通性或电化学腐蚀特性。

本实施例中的注入点可以是一个模块，监测点可以是多个模块的一对多的方式，也可以是多个注入点，多个采集监测点的多对多的方式，还可以是多个注入点，一个采集监测点的多对一的方式，除了用于接地网监测，带了试验源的模块可以用于电气设备的阻抗测量，电容量测量，电感量测量，反射量测试，扫频阻抗测量及基于扫频阻抗的电化学腐蚀分析。当用于反射量测试时，可监测PWM或DDS信号源输出的电压、电流的同时，监测来自信号反射端的电压或电流值，这里的反射电压或电流值可用一路额外模拟电压采集端口实现，上传到上位机（服务器/PC/外部数据处理设备/外部工控机等），可由上位机计算反射电压与发射电压的比值，相位差值，或反射电流与发射电压的比值，相位差值，或反射电流与发射电流的比值和相位差值，关于反射电压或反射电流的获取，可以采用互感器隔离，或光耦隔离，或直接接入，如果用于变压器变比或变比的频响测量时，反射电压为变压器副边绕组的电压或电流，发射电压为PWM输出端或DDS输出端的电压或电流信号。当用于电缆的传输阻抗时，反射电压为电缆远端的信号电压或电流，当用于结构隐患时，信号源可驱动超声波发生器，反射电压端可接入来自超声波接收传感器的电压信号；因此本申请不对反射电压的传输和信号变换方式做限制，只要接入的反射信号以电压形式展现，即可实现同步采集、与反射信号的计算。

当然，本专利的电流传感器和电压传感器可灵活接入不同位置的电流和电压信号，加上一路额外的电压采集通道，与信号源配合具备较好的应用扩展空间。因而所述的带信号源的阻抗或频响的试验不限于停电状态，如果现场有可以将信号源安全耦合到运行设备中的隔离或传输设备（如耦合互感器或受信号源驱动的超声波发生器），本专利所述的架构具备了采集反射和发射信号波形的能力，并且专门在电压传感器和电流传感器与ADC通道设计了控制开关，可以定时断开采样回路，一方面降低功耗，另一方面提升了安全性，防止持续接入带电运行设备引入的系统高电压、操作过电压或雷电高电压等，所以本专利所述的架构可用于带电运行状态的有源阻抗、有源频响、电容量、结构缺陷或基于这些参量的测试。综上，本申请有较好的应用空间和实用价值，尤其可用在电容器，电容式互感器，变压器等高压设备或结构体。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，其特征在于：包括数据采集模块、数据处理模块、整流模块和储能模块；

所述数据采集模块用于采集容性设备的监测信息传输给数据处理模块，并通过感应取电的方式进行供电输出，供整流模块整流后传输给储能模块，由储能模块向数据处理模块供电；

所述数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、开关组件和A/D转换器；所述电压传感器和电流传感器的输出端均通过开关组件与所述A/D转换器连接，所述A/D转换器的输出端与数据处理模块连接；所述电流传感器还通过感应取电的方式对所述整流模块进行供电输出；

所述数据处理模块包括MCU处理器、通讯模块和RAM存储器，所述MCU处理器的输出端与所述A/D转换器的输出端连接，所述MCU处理器还分别与RAM存储器和通信模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，其特征在于：所述数据采集模块还包括温湿度传感器，所述温湿度传感器为模拟传感器时，温湿度传感器的输出端通过所述A/D转换器与MCU处理器连接；所述温湿度传感器为数字传感器时，温湿度传感器的输出端直接与MCU处理器连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，其特征在于：所述储能模块包括但不限于蓄电池组。

4.根据权利要求1所述的一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，其特征在于：所述开关组件包括继电器或MOS开关。

5. 根据权利要求1所述的一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，其特征在于：所述通信模块包括至少一路无线通讯模块和至少一路有线通讯模块；所述无线通讯模块包括5G、4G、WIFI、LORA、 ZIGBEE、NB-IOT、蓝牙模块、无线透明串口中的任意一种；所述有线通讯模块包括RS232接口、RS485接口、RJ45有线网口和光纤通信口中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，其特征在于：所述数据采集模块还包括至少一路额外的电压模拟量采集接口，用于接入外部测量设备的电压模拟量信号，所述电压模拟量采集接口的输出端通过A/D转换器与所述MCU处理器连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，其特征在于：所述电压传感器为电压互感器、电压分压器、电容分压器中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，其特征在于：所述电流传感器为穿心式电流互感器、PCB印制电路的板载线圈和平行导线中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，其特征在于：所述电流传感器包含至少有一个输出绕组；

当只有一个输出绕组时，电流传感器的输出分为两路，一路输出经开关组件送到A/D转换器，另一路直接并联引出到整流模块，然后给储能单元储能；

当电流传感器为两个或两个以上输出绕组时，至少一路绕组作为单独取能绕组，取能绕组单独与整理模块相连，然后给储能单元充电，其余绕组的输出经开关组件送到A/D转换器。

10.根据权利要求5所述的一种用于容性设备在线监测的数据采集装置，其特征在于：所述数据处理模块还包括数字脉冲输出端口，所述数字脉冲输出端口包括PWM脉冲调制器，用于DDS正弦/余弦/方波/线性调频脉冲/三角脉冲的形式对外输出脉冲调制信号，频率范围0.0001Hz到2000MHz。

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