CN212433367U - 一种电力电子设备绝缘在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子设备绝缘检测技术领域，公开了一种电力电子设备绝缘在线检测系统，包括采集模块、232通讯模块、CPU单元以及指示单元，所述采集模块经过232通讯模块与所述CPU单元连接，所述CPU单元与所述指示单元连接，所述采集模块将采集的300M‑1.5GHZ和1M‑30MHZ的电磁波信号经过232通讯模块传输给CPU单元进行处理。在本系统信号传输稳定、安全性能高，提高了绝缘检测的可靠性。

Description

一种电力电子设备绝缘在线检测系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子设备绝缘检测技术领域，具体涉及一种电力电子设备绝缘在线检测系统。

背景技术

电力电子设备（变频器、整流电源、UPS、EPS等）绝缘检测是设备运行和维护工作中的一个重要环境，是保证电力设备安全运行的有效手段之一同时也是电力系统绝缘监督的主要工作。电力设备的使用寿命主要取决于设备内部绝缘材料的性能。绝缘材料的电气性能主要是电场作用下的导电性能、介质性能以及绝缘强度。

目前，在电力电子设备长期运行过程中，如果电力电子设备绝缘下降，设备本体会发生局部放电现象，产生局放的部位会发射出超高频电磁波。通过检测电磁波实现对电力电子设备的绝缘检测，而现有的绝缘检测系统安全性较低，整体可靠性有待提高。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种电力电子设备绝缘在线检测系统，不仅能通过采集电力电子设备局部放电的部位发射出的300MHZ-1.5GHZ和1M-30MHZ电磁波，监测出设备绝缘劣化的发展趋势，还设有多种报警指示，安全性较高。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电力电子设备绝缘在线检测系统，包括：采集模块、232通讯模块、CPU单元以及指示单元，所述采集模块经过232通讯模块与所述CPU单元连接，所述CPU单元与所述指示单元连接，所述采集模块将采集的300M-1.5GHZ和1M-30MHZ的电磁波信号经过232通讯模块传输给CPU单元进行处理。

所述指示单元包括第三三极管和第四三极管，所述第三三极管的集电极经过第五电阻连接有用于故障指示的第三指示灯，所述第四三极管的集电极经过第七电阻连接有用于电源指示的第二指示灯，所述第四三极管的发射极经过第九电阻连接有用于运行指示的第一指示灯。

在本发明中，进一步的，还包括报警单元，所述报警单元与所述CPU单元连接，所述报警单元包括第五三极管，所述第五三极管的集电极连接有报警器用于在电路故障时发出声光报警信号。

在本发明中，进一步的，还包括USB模块和外部晶振单元，所述USB模块、外部晶振单元均与所述CPU单元连接，所述USB模块用于实现PC通讯，所述外部晶振单元用于为CPU单元提供准确的时钟信号。

所述CPU单元包括主控芯片，所述主控芯片的10引脚连接有控制面板插口，所述控制面板插口连接有控制面板，所述控制面板上设有若干按键用于实现手动控制。

所述232通讯模块包括通讯芯片，所述通讯芯片连接有插口，所述插口用于接收300M-1.5GHZ和1M-30MHZ的电磁波信号，所述通讯芯片的11、12脚与所述主控芯片的4、44脚对应连接，实现与主控芯片的通讯。

在本发明中，进一步的，还包括电源模块，所述电源模块与所述CPU单元连接，所述电源模块用于给各个模块提供所需要的电源。

所述电源模块包括第一电源芯片以及第二电源芯片，所述第一电源芯片连接有电源接口，用于输入交流电源，第一电源芯片的输出端连接所述第二电源芯片，所述第二电源芯片用于将+5V电压转换成VCC33以给各个模块供电。

所述外部晶振单元包括晶振芯片，晶振芯片的2、3引脚连接有晶振，晶振用于提供准确的脉冲信号，晶振芯片的5、6、7脚与主控芯片的27、26、25脚对应连接。

在本发明中，优选的，所述USB模块包括USB接口，USB接口的1脚经过第一三极管、第一电阻、第三电阻、第二三极管、第二电阻与主控芯片的55脚连接，USB接口的2、3脚分别经过第二十一电阻、第二十二电阻与主控芯片的53、54脚连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

在本系统中，通过采集模块采集电力电子设备局部放电的部位发射出的300MHZ-1.5GHZ和1M-30MHZ电磁波，采集的信号经过232通讯模块发送给CPU单元，CPU单元根据检测信号的幅值进行处理判断出电力电子设备的绝缘状态，从而完成对电力电子设备的绝缘检测，232通讯模块信号传输稳定，且信号线较少，有利于布线和通讯拓展。本系统中还设有指示单元，对系统的的运行、供电以及故障指示，通过报警单元在电路出现故障时进行报警，同时，在电路异常时CPU单元能够及时控制电源模块断电，从而进一步提高系统的安全性能。同时，通过USB模块便于与计算机等设备进行通讯，操作方便快捷。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的整体框图；

图2是本实用新型的CPU单元的部分电路图；

图3是本实用新型的CPU单元中扩展板的电路图；

图4是本实用新型的指示单元的电路图；

图5是本实用新型的报警单元的电路图；

图6是本实用新型的控制面板插口的电路图；

图7是本实用新型的232通讯模块的电路图；

图8是本实用新型的USB模块的电路图；

图9是本实用新型的电源模块的电路图；

图10是本实用新型的外部晶振单元的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、 “ 水平的”、“ 左”、“ 右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本实用新型一较佳实施方式提供一种电力电子设备绝缘在线检测系统，包括：采集模块、232通讯模块、CPU单元以及指示单元，采集模块经过232通讯模块与所述CPU单元连接，所述CPU单元与所述指示单元连接，采集模块将采集的300M-1.5GHZ和1M-30MHZ的电磁波信号经过232通讯模块传输给CPU单元进行处理。

在本发明的一个优选实施例中，采集模块选用安装于电力电子设备周围（小于1.5M）的超高频传感器以及安装于电力电子设备输电线路上的高频电流互感器，超高频传感器和高频电流互感器分别用于检测电力电子设备的超高频电磁波局放信号和高频电流局放信号。

在电力电子设备运行时，如果电力电子设备绝缘下降，设备本体会发生局部放电现象，产生局部放电的部位会发射出超高频电磁波（300MHZ-1.5GHZ）和高频电流（1M-30MHZ），通过检测这两种电磁波的局放信号即可实现局部放电的检测，可以监测出设备绝缘劣化的发展趋势，从而可以实现电力电子设备的绝缘在线检测。

具体的，在本实施例中，电力电子设备工作频率一般运行在1-100KHZ范围内，反映电力电子原件绝缘状态的局放信号在1M-30MHZ和300MHZ-1.5GHZ两个频率段内，这两个频率段都远离电力电子设备工作频率，通过高频电流互感器以及超高频传感器进行精确的检测，两者的检测信号经过经过通讯模块发送给CPU单元，CPU单元根据检测信号的幅值进行处理判断出电力电子设备的绝缘状态，从而完成对电力电子设备的绝缘检测。

在本系统中，通过采集模块采集电力电子设备局部放电的部位发射出的300MHZ-1.5GHZ和1M-30MHZ电磁波，采集的信号经过232通讯模块发送给CPU单元，CPU单元根据检测信号的幅值进行处理判断出电力电子设备的绝缘状态，从而完成对电力电子设备的绝缘检测，232通讯模块信号传输稳定，且信号线较少，有利于布线和通讯拓展。

在本实用新型中，具体的，CPU单元包括主控芯片M1以及扩展板M11，扩展板M11用于对主控芯片M1引脚的拓展以满足控制需要，主控芯片M1的型号为STM32F4&F7-CB，主控芯片M1的10引脚连接有控制面板插口J4，控制面板插口J4用于与控制面板上的若干按键相连接，用于实现系统的手动控制以及参数调节。

在本实施例中，同时参见图1、图2、图7，232通讯模块与超高频传感器、高频电流互感器电信号连接，超高频传感器以及高频电流互感器采集的信号先经过模数转换器，将采集的模拟量直接转换成数字量传输给232通讯模块，以保证在数据传输过程的稳定性。CPU单元作为本系统的核心控制模块，用于对采集的数据进行处理和判断。

进一步的，232通讯模块包括通讯芯片U5，通讯芯片U5的13、14脚连接有插口J2，插口J2用于接收超高频传感器以及高频电流互感器的数字量信号，所述通讯芯片U5的11、12脚与所述主控芯片M1的4、44脚对应连接，用于将检测信号传输给CPU单元。

参见图1，在本实用新型中，进一步的，还包括USB模块以及电源模块，USB模块以及电源模块均与所述检测模块电信号连接，USB模块用于实现PC通讯，电源模块用于给各个模块提供所需要的电源。

具体的，参见图1、图2、图8，在本实施例中，USB模块包括USB接口JP1，USB接口JP1主要用来连接计算机等，USB接口JP1的1脚经过第一三极管Q1、第一电阻R1、第三电阻R3、第二三极管Q2、第二电阻R2与主控芯片M1的55脚连接，USB接口JP1的2、3脚分别经过第二十一电阻R21、第二十二电阻R22与主控芯片M1的53、54脚连接，从而实现计算机与CPU单元之间的信号传输。

具体的，在本实施例中，参见图1、图9，电源模块包括第一电源芯片U1以及第二电源芯片U2，所述第一电源芯片U1连接有电源接口J5，用于输入交流电源，第一电源芯片U1为交直流转换芯片，用于将交流220V的输入电压进行转换，第一电源芯片U1的4脚经过第一电感L1、第十九电解电容C19、第二十电解电容C20、第六电容C6、第七电容C7后连接第二电源芯片U2的3引脚，第二电源芯片U2用于将+5V电压转换成VCC33以给各个模块供电，整个电源模块供电稳定，且通过若干电阻电容对电源信号进行隔离，以防止对电源信号的干扰。

在本实施例中，进一步的，还包括指示单元、报警单元、外部晶振单元，所述指示单元、报警单元以及外部晶振单元均与所述CPU单元电信号连接，所述指示单元用于系统运行、供电以及故障指示，所述报警单元用于在系统工作异常时进行报警，所述外部晶振单元用于为CPU单元提供准确的时钟信号。

本系统中还设有指示单元，对系统的的运行、供电以及故障指示，通过报警单元在电路出现故障时进行报警，同时，在电路异常时CPU单元能够及时控制电源模块断电，从而进一步提高系统的安全性能。同时，通过USB模块便于与计算机等设备进行通讯，操作方便快捷。

具体的，参见图1、图2、图4，指示单元包括第三三极管Q3和第四三极管Q4，所述第三三极管Q3的集电极经过第五电阻R5连接有第三指示灯LED3，第三三极管Q3的基极经过第六电阻R6与主控芯片M1的57脚连接，第三指示灯LED3用于实现故障指示，第四三极管Q4的集电极经过第七电阻R7连接有用于第二指示灯LED2，第四三极管Q4的发射极经过第九电阻R9连接有第一指示灯LED1，第四三极管Q4的基极经过第八电阻R8与主控芯片M1的56脚连接，第一指示灯LED1用于运行指示，第二指示灯LED2用于电源指示。具体的，主控芯片M1通过控制第三三极管Q3、第四三极管Q4的导通来控制各个指示灯的指示状态，通过两个三极管即可控制三个指示灯，不仅反应速率较高，安全可靠，还减少了外围的电子器件。

在本实用新型中，优选的，参见图1、图3、图5，报警单元包括第五三极管Q5，第五三极管Q5的基极与扩展板M11的3脚连接，第五三极管Q5的集电极连接有报警器LS1，在系统出现故障时，CPU单元将控制第三指示灯LED3亮起，报警器LS1发出声光报警信号。

在本实用新型中，进一步的，参见图1、图2、图10，外部晶振单元包括晶振芯片U3，晶振芯片U3的2、3引脚连接有晶振Y1，晶振Y1用于提供准确的脉冲信号，晶振芯片U3的5、6、7脚与主控芯片M1的27、26、25脚对应连接，外部晶振单元用于为CPU单元提供准确的时钟信号，以保证主控芯片M1内部程序的正常运行。

在本实施方式中，工作原理：

首先，将超高频传感器安装于电力电子设备周围（小于1.5M），将高频电流互感器安装于电力电子设备输电线路上的，通过超高频传感器和高频电流互感器，通过采集模块分别接收采集到的300MHZ-1.5GHZ和1M-30MHZ电磁波信号，并通过232通讯模块将采集的信号传输给CPU单元，CPU单元对该信号进行处理并判断电力电子设备的绝缘状态。在该过程中，通过电源模块来给各个模块提供所需要的电源，通过指示单元中的第一指示灯LED1、第二指示灯LED2、第三指示灯LED3实现对系统的运行、供电以及故障进行指示。在系统出现故障时，CPU单元控制电源模块切断电源，第三指示灯LED3亮起，报警器LS1发出报警信号，从而提示工作人员，进一步提高系统的安全性能。同时，本实施方式中还设有USB模块，通过USB模块可以快速与计算机进行信号传输，可以利用计算机中的分析软件对检测数据进行进一步分析。

上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。

Claims (9)

1.一种电力电子设备绝缘在线检测系统，其特征在于，包括：

采集模块、232通讯模块、CPU单元以及指示单元，所述采集模块经过232通讯模块与所述CPU单元连接，所述CPU单元与所述指示单元连接，所述采集模块将采集的300M-1.5GHZ和1M-30MHZ的电磁波信号经过232通讯模块传输给CPU单元进行处理；

所述指示单元包括第三三极管（Q3）和第四三极管（Q4），所述第三三极管（Q3）的集电极经过第五电阻（R5）连接有用于故障指示的第三指示灯（LED3），所述第四三极管（Q4）的集电极经过第七电阻（R7）连接有用于电源指示的第二指示灯（LED2），所述第四三极管（Q4）的发射极经过第九电阻（R9）连接有用于运行指示的第一指示灯（LED1）。

2.根据权利要求1所述的一种电力电子设备绝缘在线检测系统，其特征在于，还包括报警单元，所述报警单元与所述CPU单元连接，所述报警单元包括第五三极管（Q5），所述第五三极管（Q5）的集电极连接有报警器（LS1）用于在电路故障时发出声光报警信号。

3.根据权利要求2所述的一种电力电子设备绝缘在线检测系统，其特征在于，还包括USB模块和外部晶振单元，所述USB模块、外部晶振单元均与所述CPU单元连接，所述USB模块用于实现PC通讯，所述外部晶振单元用于为CPU单元提供准确的时钟信号。

4.根据权利要求3所述的一种电力电子设备绝缘在线检测系统，其特征在于，所述CPU单元包括主控芯片（M1），主控芯片（M1）的型号为STM32F4&F7-CB，所述主控芯片（M1）的10引脚连接有控制面板插口（J4），所述控制面板插口（J4）连接有控制面板，所述控制面板上设有若干按键用于实现手动控制。

5.根据权利要求4所述的一种电力电子设备绝缘在线检测系统，其特征在于，所述232通讯模块包括通讯芯片（U5），所述通讯芯片（U5）连接有插口（J2），所述插口（J2）用于接收300M-1.5GHZ和1M-30MHZ的电磁波信号，所述通讯芯片（U5）的11、12脚与所述主控芯片（M1）的4、44脚对应连接，实现与主控芯片（M1）的通讯。

6.根据权利要求4所述的一种电力电子设备绝缘在线检测系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块与所述CPU单元连接，所述电源模块用于给各个模块提供所需要的电源。

7.根据权利要求6所述的一种电力电子设备绝缘在线检测系统，其特征在于，所述电源模块包括第一电源芯片（U1）以及第二电源芯片（U2），所述第一电源芯片（U1）连接有电源接口（J5），电源接口（J5）用于输入交流电源，第一电源芯片（U1）的输出端连接所述第二电源芯片（U2），所述第二电源芯片（U2）用于将+5V电压转换成VCC33以给各个模块供电。

8.根据权利要求4所述的一种电力电子设备绝缘在线检测系统，其特征在于，所述外部晶振单元包括晶振芯片（U3），晶振芯片（U3）的2、3引脚连接有晶振（Y1），晶振（Y1）用于提供准确的脉冲信号，晶振芯片（U3）的5、6、7脚与主控芯片（M1）的27、26、25脚对应连接。

9.根据权利要求4所述的一种电力电子设备绝缘在线检测系统，其特征在于，所述USB模块包括USB接口（JP1），USB接口（JP1）的1脚经过第一三极管（Q1）、第一电阻（R1）、第三电阻（R3）、第二三极管（Q2）、第二电阻（R2）与主控芯片（M1）的55脚连接，USB接口（JP1）的2、3脚分别经过第二十一电阻（R21）、第二十二电阻（R22）与主控芯片（M1）的53、54脚连接。

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