CN213275754U - 一种基于无线传感网络的大型地网分流相量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于无线传感网络的大型地网分流相量测量装置，涉及大型地网分量相量阻抗测量装置技术领域；包含主机系统、从机系统和监控终端，从机系统和监控终端通过蓝牙无线传感网与主机系统进行数据传输。本实用新型与传统地网接地阻抗测量装置通过向地网注入电流，测量地网端的电压，从而计算出地网的接地阻抗的这种方法不同，将分电流的影响考虑到了，降低了接地阻抗测量的误差，保障了系统安全、稳定的运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及大型地网分量相量阻抗测量装置技术领域，尤其涉及一种基于无线传感网络的大型地网分流相量测量装置。
背景技术
随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故屡有发生。大型发电厂地网建设具有一次性建设、维护困难等特点。其设施施工的可靠性不仅影响着整个发电厂各种电气设备的安全及正常运行，还关系着站内工作人员的人身安全，在工程建设中越来越重视。接地电阻值是大型接地系统的一项重要技术指标，是衡量大地网有效性和安全性的重要参数之一，准确测量大地网接地电阻值，对大型接地网安全性评价具有非常重要的意义。为了保证发电站的安全和可靠运行，要求接地电阻值在规范要求范围内，且阻值的上下波动范围越小越好。发电厂大地网接地电阻的测量，由于涉及范围大，地形地貌的影响环境干扰源较多，给准确测量带来了较大的难度。
同时，大型发电厂接地网容易受到侵蚀，导致地网接地电阻值变大，当系统故障，地网注入较大电流，会产生较大的接触电位差和跨步电位差，会严重影响设备以及人身安全。
由于发电厂的特殊性，发电厂的地面上存在较多的金属构架同外接架空地线相连，同时众多金属构架相互之间通过构架相连，构成了一个电阻电感网络。由于金属构架的存在，对接入的测试电流产生了较大的分流作用。传统的测量装置是通过向地网注入测试电流，测量地网端电压，利用电压除以电流得到地网接地电阻值，而没有考虑分电流的影响，从而导致了测得的接地电阻值误差较大，给系统的稳定运行以及工作人员的人身安全带来了隐患。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中传统测量装置没有考虑分电流影响导致测量结果不准的问题提供一种基于无线传感网络的大型地网分流相量测量装置。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于无线传感网络的大型地网分流相量测量装置，所述测量装置包含主机系统、从机系统以及监控终端；
主机系统通过罗氏线圈测量电流数据，从机系统通过罗氏线圈测量分电流，
从机系统和监控终端通过蓝牙无线传感网络与主机系统进行数据传输；
其中，主机系统包含主机电源模块、主机电流源模块、第一信号调理及陷波模块、第一AD采样模块、主机控制器、主机无线传感网络中心节点模块、主机过零检测模块、数据存储模块、第一显示模块、第一按键模块、第一射频天线、第一罗氏线圈；
所述主机电源模块用于主机系统的供电；
所述主机控制器用于主机测量装置的控制以及测量结果的处理；
所述主机电流源模块受主机控制器控制，产生恒定的异频测试电流，可接入地网的任意位置，该电流的相位被定义为参考零相位；
所述第一罗氏线圈与电流源模块连接，测量异频测量电流信号，并将测量结果输出到信号调理及陷波模块；
所述第一信号调理及陷波模块用于将接收到的电流测量结果中的干扰信号滤除，并进行信号放大后送入第一AD采样模块及主机过零检测模块；
所述第一AD采样模块用于电流信号的采集；
所述主机无线传感网络中心节点模块将主机过零检测模块中产生的中断信号同步至从机系统；
所述主机过零检测模块用于检测电流波形是否过零，若过零则将中断信号发送到主机控制器，进一步控制第一AD采样模块的启动；
所述数据存储模块用于存储第一AD采样模块采集到的数据；
所述第一显示模块与主机控制器连接，用于显示测量得到的异频电流数据；
所述第一按键模块与主机控制器连接，用于配置测量参数，控制测量过程；
所述从机系统包含从机电源模块、从机信号调理及陷波模块、第二AD采样模块、从机无线传感网络中心节点模块、从机过零检测模块、第二显示模块、第二按键模块、第二罗氏线圈、第二射频天线；
所述从机无线传感网络中心节点模块用于从机系统的控制以及分电流测量数据的处理；
所述从机电源模块用于从机系统的供电；
所述第二罗氏线圈受从机无线传感网络中心节点模块控制，当从机无线传感网络中心节点模块接收到主机系统同步过来的中断信号时，第二罗氏线圈开始测量地网区域内的分电流信号；
所述从机信号调理及陷波模块用于将接收到的电流测量结果中的干扰信号滤除，并进行信号放大后送入第二AD采样模块及从机过零检测模块；
所述第二AD采样模块用于对数据的周期采样，并送入从机无线传感网络中心节点模块，采样结束后计算分电流的有效值；
所述从机过零检测模块用于检测电流波形是否过零，若过零则将中断信号发送到从机无线传感网络中心节点模块，进一步控制第二AD采样模块；
所述第二显示模块与从机无线传感网络中心节点模块连接，用于显示测量得到的分电流；
所述第二按键模块与从机无线传感网络中心节点模块连接，用于配置测量参数，控制测量过程；
所述第二射频天线与无线传感网络中心节点模块连接，将采集到的数据发送给主机系统；
其中，第一AD采样模块与第二AD采样模块均包含运算放大器Q、电阻R1、电阻R2、电阻R3；
其中电阻R1的一端与Uin端连接，
电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、运算放大器Q的反相输入端连接；
电阻R2的另一端与运算放大器Q的输出端连接；
电阻R3的一端与运算放大器Q的同相输入端连接；
电阻R3的另一端与运算放大器Q的正电源端连接并接地；
运算放大器Q的负电源端连接连接VCC端；
运算放大器Q的输出端连接Uout端；
所述监控终端包含电源、蓝牙模块、无线收发模块、第三射频天线、串行通信接口模块、PC机管理系统。
作为本实用新型一种基于无线传感网络的大型地网分流相量测量装置的进一步优选方案，所述监控终端通过无线收发模块将主机系统采集到的电流采样数据经串行通信接口模块传输给PC机管理系统；
所述电源用于监控终端的供电；
蓝牙模块用于对采集到的电流数据进行无线传输；
无线收发模块用于射频天线接收到的数据以及蓝牙模块传输数据之间的通信；
射频天线用于接收从机系统传输的电流数据；
串行通信接口模块将电流数据传输给PC机管理系统；
PC机管理系统用于监控管理，提高自动化水平。
作为本实用新型一种基于无线传感网络的大型地网分流相量测量装置的进一步优选方案，所述主机控制器、从机控制器采用的芯片是TMS320LF2812；
所述主机无线传感网中心节点模块、从机无线传感网中心节点模块均采用CC2530芯片；
所述监控终端的控制器模块采用的芯片型号为CC2530；
所述第一AD采样模块、第二AD采样模块采用的芯片型号为LM358D；
所述第一按键电路、第二按键电路采用的芯片型号为AT89C52C；
所述第一显示模块、第二显示模块采用的芯片型号为AT89C52C；
所述第一显示模块、第二显示模块采用的显示器型号为LCD1602；
所述蓝牙模块采用的芯片型号为CC256XX；
所述信号调理及陷波模块采用低噪声运算放大器OP270及滤波集成芯片MAX263；
所述主机电源模块、从机电源模块采用芯片型号为AMS1117-3.3；
所述串行通信接口模块采用的芯片型号为MAX232。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.本实用新型能够现场测量出注入大型地网的总电流的电流相量，并逐一测量该大型地网区域内的各个金属构架和各个电缆外护套的分电流相量，总电流相量减去所有分电流相量，得到整体的大地网分流相量，为精确地得到大地网接地阻抗提供了保障；
2.本实用新型解决了测量各处分流相量的问题；
3.本实用新型采用蓝牙无线传感网络实现数据传输，以及PC机监控管理，自动化水平及管理效率高，减少了工作量。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构图；
图2是本实用新型的主机系统的结构图；
图3是本实用新型的从机系统的结构图；
图4是本实用新型的监控终端的结构图；
图5是本实用新型的AD采样模块电路图；
图6是本实用新型的按键电路图；
图7是本实用新型的显示电路图；
图8是本实用新型的蓝牙模块电路图。
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。
如图1所示，一种基于无线传感网络的大型地网分流相量测量装置，所述测量装置包含主机系统、从机系统以及监控终端；
主机系统通过罗氏线圈测量电流数据，从机系统通过罗氏线圈测量分电流，
从机系统和监控终端通过蓝牙无线传感网络与主机系统进行数据传输；
如图2所示，主机系统包含主机电源模块、主机电流源模块、第一信号调理及陷波模块、第一AD采样模块、主机控制器、主机无线传感网络中心节点模块、主机过零检测模块、数据存储模块、第一显示模块、第一按键模块、第一射频天线、第一罗氏线圈；
所述主机电源模块用于主机系统的供电；
所述主机控制器用于主机测量装置的控制以及测量结果的处理；
所述主机电流源模块受主机控制器控制，产生恒定的异频测试电流，可接入地网的任意位置，该电流的相位被定义为参考零相位；
所述第一罗氏线圈与电流源模块连接，测量异频测量电流信号，并将测量结果输出到信号调理及陷波模块；
所述第一信号调理及陷波模块用于将接收到的电流测量结果中的干扰信号滤除，并进行信号放大后送入第一AD采样模块及主机过零检测模块；
所述第一AD采样模块用于电流信号的采集；
所述主机无线传感网络中心节点模块将主机过零检测模块中产生的中断信号同步至从机系统；
所述主机过零检测模块用于检测电流波形是否过零，若过零则将中断信号发送到主机控制器，进一步控制第一AD采样模块的启动；
所述数据存储模块用于存储第一AD采样模块采集到的数据；
所述第一显示模块与主机控制器连接，用于显示测量得到的异频电流数据；
所述第一按键模块与主机控制器连接，用于配置测量参数，控制测量过程；
如图3、图6、图7所示，从机系统包含从机电源模块、从机信号调理及陷波模块、第二AD采样模块、从机无线传感网络中心节点模块、从机过零检测模块、第二显示模块、第二按键模块、第二罗氏线圈、第二射频天线；
所述从机无线传感网络中心节点模块用于从机系统的控制以及分电流测量数据的处理；
所述从机电源模块用于从机系统的供电；
所述第二罗氏线圈受从机无线传感网络中心节点模块控制，当从机无线传感网络中心节点模块接收到主机系统同步过来的中断信号时，第二罗氏线圈开始测量地网区域内的分电流信号；
所述从机信号调理及陷波模块用于将接收到的电流测量结果中的干扰信号滤除，并进行信号放大后送入第二AD采样模块及从机过零检测模块；
所述第二AD采样模块用于对数据的周期采样，并送入从机无线传感网络中心节点模块，采样结束后计算分电流的有效值；
所述从机过零检测模块用于检测电流波形是否过零，若过零则将中断信号发送到从机无线传感网络中心节点模块，进一步控制第二AD采样模块；
所述第二显示模块与从机无线传感网络中心节点模块连接，用于显示测量得到的分电流；
所述第二按键模块与从机无线传感网络中心节点模块连接，用于配置测量参数，控制测量过程；
所述第二射频天线与无线传感网络中心节点模块连接，将采集到的数据发送给主机系统；
其中，如图5所示，第一AD采样模块与第二AD采样模块均包含运算放大器Q、电阻R1、电阻R2、电阻R3；
其中电阻R1的一端与Uin端连接，
电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、运算放大器Q的反相输入端连接；
电阻R2的另一端与运算放大器Q的输出端连接；
电阻R3的一端与运算放大器Q的同相输入端连接；
电阻R3的另一端与运算放大器Q的正电源端连接并接地；
运算放大器Q的负电源端连接连接VCC端；
运算放大器Q的输出端连接Uout端；
如图4、图8所示所述监控终端包含电源、蓝牙模块、无线收发模块、第三射频天线、串行通信接口模块、PC机管理系统；
所述监控终端通过无线收发模块将主机系统采集到的电流采样数据经串行通信接口模块传输给PC机管理系统；
所述电源用于监控终端的供电，采用AMS1117-3.3芯片，将电压转换为3.3V，使其适用于监控终端；
蓝牙模块用于对采集到的电流数据进行无线传输；
无线收发模块用于射频天线接收到的数据以及蓝牙模块传输数据之间的通信；
第三射频天线用于接收从机系统传输的电流数据；
串行通信接口模块将电流数据传输给PC机管理系统；
PC机管理系统用于监控管理，提高自动化水平。
所述主机控制器采用的芯片是TMS320LF2812；
所述主机无线传感网中心节点模块、从机无线传感网中心节点模块均采用CC2530芯片；
所述监控终端的控制器模块采用的芯片型号为CC2530；
所述AD采样模块采用的芯片型号为LM358D；
所述按键电路采用的芯片型号为AT89C52C；
所述显示电路采用的芯片型号为AT89C52C；
所述显示电路采用的显示器型号为LCD1602；
所述蓝牙模块采用的芯片型号为CC256XX；
信号调理及陷波模块采用低噪声运算放大器OP270及滤波集成芯片MAX263；
电源模块采用芯片型号为AMS1117-3.3；
串行通信接口模块采用的芯片型号为MAX232。
主机系统的电流源模块在主机控制器的控制下产生恒定异频测试电流，并接入地网任意位置处，将该异频测试电流相位定义为参考零相位；采用罗氏线圈圈住该接入点，测量异频测试电流信号，并送入信号调理及陷波电路模块滤除50Hz干扰信号，并进行信号放大后送入AD转换模块及过零检测模块；过零检测模块检测到电流波形过零时给主机控制器发送中断信号，由主机控制器启动AD采样模块采样，采集的数据存储到数据存储模块，同时主机控制器模块将得到的过零检测模块的中断信号通过主机无线传感网中心节点发送给从机系统作为同步信号；主机控制器模块控制显示模块显示测量的异频测试电流数据；按键模块与控制器模块通信，配置测量参数，控制测量过程；
从机系统接收到到主机系统的同步信号后，从机无线传感网中心节点模块启动内部计数器；通过罗氏线圈测量地网区域内某一个金属构架或某一电缆的分电流信号，并送入信号调理及陷波模块滤除50Hz干扰信号，并进行信号放大；启动A/D采样模块转换器周期采样该电流信号，采样结束后计算该分电流的有效值，当过零检测模块检测到电流波形过零时，从机无线传感网中心节点模块内部计数器停止计数，得到分电流过零点与总电流过零点的时间差t；按公式
计算该分电流的相位，其中T为电流周期；显示模块显示测量的分流电流数据，并通过从机系统的无线传感网终端节点模块将采集的数据发送给主机系统。至此，该分电流相量测量完毕，可以依次进行下一分电流的测量工作，所有电流相量测量完后，主机系统将所有电流采样数据、大小、相位等信息通过主机无线传感网中心节点模块以点对点通讯方式传送给监控终端的控制器，由控制器经过串行通信模块传输给PC机管理系统。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于无线传感网络的大型地网分流相量测量装置，其特征在于：所述测量装置包含主机系统、从机系统以及监控终端；
主机系统通过罗氏线圈测量电流数据，从机系统通过罗氏线圈测量分电流，
从机系统和监控终端通过蓝牙无线传感网络与主机系统进行数据传输；
其中，主机系统包含主机电源模块、主机电流源模块、第一信号调理及陷波模块、第一AD采样模块、主机控制器、主机无线传感网络中心节点模块、主机过零检测模块、数据存储模块、第一显示模块、第一按键模块、第一射频天线、第一罗氏线圈；
所述主机电源模块用于主机系统的供电；
所述主机控制器用于主机测量装置的控制以及测量结果的处理；
所述主机电流源模块受主机控制器控制，产生恒定的异频测试电流，可接入地网的任意位置，该电流的相位被定义为参考零相位；
所述第一罗氏线圈与电流源模块连接，测量异频测量电流信号，并将测量结果输出到信号调理及陷波模块；
所述第一信号调理及陷波模块用于将接收到的电流测量结果中的干扰信号滤除，并进行信号放大后送入第一AD采样模块及主机过零检测模块；
所述第一AD采样模块用于电流信号的采集；
所述主机无线传感网络中心节点模块将主机过零检测模块中产生的中断信号同步至从机系统；
所述主机过零检测模块用于检测电流波形是否过零，若过零则将中断信号发送到主机控制器，进一步控制第一AD采样模块的启动；
所述数据存储模块用于存储第一AD采样模块采集到的数据；
所述第一显示模块与主机控制器连接，用于显示测量得到的异频电流数据；
所述第一按键模块与主机控制器连接，用于配置测量参数，控制测量过程；
所述从机系统包含从机电源模块、从机信号调理及陷波模块、第二AD采样模块、从机无线传感网络中心节点模块、从机过零检测模块、第二显示模块、第二按键模块、第二罗氏线圈、第二射频天线；
所述从机无线传感网络中心节点模块用于从机系统的控制以及分电流测量数据的处理；
所述从机电源模块用于从机系统的供电；
所述第二罗氏线圈受从机无线传感网络中心节点模块控制，当从机无线传感网络中心节点模块接收到主机系统同步过来的中断信号时，第二罗氏线圈开始测量地网区域内的分电流信号；
所述从机信号调理及陷波模块用于将接收到的电流测量结果中的干扰信号滤除，并进行信号放大后送入第二AD采样模块及从机过零检测模块；
所述第二AD采样模块用于对数据的周期采样，并送入从机无线传感网络中心节点模块，采样结束后计算分电流的有效值；
所述从机过零检测模块用于检测电流波形是否过零，若过零则将中断信号发送到从机无线传感网络中心节点模块，进一步控制第二AD采样模块；
所述第二显示模块与从机无线传感网络中心节点模块连接，用于显示测量得到的分电流；
所述第二按键模块与从机无线传感网络中心节点模块连接，用于配置测量参数，控制测量过程；
所述第二射频天线与无线传感网络中心节点模块连接，将采集到的数据发送给主机系统；
其中，第一AD采样模块与第二AD采样模块均包含运算放大器Q、电阻R1、电阻R2、电阻R3；
其中电阻R1的一端与Uin端连接，
电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、运算放大器Q的反相输入端连接；
电阻R2的另一端与运算放大器Q的输出端连接；
电阻R3的一端与运算放大器Q的同相输入端连接；
电阻R3的另一端与运算放大器Q的正电源端连接并接地；
运算放大器Q的负电源端连接连接VCC端；
运算放大器Q的输出端连接Uout端；
所述监控终端包含电源、蓝牙模块、无线收发模块、第三射频天线、串行通信接口模块、PC机管理系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的大型地网分流相量测量装置，其特征在于：所述监控终端通过无线收发模块将主机系统采集到的电流采样数据经串行通信接口模块传输给PC机管理系统；
所述电源用于监控终端的供电；
蓝牙模块用于对采集到的电流数据进行无线传输；
无线收发模块用于射频天线接收到的数据以及蓝牙模块传输数据之间的通信；
射频天线用于接收从机系统传输的电流数据；
串行通信接口模块将电流数据传输给PC机管理系统；
PC机管理系统用于监控管理，提高自动化水平。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的大型地网分流相量测量装置，其特征在于：所述主机控制器、从机控制器采用的芯片是TMS320LF2812；
所述主机无线传感网中心节点模块、从机无线传感网中心节点模块均采用CC2530芯片；
所述监控终端的控制器模块采用的芯片型号为CC2530；
所述第一AD采样模块、第二AD采样模块采用的芯片型号为LM358D；
所述第一按键电路、第二按键电路采用的芯片型号为AT89C52C；
所述第一显示模块、第二显示模块采用的芯片型号为AT89C52C；
所述第一显示模块、第二显示模块采用的显示器型号为LCD1602；
所述蓝牙模块采用的芯片型号为CC256XX；
所述信号调理及陷波模块采用低噪声运算放大器OP270及滤波集成芯片MAX263；
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20210525 |