CN218272488U - 一种变电站高压预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种变电站高压预警装置。本实用新型测量电路中每个TMR传感器的信号输出端与一路信号放大处理电路的信号输入端连接，每路信号放大处理电路的信号输出后经运算处理输入控制蜂鸣电压比较电路的信号输入端；控制蜂鸣电压比较电路接收经运算处理的信号后与设定阈值比较，控制蜂鸣器是否报警；测量电路包括三个轴向互相垂直的TMR传感器。本实用新型通过将采集的微小信号经过放大、计算和比较等处理，当测量工况超过一定阈值，启动报警和警告提示，从而保护维护/维修人员的人身安全。

Description

一种变电站高压预警装置

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，涉及一种变电站高压预警装置。

背景技术

目前，测量高压的方法，主要有电压互感器测量，用静电压表测量和用球隙测量的方法，其不足之处是，有的测试设备笨重，测试时间长，需要接触测量。因此，提出一种变电站高压预警装置，采用隧道磁电阻(TMR)测量变电站交变高压的产生的电磁辐射，能够实现非接触式变电站高压测量预警，测试灵敏，低功耗，设备小，适合直接佩戴，能够实现非接触测量，根据测试工况，随时报警提示。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种变电站高压预警装置。

一种变电站高压预警装置包括测量电路、信号放大处理电路和蜂鸣电压比较电路；所述的测量电路、信号放大处理电路和蜂鸣电压比较电路之间通过电线连接，测量电路中每个TMR传感器的信号输出端与一路信号放大处理电路的信号输入端连接，每路信号放大处理电路的输出信号经运算处理后输入蜂鸣电压比较电路的信号输入端；蜂鸣电压比较电路接收经运算处理后的信号后，与设定阈值比较，控制蜂鸣器是否报警；

所述的测量电路包括三个轴向互相垂直的TMR传感器，每个TMR传感器有四个隧道磁阻内采用惠斯通全桥连接，四个隧道磁阻参数一致，空载时四个阻值相等，电桥处于平衡状态；通过布局，分成两组，两组电阻磁敏感方向相反，同组内一对电阻磁敏感方向相同。

所述的信号放大处理电路采用仪表放大器。

所述的蜂鸣电压比较电路包括电压比较器、辅助电阻和蜂鸣器。

所述的运算处理通过乘积和加法运算电路完成。

本实用新型根据变电站交变高压产生的磁场辐射的大小和频率，选取合适的TMR作为传感元器件；相对于电流互感、霍尔传感器和巨磁磁阻传感器，TMR同时具有功耗小，相同大小的器件，TMR功耗比霍尔传感器和巨磁磁阻传感器功耗小三个数量级，灵敏度高数十倍，一个0.5mm×0.5mm的TMR，功耗为0.01～0.1mJ，灵敏度20mV/V/G，测量磁场范围0.001～200Oe，分辨率0.1mOe。采用电桥电路，减少噪音干扰，输出微小信号经过采集、放大、计算和比较等处理，当测量工况超过阈值时，启动报警和警告提示，从而保护维护/维修人员的人身安全。

附图说明

图1为本实用新型的整体框图；

图2为本实用新型施例中三轴TMR测试磁场结构示意图；

图3为本实用新型中每个轴向的TMR内部结构实验图；

图4为本实用新型测试信号放大处理电路原理图；

图5为本实用新型蜂鸣电压比较电路原理图；

图6为本实用新型蜂鸣器电压特性图；

图7为本实用新型测试信号处理计算整体流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，一种变电站高压预警装置，包括测量电路(TMR传感器)、信号放大处理电路和蜂鸣电压比较电路；测量电路(TMR传感器)、信号放大处理电路和蜂鸣电压比较电路之间通过电线连接，测量电路中每个TMR传感器的电压信号输出端与信号放大处理电路的信号输入端连接，信号放大处理电路的电压信号输出端与蜂鸣电压比较电路的信号输入端连接；蜂鸣电压比较电路接收经信号放大处理电路放大的电压信号后，将所测磁场电压值与设定阈值比较，控制蜂鸣器是否报警。

考虑到测量信号微弱性，容易受外界干扰，而且TMR传感器的测试与磁场方向有关系，采用三个轴向互相垂直的TMR传感器进行测试。如图2所示，测量电路包括三个轴向互相垂直的TMR传感器，三个轴向互相垂直的TMR传感器与磁场B夹角分别为α、β和γ。

每个TMR传感器内有采用惠斯通全桥连接的四个隧道磁阻，四个隧道磁阻参数一致，空载时四个阻值相等，电桥处于平衡状态。通过布局，分成两组，两组之间电阻磁敏感方向相反，同组内一对电阻磁敏感方向相同。

如图3所示，本实施例中4个隧道磁阻为R₁、R₂、R₃和R₄，R₁和R₃磁敏感方向相同；R₂和R₄的磁敏感方向相同，两组之间磁敏感方向相反。当有测试负载时，R₁和R₃分别增加△R，R₂和R₄分别减少△R。利用差分减少干扰，提高灵敏度。

选取与磁场夹角为α的X方向阐述，该方向TMR传感器采用惠斯通全桥结构，没有磁场环境下，四个电阻R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R，当施加外界磁场时，R₁、R₄的电阻变化与R₂、R₃的电阻变化刚好相反，即R₁、R₄的电阻分别增加△R，R₂、R₃的电阻分别减小△R，由惠斯通电桥可知

惠斯通电桥输出V_ox信号微弱，需要进行信号放大测试。惠斯通全桥输出的差分电压在mV数量级，若直接用电压检测仪进行测量会带来较大误差，因此需设计信号放大电路将信号放大。采用单一信号放大电路将mV级信号放大至可供测量的电压信号较困难，且会影响电路性能，因此设计放大电路，将电桥差分信号放大为单端信号。

如图4所示，信号放大电路采用仪表放大器，三个运算放大器A₁、A₂、A₃和匹配电阻组成，前级运放A₁、A₂为前置放大器，组成具有对称结构的差分输入，对差分信号分别进行放大跟随，提供高输入阻抗、低噪声和增益，如果匹配电阻满足，R₅＝R₇，R₆＝R₈＝R₉＝R_f，理论差模增益A_d＝1+2R₅/R_p，通过调整电阻R_p的阻值，调整电路的增益。放大倍数设置不宜超过100，保证增益带宽。当没有磁场，输入信号共模，R_p处于断开状态。后级运放A₃为差分运放，将前级差分信号转换为单端信号，抑制共模噪声，并在需要时调整R₆、R₈、R₉、R_f阻值，提供一定增益。

TMR传感器在三个轴向互相垂直x，y和z方向，输出电压V_ox、V_oy和V_oz分别作为信号放大电路的输入电压，输入放大电路，放大电路共有三个，每个传感器对应一个，经过放大后分别输出信号V_ox1、V_oy1和V_oz1。测试电压V_I ²＝V_ox1 ²+V_oy1 ²+V_oz1 ²，V_I是由V_ox1、V_oy1、V_oz1通过乘积和加法运算电路所得，乘积和加法运算电路为通用电路；

如图5和6所示，蜂鸣电压比较电路包括电压比较器A4、辅助电阻和蜂鸣器，将阈值电压V_REF、测试电压V_I输入电压比较器A4的信号输入端；

阈值电压V_REF是设定值(根据TMR分辨率确定的)，是设定磁场阈值B_REF对应的电压值；

测试电压V_I ²＝V_ox1 ²+V_oy1 ²+V_oz1 ²，根据给定的V_d(取值范围：1～7V)，得到△R/R，△R/R即是TMR传感器中隧道磁阻变化与磁场B的变化关系。推导出每个TMR传感器所在平面法向磁场大小，既B_x、B_y和B_z大小，实际工况中的磁场B²＝B_x ²+B_y ²+B_z ²。

将V_I与设定的阈值V_REF进行比较，当V_I大于V_REF，代表测试磁场B超过设定磁场阈值B_REF，输出高电平控制蜂鸣器蜂鸣报警。

如图7所示，本装置的工作过程如下：

根据变电站测试工况中磁场强度大小和频率，选取TMR传感器，使得在磁场强度范围内，TMR传感器的输出电压与周围磁场大小成线性关系。

设定磁场阈值B_REF，根据磁场阈值B_REF设定蜂鸣电压比较电路的阈值电压V_REF。

将报警装置放置磁场B(变压站的交变高压会在变电站附近产生磁场B)中。

报警装置中TMR传感器测量三轴磁感电压，将三轴磁感电压信号输入信号放大电路进行放大，经过放大后分别输出信号V_ox1、V_oy1和V_oz1；

根据经过放大后分别输出信号V_ox1、V_oy1和V_oz1，得到测试电压V_I，V_I ²＝V_ox1 ²+V_oy1 ²+V_oz1 ²。

将阈值电压V_REF、测试电压V_I输入电压比较器A4的信号输入端进行比较，当V_I大于V_REF，代表测试磁场B超过设定磁场阈值B_REF，输出高电平控制蜂鸣器蜂鸣报警。

Claims (4)

1.一种变电站高压预警装置，其特征在于：包括测量电路、信号放大处理电路和蜂鸣电压比较电路；所述的测量电路、信号放大处理电路和蜂鸣电压比较电路之间通过电线连接，测量电路中每个TMR传感器的信号输出端与一路信号放大处理电路的信号输入端连接，每路信号放大处理电路的输出信号经运算处理后输入蜂鸣电压比较电路的信号输入端；

所述的测量电路包括三个轴向互相垂直的TMR传感器，每个TMR传感器有四个隧道磁阻内采用惠斯通全桥连接，四个隧道磁阻参数一致，空载时四个阻值相等，电桥处于平衡状态；通过布局，分成两组，两组电阻磁敏感方向相反，同组内一对电阻磁敏感方向相同。

2.如权利要求1所述的变电站高压预警装置，其特征在于：所述的信号放大处理电路采用仪表放大器。

3.如权利要求1所述的变电站高压预警装置，其特征在于：所述的蜂鸣电压比较电路包括电压比较器、辅助电阻和蜂鸣器。

4.如权利要求1所述的变电站高压预警装置，其特征在于：所述的运算处理通过乘积和加法运算电路完成。

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