一种绝缘子泄漏电流采集系统的制作方法
【专利摘要】一种绝缘子泄漏电流采集系统，它包括电流互感器、单片机、无线通信芯片、档位切换电路和信号调理电路，所述电流互感器接入绝缘子泄漏电流的监测回路中，其次级线圈的一端接地，另一端依次经档位切换电路和信号调理电路接单片机的PA2端口，单片机的串口通过无线通信芯片与上位机连接。本实用新型设置了多个测量档位并且多个测量档位可自动切换，同传统绝缘子泄漏电流采集系统相比，该系统大大提高了绝缘子泄漏电流的测量精度，能够为绝缘子污秽度的评估和预测提供可信的参考信息，而且减少了测量人员的任务量，降低了测量人员的劳动强度。
【专利说明】一种绝缘子泄漏电流采集系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种宽量程、高精度的绝缘子泄漏电流测量系统，属于测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在电力系统中，绝缘子是将电位不同的导电体在机械上相互连接的部件，其性能的优劣对整个输电系统的安全运行起着非常关键的作用。尤其是在户外运行的绝缘子，除了应具有一定的电气绝缘性能和一定强度的机械性能之外，因其暴露在大气中、并长期工作在骤冷骤热、风吹雨打、潮湿、污秽物(酸，臭氧，灰尘等)等恶劣环境中，易出现绝缘子内部裂纹、表面破损、绝缘强度降低和污闪等故障。污闪是由于绝缘子表面污秽层达到饱和湿润时，绝缘子表面泄漏电流增长过大，导致沿绝缘子表面的闪络放电现象。研究表明，在湿润条件下污秽绝缘子的泄漏电流是表征污秽程度较好的特征量，在线实时监测高压输电线路绝缘子的泄漏电流，可以使电力系统管理人员把握高压网运行的绝缘状况，以便及时采取措施避免高压网运行中污闪故障的发生，提高电力系统运行的安全性和可靠性。
[0003]目前常用的绝缘子泄漏电流在线监测系统有多种，如以嵌入式微控制器为前台的检测系统、基于SB接口的非接触绝缘子泄漏电流检测系统、基于GSM SMS的输电线路绝缘子泄漏电流在线监测系统、以ARM微处理器和C8051F单片机为核心的监测系统等。在信号采集方面，许多监测系统先利用精密的无感电阻将泄漏电流信号转换为电压信号，然后用单片机采集电压信号后传至上位机。但现有的信号采集系统一般只有一个测量档位，由于泄漏电流的变化范围较大(在几十微安?几十毫安之间)，而单片机的输入电压范围有限(依据芯片选择的不同而不同，例如MEGA16的输入电压范围为O?5v)，所以单一档位的无感电阻难以同时满足电流采集的精度和单片机输入电压的双重限制，从而难以采集到精确的泄漏电流。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种多个测量档位可自动切换的绝缘子泄漏电流采集系统，在提高泄漏电流测量精度的同时，降低工作人员的劳动强度。
[0005]本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的:
[0006]一种绝缘子泄漏电流采集系统，构成中包括电流互感器、单片机、无线通信芯片、档位切换电路和信号调理电路，所述电流互感器接入绝缘子泄漏电流的监测回路中，其次级线圈的一端接地，另一端依次经档位切换电路和信号调理电路接单片机的PA2端口，单片机的串口通过无线通信芯片与上位机连接。
[0007]上述绝缘子泄漏电流采集系统，所述档位切换电路包括第一运算放大器、四个继电器、四个三极管和十个电阻，四个三极管分别与四个继电器的控制线圈串接后接电源电压，它们的基极分别经第一电阻?第四电阻接单片机的四个输出端口，第一运算放大器的反相输入端经第五电阻接电流互感器的次级线圈，同相输入端经第六电阻接地，输出端经信号调理电路接单片机的PA2端口，第一继电器的常闭触点、第二继电器?第四继电器的常开触点一端接第一运算放大器的输出端，另一端分别经第七电阻?第十电阻接第一运算放大器的反相输入端。
[0008]上述绝缘子泄漏电流采集系统，所述信号调理电路包括两个运算放大器和五个电阻，第二运算放大器的同相输入端接地，反相输入端经第十一电阻接第一运算放大器的输出端并经第十二电阻接+2.5V电压，其输出端经第十三电阻接其反相输入端并经第十四电阻接第三运算放大器的反相输入端，第三运算放大器的同相输入端接地，输出端接单片机的PA2端口并经第十五电阻接其反相输入端。
[0009]上述绝缘子泄漏电流采集系统，构成中还包括安装于被测绝缘子表面的温度传感器和湿度传感器，它们的信号输出端分别接单片机的不同输入端口。
[0010]上述绝缘子泄漏电流采集系统，第七电阻?第十电阻均采用无感电阻。
[0011]上述绝缘子泄漏电流采集系统，所述四个继电器的控制线圈上均并接有续流二极管。
[0012]本实用新型设置了多个测量档位并且多个测量档位可自动切换，同传统绝缘子泄漏电流采集系统相比，该系统大大提高了绝缘子泄漏电流的测量精度，能够为绝缘子污秽度的评估和预测提供可信的参考信息，而且减少了测量人员的任务量，降低了测量人员的劳动强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0014]图1是本实用新型的电原理图。
[0015]图中各标号为:U1、第一运算放大器，U2、第二运算放大器，U3、第三运算放大器，U4、单片机，U5、无线通信芯片，CT、电流互感器，Q1、第一三极管，Q2、第二三极管，Q3、第三三极管，Q4、第四三极管，J1、第一继电器，J2、第二继电器，J3、第三继电器，J4、第四继电器，J1-1、第一继电器的常闭触点，J2-1、第二继电器的常开触点，J3-1、第三继电器的常开触点，J4-1、第四继电器的常开触点，D1、第一续流二极管，D2、第二续流二极管，D3、第三续流二极管，D4、第四续流二极管，T、温度传感器，S、湿度传感器，Rl?R15、第一电阻?第十五电阻。
【具体实施方式】
[0016]参看图1，本实用新型硬件部分设置了不同档位的无感电阻，将电流信号转换为电压信号后进行采集，具体实施方案如下:
[0017]在采用经精密无感电阻接地的测量方法的基础上，根据泄漏电流的变化范围及特点，选取不同阻值的无感电阻作为不同的档位，将微弱的泄漏电流信号转变为合理的电压信号之后，送入MEGA16芯片进行处理，然后利用无线传输技术，将信号发送到上位机后进行动态显示和后续的处理。
[0018]本实用新型能够实现档位自动选择和切换，电路的工作原理为:首先，进行泄漏电流的预测量(即让其流过阻值较大的一个无感电阻转变为电压信号)，并将测量的信号送入MEGA16芯片；然后，MEGA16芯片根据输入信号的大小和提前设置好的各个档位的阈值为其选择合适的档位(即控制档位的继电器动作)；最后，用精密测量的数据覆盖预测量的数据即可。
[0019]软件系统主要实现上位机与采集系统的通信(采集频率、采集点数或采集模式)、采集数据的存储(存储为不同格式文件和图像)、处理(获得泄漏电流的峰峰值，单位时间内不同档位幅值脉冲的数量、电压与电流相位差，根据电压与电流信号拟合获得污层参数)及显不等。
[0020]电流互感器CT的线圈匝数比为1:1，第七电阻R7为预采集支路上的电阻，第八电阻R8~第十电阻RlO为三个支路档位上的无感电阻，Jl-1~J4-1为第一继电器~第四继电器的触点(J1-1为常闭触点，J2-1~J4-1为常开触点)，通过控制四个继电器可以控制各支路的通断(由MEGA16芯片控制)。本实用新型的第一运算放大器Ul接成放大电路，目的是将信号放大至2.5V左右；第二运算放大器U2接成加法电路，目的是将泄漏电流(正弦信号，有正有负)叠加一个直流电压(使得信号整体平移)，从而将输入电压范围控制在-5V~O ;第三运算放大器U3接成反向电路，将电压信号反向以满足MEGA16芯片的O~5V输入电压要求。多档位电阻的取值分别为:第七电阻R7(预采集电阻)取IOK欧姆，第八电阻R8~第十电阻RlO的阻值分别取100K Ω IM ^ IOM.C即为采集系统的3个档位)，R5取100欧姆。现将该电流采集系统的工作过程简述如下:
[0021]在电路工作初期第一继电器的常闭触点Jl-1是闭合的，PA2端口可以进行信号的预采集，并送入MEGA16芯片处理，然后断开第一继电器的常闭触点J1-1，并根据输入信号的峰峰值及J2\J3\J4档位的阈值闭 合相应档位的继电器，从而实现泄漏电流信号的精确采集。
【权利要求】
1.一种绝缘子泄漏电流采集系统，其特征是，它包括电流互感器(CT)、单片机(U4)、无线通信芯片(U5)、档位切换电路和信号调理电路，所述电流互感器(CT)接入绝缘子泄漏电流的监测回路中，其次级线圈的一端接地，另一端依次经档位切换电路和信号调理电路接单片机(U4)的PA2端口，单片机(U4)的串口通过无线通信芯片(U5)与上位机连接。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘子泄漏电流采集系统，其特征是，所述档位切换电路包括第一运算放大器(Ul )、四个继电器、四个三极管和十个电阻，所述四个三极管分别是第一三极管(Ql)~第四三极管(Q4)，所述四个继电器分别是第一继电器(Jl)~第四继电器(J4)，所述十个电阻分别是第一电阻(Rl)~第十电阻(RlO);所述第一三极管(Ql)~第四三极管(Q4)分别与所述第一继电器(Jl)~第四继电器(J4)的控制线圈串接后接电源电压，它们的基极分别经第一电阻(Rl)~第四电阻(R4)接单片机(U4)的四个输出端口，第一运算放大器(Ul)的反相输入端经第五电阻(R5)接电流互感器(CT)的次级线圈，同相输入端经第六电阻(R6)接地，输出端经信号调理电路接单片机(U4)的PA2端口，第一继电器的常闭触点(J1-1)、第二继电器的常开触点(J2-1)~第四继电器的常开触点(J4-1)的一端接第一运算放大器(Ul)的输出端，另一端分别经第七电阻(R7)~第十电阻(RlO)接第一运算放大器(Ul)的反相输入端。
3.根据权利要求2所述的一种绝缘子泄漏电流采集系统，其特征是，所述信号调理电路包括两个运算放大器和五个电阻，第二运算放大器(U2)的同相输入端接地，反相输入端经第十一电阻(Rll)接第一运算放大器(Ul)的输出端并经第十二电阻(R12)接+2.5V电压，其输出端经第十三电阻(R13)接其反相输入端并经第十四电阻(R14)接第三运算放大器(U3)的反相输入端，第三运算放大器(U3)的同相输入端接地，输出端接单片机(U4)的PA2端口并经第十五电阻(R15)接其反相输入端。
4.根据权利要求3所述的一种绝缘子泄漏电流采集系统，其特征是，构成中还包括安装于被测绝缘子表面的温度传感器(T)和湿度传感器(S)，它们的信号输出端分别接单片机(U4)的不同输入端口。
5.根据权利要求4所述的一种绝缘子泄漏电流采集系统，其特征是，第七电阻(R7)~第十电阻(RlO)均采用无感电阻。
6.根据权利要求5所述的一种绝缘子泄漏电流采集系统，其特征是，所述四个继电器的控制线圈上均并接有续流二极管。
【文档编号】G01R19/00GK203705522SQ201420055331
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】徐志钮, 王怡聪, 牛胜锁, 苗鹏超 申请人:华北电力大学（保定）