一种电压互感器二次电压检测装置及检测方法与流程

1.本发明涉及自动化测量技术领域，尤其涉及一种电压互感器二次电压检测装置及检测方法。


背景技术：

2.变电站上的电压互感器的二次电压出现异常时，表明电压互感器或变压器存在异常故障，若不能及时发现处理，可能会影响电压互感器的正常运行，甚至会影响整个电网的正常运行，因此需要变电站值班员定期对变电站电压互感器的二次电压进行测量并判断数据是否正常。而现场测量过程中，可能存在以下问题：(1)接线错误导致测量数据异常；(2)测量工具的测量档位、量程选用错误导致测量数据异常；(3)数据分析不深入或人为记录错误导致未能及时发现设备异常；(4)测试仪器仪表等档位、量程选错引起的电压互感器短路风险；(5)低压触电的人身风险。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种电压互感器二次电压检测装置及检测方法，可实现电压互感器二次电压的自动化检测，提高检测的精准性和效率。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种电压互感器二次电压检测装置，包括：主控制器、输入切换模块、分压模块、全波整流模块和模数转换模块；所述主控制器与所述输入切换模块电连接，所述输入切换模块与所述分压模块电连接，所述分压模块与所述全波整流模块电连接，所述全波整流模块与所述模数转换模块电连接，所述模数转换模块与所述主控制器电连接；
5.所述主控制器用于控制所述输入切换模块切换采集线缆的各相线输入电压；所述分压模块用于对所述相线输入电压进行降压处理；所述全波整流模块用于将所述分压模块降压处理后的所述相线输入电压转化成直流电压；所述模数转换模块用于将所述直流电压转换成数字信号；所述主控制器还用于在所述数字信号大于设定阈值时，确定所述电压互感器二次电压异常。
6.可选的，所述输入切换模块包括至少两条切换电路；每条所述切换电路包括电源端、采集端、输出端和控制端；
7.各所述切换电路的所述电源端均与外部电源连接；各所述切换电路的所述采集端与所述线缆的各相线一一对应连接；各所述切换电路的所述输出端电连接，且与所述分压模块电连接；各所述切换电路的所述控制端与所述主控制器电连接；所述主控制器用于控制各所述切换电路依次与所述分压模块导通。
8.可选的，所述切换电路还包括继电器和晶体管；
9.所述切换电路的所述控制端与所述晶体管的控制端电连接；所述继电器的线圈的第一端与所述切换电路的所述电源端电连接，所述继电器的线圈的第二端与所述晶体管的输入端电连接，所述晶体管的输出端接地；所述继电器的开关的第一端与所述切换电路的
所述采集端电连接，所述继电器的开关的第二端与所述切换电路的所述输出端电连接。
10.可选的，所述晶体管包括npn型三极管。
11.可选的，所述切换电路还包括第一限流电阻、第二限流电阻和第一二极管；
12.所述切换电路的所述控制端通过所述第一限流电阻与所述晶体管的控制端电连接；所述晶体管的输出端通过所述第二限流电阻接地；所述第一二极管的正极与所述继电器的线圈的第二端电连接，所述第一二极管的负极与所述继电器的线圈的第一端电连接。
13.可选的，所述分压模块包括变压器、第一电容、第二电容和分压电压输出端；
14.所述变压器的高压侧的第一端与所述输入切换模块电连接，所述变压器的高压侧的第二端与参考电压端电连接；所述变压器的低压侧的第一端与所述第一电容的第一端电连接，所述变压器的低压侧的第二端接地；所述第一电容的第二端以及所述第二电容的第一端均与所述分压电压输出端电连接，所述第二电容的第二端接地；所述分压电压输出端与所述全波整流模块电连接。
15.可选的，所述全波整流模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二二极管、第三二极管、第一运算放大器和第二运算放大器；
16.所述第一电阻的第一端与所述第四电阻的第一端连接于第一节点，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接于第二节点，所述第二电阻与所述第三电阻的第一端连接于第三节点，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第二端连接于第四节点；所述第五电阻的第一端与所述第四节点电连接，所述第五电阻的第二端与所述模数转换模块电连接；
17.所述第一运算放大器的反相输入端以及所述第三二极管的负极均与所述第二节点电连接；所述第一运算放大器的同相输入端接地；所述第一运算放大器的输出端以及所述第三二极管的正极均与所述第二二极管的负极电连接；所述第二二极管的正极与所述第三节点电连接；
18.所述第二运算放大器的反相输入端与所述第四节点电连接，所述第二运算放大器的同相输入端接地，所述第二运算放大器的输出端与所述第五电阻的第二端电连接。
19.可选的，还包括显示器；所述显示器与所述主控制器电连接。
20.可选的，还包括打印机；所述打印机与所述主控制器电连接。
21.第二方面，本发明实施例还提供了一种电压互感器二次电压检测方法，适用于上述任一项所述的电压互感器二次电压检测装置，所述电压互感器二次电压检测方法包括：
22.控制输入切换模块切换采集线缆的各相线输入电压；
23.获取依次经分压模块降压处理、经全波整流模块交流转直流以及模数转换模块转换成的数字信号；
24.在所述数字信号大于设定阈值时，确定所述电压互感器二次电压异常。
25.本发明中，电压互感器二次电压检测装置包括主控制器，输入切换模块、分压模块、全波整流模块和模数转换模块；主控制器与输入切换模块电连接，输入切换模块与分压模块电连接，分压模块与全波整流模块电连接，全波整流模块与模数转换模块电连接；主控制器控制输入切换模块切换采集电压互感器二次电压线缆的各相线输入电压，经分压模块进行降压处理，经全波整流模块进行交流电压转直流电压处理，经模数转换模块转换为数字信号后发送至主控制器，主控制器在数字信号大于设定阈值时，确定电压互感器二次电
压异常。本发明提供的电压互感器二次电压检测装置，通过主控制器控制输入切换模块依次采集各相线输入电压，并对经过分压模块、全波整流模块和模数转换模块处理后的数字信号进行计算处理，在数字信号大于设定阈值时，确定电压互感器二次电压异常，可实现电压互感器二次电压的自动化检测，避免人工检测可能出现的接线错误、档位量程错误、数据错误以及触电危险等，进而提高检测的效率、准确性和安全性。
附图说明
26.图1是本发明实施例一提供的一种电压互感器二次电压检测装置的结构框图；
27.图2是本发明实施例一提供的一种输入切换模块的结构示意图；
28.图3是本发明实施例一提供的一种分压模块的结构示意图；
29.图4是本发明实施例一提供的一种全波整流模块的结构示意图；
30.图5是本发明实施例一提供的另一种电压互感器二次电压检测装置的结构框图；
31.图6是本发明实施例二提供的一种电压互感器二次电压检测方法的流程图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
33.实施例一
34.图1是本发明实施例一提供的一种电压互感器二次电压检测装置的结构框图。如图1所示，该电压互感器二次电压检测装置10包括主控制器100、输入切换模块200、分压模块300、全波整流模块400和模数转换模块500；主控制器100与输入切换模块200电连接，输入切换模块200与分压模块300电连接，分压模块300与全波整流模块400电连接，全波整流模块400与模数转换模块500电连接，模数转换模块500与主控制器100电连接；主控制器100用于控制输入切换模块200切换采集线缆的各相线输入电压；分压模块300用于对相线输入电压进行降压处理；全波整流模块400用于将分压模块降压处理后的相线输入电压转化成直流电压；模数转换模块500用于将直流电压转换成数字信号；主控制器100还用于在数字信号大于设定阈值时，确定电压互感器二次电压异常。
35.主控制器100可以是对所有硬件进行控制调配、执行通用运算的核心硬件模块，如中央处理器(central processing unit，cpu)等，主控制器100可以根据内部预设程序向输入切换模块200发送控制切换信号，以控制输入切换模块200依次采集各个相线输入电压。
36.输入切换模块200可以是具有多个输入端子的输入切换电路，各个输入端子可以通过表笔连接在电压互感器二次电压的线缆的各个相线上，根据主控制器100发送的控制切换信号，依次控制从各个输入端子接入各相线上的输入电压能够传输至分压模块300。
37.输入切换模块200采集到的各个相线输入电压一般在60
‑
100v，分压模块300将高电压值的相线输入电压进行降压处理，获得3
‑
5v的低电压值的相线输入电压传输至全波整流模块400。
38.全波整流模块400可以是能够将交流转换为单一方向电流的电路。经过分压模块300降压处理后的相线输入电压是交流电压，全波整流模块400可以将经过分压模块300降
压处理后的交流相线输入电压转换为直流相线输入电压，并传输至模数转换模块500。
39.模数转换模块500，即a/d转换器，或简称adc，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。经过全波整流模块400处理后的直流相线输入电压是模拟输入信号，模数转换模块500可以将该模拟输入信号转换为主控制器100可以识别的数字输入信号，并传输至主控制器100。
40.主控制器100最后对接收到的对应各个相线的数字信号进行运算处理，还可以在运算处理结果大于内部程序设定阈值时，自动判断该电压互感器二次电压异常。优选的，本发明实施例提供的电压互感器二次电压检测装置10，主控制器100可以将各个相线输入电压对应的数字信号进行两两做差处理，并设置一设定偏差值，若存在任一对两两做差的数字信号的差值大于该设定偏差值，则说明电压互感器二次电压的线缆上存在至少一条相线上的电压异常，则主控制器100可自动确定该电压互感器二次电压异常，进而可及时提醒工作人员进行检查维修。
41.本发明提供的电压互感器二次电压检测装置，通过主控制器控制输入切换模块依次采集各相线输入电压，并对经过分压模块、全波整流模块和模数转换模块处理后的数字信号进行计算处理，在数字信号大于设定阈值时，确定电压互感器二次电压异常，可实现电压互感器二次电压的自动化检测，避免人工检测可能出现的接线错误、档位量程错误、数据错误以及触电危险等，进而提高检测的效率、准确性和安全性。
42.图2是本发明实施例一提供的一种输入切换模块的结构示意图。可选的，参考图2所示，输入切换模块200可以包括至少两条切换电路(图中示例性的标出两条切换电路)；每条切换电路包括电源端210、采集端220、输出端230和控制端240；各切换电路的电源端210均与外部电源600连接；各切换电路的采集端220(第一端子m1和第二端子m2)与线缆的各相线(a相线和b相线)一一对应连接；各切换电路的输出端230电连接，且与分压模块300电连接；各切换电路的控制端240(zjl1和zjl2)与主控制器100电连接；主控制器100用于控制各切换电路依次与分压模块300导通。
43.本发明实施例提供的输入切换模块200可以根据电压互感器二次电压检测现场的实际情况，选择切换电路的数量，图2示例性的标出两条切换电路。切换电路的电源端210均与外部电源600电连接，用于为切换电路中的各个用电元件供电。切换电路的采集端220(第一端子m1和第二端子m2)可以采用表笔连接在二次电压的线缆的各个相线(a相线和b相线)上，用于采集各个相线上的输入电压。切换电路的输出端230均与分压模块300电连接，用于在各切换电路导通时，将采集端220(第一端子m1和第二端子m2)的各相线输入电压传输至分压模块300。切换电路的控制端240(zjl1和zjl2)与主控制器100电连接，用于接收主控制器100发送的控制切换信号，并控制各切换电路的导通或断开。需要说明的是，本发明实施例提供的电压互感器二次电压检测装置10，主控制器100每次仅控制一条切换电路导通，仅使一条切换电路的采集端220(第一端子m1和第二端子m2)采集的对应的相线输入电压传输至分压模块300。
44.可选的，继续参考图2所示，切换电路还可以包括继电器250(图中示例性的标出第一继电器k1和第二继电器k2)和晶体管260(图中示例性的标出第一晶体管q1和第二晶体管q2)；切换电路的控制端240(zjl1和zjl2)与晶体管260(第一晶体管q1和第二晶体管q2)的控制端电连接；继电器250(第一继电器k1和第二继电器k2)的线圈的第一端与切换电路的
电源端210电连接，继电器250(第一继电器k1和第二继电器k2)的线圈的第二端与晶体管260(第一晶体管q1和第二晶体管q2)的输入端电连接，晶体管260(第一晶体管q1和第二晶体管q2)的输出端接地；继电器250(第一继电器k1和第二继电器k2)的开关的第一端与切换电路的采集端220(第一端子m1和第二端子m2)电连接，继电器250(第一继电器k1和第二继电器k2)的开关的第二端与切换电路的输出端230电连接。
45.主控制器100通过向输入切换模块200发送控制切换信号，各切换电路的控制端240(zjl1和zjl2)接收该控制切换信号，并控制晶体管260(第一晶体管q1和第二晶体管q2)的导通或截止，进而控制继电器250(第一继电器k1和第二继电器k2)的线圈的上电或断电，进而控制继电器250(第一继电器k1和第二继电器k2)的开关的闭合或断开，进而控制切换电路的采集端220(第一端子m1和第二端子m2)采集到的相线输入电压传输至分压模块300。
46.可选的，继续参考图2所示，晶体管260(第一晶体管q1和第二晶体管q2)可以包括npn型三极管。
47.晶体管260(第一晶体管q1和第二晶体管q2)的基极与切换电路的控制端240(zjl1和zjl2)电连接；晶体管260(第一晶体管q1和第二晶体管q2)的集电极与继电器250(第一继电器k1和第二继电器k2)的线圈的第二端电连接，晶体管260(第一晶体管q1和第二晶体管q2)的发射极接地。
48.可选的，继续参考图2所示，切换电路还可以包括第一限流电阻r1’(r11’和r12’)、第二限流电阻r2’(r21’和r22’)和第一二极管d1(d11和d12)；切换电路的控制端240(zjl1和zjl2)通过第一限流电阻r1’(r11’和r12’)与晶体管260(第一晶体管q1和第二晶体管q2)的控制端电连接；晶体管260(第一晶体管q1和第二晶体管q2)的输出端通过第二限流电阻r2’(r21’和r22’)接地；第一二极管d1(d11和d12)的正极与继电器250(第一继电器k1和第二继电器k2)的线圈的第二端电连接，第一二极管d1(d11和d12)的负极与继电器的线圈250(第一继电器k1和第二继电器k2)的第一端电连接。
49.第一限流电阻r1’(r11’和r12’)和第二限流电阻r2’(r21’和r22’)均为晶体管260(第一晶体管q1和第二晶体管q2)提供限流作用；第一二极管d1(d11和d12)防止继电器250(第一继电器k1和第二继电器k2)接反。
50.图3是本发明实施例一提供的一种分压模块的结构示意图。可选的，参考图3所示，分压模块300可以包括变压器t1、第一电容c1、第二电容c2和分压电压输出端u1；变压器t1的高压侧的第一端与输入切换模块200电连接，变压器的高压侧的第二端与参考电压端n600电连接；变压器t1的低压侧的第一端与第一电容c1的第一端电连接，变压器t1的低压侧的第二端接地；第一电容c1的第二端以及第二电容c2的第一端均与分压电压输出端u1电连接，第二电容c2的第二端接地；分压电压输出端u1与全波整流模块400电连接。
51.变压器t1用于对高压侧的相线输入电压进行降压处理。第一电容c1和第二电容c2组成电容分压电路，用于进一步将经过变压器t1降压处理的相线输入电压进行降压处理。由输入切换模块200输入的相线输入电压一般在60
‑
100v左右，经过分压模块300降压至3
‑
5v进行输出。
52.图4是本发明实施例一提供的一种全波整流模块的结构示意图。可选的，参考图4所示，全波整流模块400可以包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第二二极管d2、第三二极管d3、第一运算放大器410和第二运算放大器420；第一电
阻r1的第一端与第四电阻r4的第一端连接于第一节点p1，第一电阻r1的第二端与第二电阻r2的第一端连接于第二节点p2，第二电阻r2与第三电阻r3的第一端连接于第三节点p3，第三电阻r3的第二端与第四电阻r4的第二端连接于第四节点p4；第五电阻r5的第一端与第四节点p4电连接，第五电阻r5的第二端与模数转换模块500电连接；第一运算放大器410的反相输入端以及第三二极管d3的负极均与第二节点p2电连接；第一运算放大器410的同相输入端接地；第一运算放大器410的输出端以及第三二极管d3的正极均与第二二极管d2的负极电连接；第二二极管d2的正极与第三节点p3电连接；第二运算放大器420的反相输入端与第四节点p4电连接，第二运算放大器420的同相输入端接地，第二运算放大器420的输出端与第五电阻r5的第二端电连接。
53.全波整流模块400通过第一节点p1接收分压模块300传输的经过降压处理的各相线输入电压，并将相线输入电压进行交流电压转直流电压处理，通过第五电阻r5的第二端传输至模数转换模块500。优选的，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3的电阻值为r，第四电阻r4和第五电阻r5的电阻值为2r。
54.当第一节点p1接收的相线输入电压v
in
为正时，第二二极管d2导通，第三二极管d3截止，根据运算放大器的虚短虚断原理可知，第二电阻r2的第一端，即第二节点p2处的电压v
p2
为0，第三电阻r3的第二端，即第四节点p4处的电压v
p4
为0，进而根据电路原理，第二电阻r2的第二端，即第三电阻r3，第三节点p3处的电压v
p3
可以用如下公式一计算得出：
[0055][0056]
计算得出v
p3
＝
‑
v
in
，进而第五电阻r5的第二端，即全波整流模块400的输出电压v
out
可以用如下公式二计算得出：
[0057][0058]
计算得出v
out
＝v
in
，即全波整流模块400中，当输入电压为正时，输出电压也为正。
[0059]
当第一节点p1接收的相线输入电压v
in’为负时，第二二极管d2截止，第三二极管d3导通，根据运算放大器的虚短虚断原理可知，第二电阻r2的第一端，即第二节点p2处的电压v
p2
为0，第三电阻r3的第二端，即第四节点p4处的电压v
p4
为0，由于第二二极管d2截止，因此第二电阻r2和第三电阻r3上没有电流流过，也无电压，相当于断路，进而根据电路原理，第五电阻r5的第二端，即全波整流模块400的输出电压v
out’可以用如下公式三计算得出：
[0060][0061]
计算得出v
out’＝
‑
v
in’即全波整流模块400中，当输入电压为负时，输出电压则转变为正。通过全波整流模块400可以将各相线的交流电压转换为直流电压。
[0062]
图5是本发明实施例一提供的另一种电压互感器二次电压检测装置的结构框图。可选的，参考图5所示，该电压互感器二次电压检测装置10还可以包括显示器700；显示器700与主控制器100电连接。显示器700可以是将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具，如crt、lcd和液晶显示屏等。本发明实施例采用的显示器700用于将每次测量电压互感器二次电压自动输出电压数值及判断结果进行显示，可方便工作人员清晰直观地了解检测过程，时刻观测到数据是否在合理范围。
[0063]
可选的，继续参考图5所示，该电压互感器二次电压检测装置10还可以包括打印机800；打印机800与主控制器100电连接。打印机800可以将每次测量电压互感器二次电压自动输出电压数值及判断结果生成报告，并打印出来，方便工作人员进行保存，也可有效杜绝测量数据的造假。
[0064]
本发明实施例提供的电压互感器二次电压检测装置包括主控制器，输入切换模块、分压模块、全波整流模块和模数转换模块；主控制器与输入切换模块电连接，输入切换模块与分压模块电连接，分压模块与全波整流模块电连接，全波整流模块与模数转换模块电连接；主控制器控制输入切换模块切换采集电压互感器二次电压线缆的各相线输入电压，经分压模块进行降压处理，经全波整流模块进行交流电压转直流电压处理，经模数转换模块转换为数字信号后发送至主控制器，主控制器在数字信号大于设定阈值时，确定电压互感器二次电压异常，可实现电压互感器二次电压的自动化检测，避免人工检测可能出现的接线错误、档位量程错误、数据错误以及触电危险等，进而提高检测的效率、准确性和安全性。另外，本发明实施例提供的电压互感器二次电压检测装置还包括显示器和打印机，可将输出电压数值及判断结果进行显示或生成报告打印出来，方便工作人员时刻观测到数据是否在合理范围，杜绝测量数据的造假。
[0065]
实施例二
[0066]
在上述实施例的基础上，本发明实施例二提供了一种电压互感器二次电压检测方法，适用于上述实施例一所述的电压互感器二次电压检测装置10。图6是本发明实施例二提供的一种电压互感器二次电压检测方法的流程图。如图6所示，该电压互感器二次电压检测方法包括：
[0067]
s110、控制输入切换模块切换采集线缆的各相线输入电压。
[0068]
输入切换模块可以是具有多个输入端子的输入切换电路，各个输入端子可以通过表笔连接在电压互感器二次电压的线缆的各个相线上，根据主控制器发送的控制切换信号，依次控制从各个输入端子接入各相线上的输入电压传输至分压模块。
[0069]
s120、获取依次经分压模块降压处理、经全波整流模块交流转直流以及模数转换模块转换成的数字信号。
[0070]
各相线输入电压，经分压模块进行降压处理，经全波整流模块进行交流电压转直流电压处理，经模数转换模块转换为数字信号后发送至主控制器，
[0071]
s130、在数字信号大于设定阈值时，确定电压互感器二次电压异常。
[0072]
主控制器可以将各个相线输入电压对应的数字信号进行两两做差处理，并设置一设定偏差值，若存在任一对两两做差的数字信号的差值大于该设定偏差值，则说明电压互感器二次电压的线缆上存在至少一条相线上的电压异常，则可自动确定该电压互感器二次电压异常，进而及时提醒工作人员进行检查维修。
[0073]
本发明实施例中，通过主控制器控制输入切换模块切换采集电压互感器二次电压线缆的各相线输入电压，经分压模块进行降压处理，经全波整流模块进行交流电压转直流电压处理，经模数转换模块转换为数字信号后发送至主控制器，主控制器在数字信号大于设定阈值时，确定电压互感器二次电压异常，可实现电压互感器二次电压的自动化检测，避免人工检测可能出现的接线错误、档位量程错误、数据错误以及触电危险等，进而提高检测的效率、准确性和安全性。
[0074]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。