一种高压直流电监测系统及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高压直流电监测系统的方法，具体地说是一种适用于对不高于100KV的高压直流电进行实时在线监测的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在电力、农业等众多领域中，很多实验设备都需要用到直流高压电。而为了能够有效的控制和利用直流高压电，对其测量值进行精确的检测与记录，就成为迫切的要求。一个理想的测量装置应具有良好的实时性，从背侧对象所取的电流很小，在保证较高测量精度的同时，有完善的电气隔离。
[0003]现有的高压直流电检测系统大致分为直接测量系统和间接测量系统两种，直接测量系统又包括球隙测量系统、静电电压表测量系统、高压电子束测量系统、超导谐振腔测量系统等。其中，球隙测量系统和静电电压表测量系统测量精度低，而高压电子束测量系统和超导谐振腔测量系统结构又太复杂。因此，间接测量系统在高压电监测方面使用更为普遍。
【发明内容】
[0004]本发明目的是对于高压现场量值进行测量和传递，提供一种能够实现高压直流电的精确测量的装置和方法。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种高压直流电监测系统，包括顺序连接的高压直流源、高压开关、直流高压分压装置、隔离模块、信号变送器、无线传输装置和工控机；直流高压分压装置用于对被测的高压直流源进行分压并将分压后得到的低压直流电压信号输出至隔离模块；隔离模块用于实现其输出后的低压部分与其输入前的高压部分的信号隔离；信号变送器将隔离模块隔离后的低压信号转换为电流信号；无线传输装置用于采集电流信号并无线传输；工控机接收无线传输装置的数据并进行数据显示。
[0006]所述无线传输装置包括发送设备和接收设备，发送设备与信号变送器连接，接收设备与工控机连接；所述发送设备将信号变送器输出的电流信号转换为数字信号并调制为射频信号，进行无线发送；接收设备用于对接收的射频信号进行解调并将数字信号发送至工控机。
[0007]一种高压直流电监测方法，包括以下步骤:
[0008]直流高压分压装置将高压直流源分压后得到低压直流电压信号，经过隔离模块将高压部分与低压部分进行隔离；
[0009]隔离后的电压信号经信号变送器转换成电流信号，再经过无线传输装置进行数据采集并传输至工控机进行数据显示。
[0010]所述经过无线传输装置进行数据采集并传输至工控机包括以下步骤:
[0011]发送设备将采集的模拟电流信号转换为数字信号，调制为可以通过无线链路传输的射频信号并发送；接收设备接收该射频信号并进行解调，还原成数字信号。
[0012]本发明具有以下有益效果及优点:
[0013]1.本发明可以实现对不高于100KV的高压直流电进行实时在线监测。
[0014]2.本发明中分压器的输出端经信号隔离模块将输出信号传送给信号变送器，防止高压部分对低压部分的干扰与冲击。
[0015]3.本发明采用信号变送器，将电压信号转换为电流信号进行传输；由于电压信号在传输过程中易受到干扰，而电流信号在信号传输中较稳定。
[0016]4.无线传输装置能够实现现场与监控中心的实时数据传输，使操作者在监控中心就可以实时监测现场的高压量值。
[0017]5.本发明建立了一套间接测量高压直流电系统，与已有其他系统相比，其系统组织合理，结构简单，有完善的电气隔离系统，静态测量准确度可达0.1%，动态测量精度可达0.5%。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的高压直流电监测系统结构示意图；
[0019]图2为本发明高压分压装置的结构示意图；
[0020]图3为本发明无线传输装置询问式通信方式的流程图；
[0021 ] 图4本发明的方法流程图；
[0022]其中，I高压直流源、2高压开关、3高压分压装置、4隔离模块、5信号变送器、6发送设备、7接受设备、8工控机、9无线传输装置、10均压球、11分压缸、12底座、13高压端接口、14接地接口、15输出端接口。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0024]本发明公开了一种高压直流电监测系统的方法，适用于对不高于100KV的高压直流电进行实时在线监测。该系统中，被测高压源通过高压开关连接到直流高压分压装置上，分压器的输出端经信号隔离模块将输出信号传送给信号变送器，信号变送器再通过无线传输装置将信号传递给工控机，工控机再对高压直流电进行实时显示与存储。本发明采用了特制的直流高压分压装置和多重隔离防护，成功解决了高压直流电实时在线监测难的问题。
[0025]其高压监测的方法包括:
[0026]高压开关实现检测回路的开启和关闭。直流高压分压装置对被测高压源进行安全分压。隔离模块实现高压部分与低压部分的信号隔离。信号变送器对低压信号进行变换传递。无线传输装置实现信号的无线传输。工控机对信号进行处理、显示与存储。
[0027]高压开关采用跌落式，具有灭弧保护和操作方便的特点，作为监测回路开启和关闭操作之用。
[0028]直流高压分压装置采用电阻等电位屏蔽式分压结构，可提供。在此基础上，采用高精密电阻和平衡式原理以保证分压精度，采用无机复合固体绝缘材料以提高绝缘强度，采用进口的填充材料使得内部局部放电量达到最低。从而保证了分压器具有较高稳定性、安全性和线性关系。在高压端接入端装有均压球，有效防止由于高压漫衍不均而引起局部击穿。在使用过程中，直流高压分压装置的接地线必须牢固接地。
[0029]隔离模块采用独立供电的信号隔离器，电源、输入、输出之间完全隔离，能有效的保证系统具有较高的抗干扰性能。
[0030]信号变送器的作用是，将对隔离模块的输出电压信号进行转换，再将转换后的信号传递给无线传输设备的发送端。
[0031]信号变送器采用电压/电流的转换形式，集隔离与变送于一体，具有线性好、温度特性好、转换精度高的特点，具有较强的抗干扰性能。
[0032]无线传输装置在安全性上，在高压直流电的监测系统中起着至关重要的作用。它从信号传输的硬件链路上进行了转换，将电压、电流信号转换成无线电信号，在被监控源和监控中心之间采用无线通信方式，限制了高压直流源突变或操作过电压而引起的对监控中心的电流冲击，保护了监控中心的硬件设备。
[0033]无线传输装置采用ZigBee技术，遵循IEEE802.15.4标准。ZigBee技术的特点是近距离、低功耗、低复杂度、自组织、低成本。主要适用于自动控制和远程传输领域。
[0034]无线传输装置采用DSSS扩展频谱技术，该技术将要发送的数据信息通过伪随机码扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发送端使用的伪随机码对接收到的信号进行处理，从而恢复出传输的数据。DSSS扩频技术采用全频带传送资料，速度较快，而且具有较强的抗干扰性能，是一种安全可靠的工业应用技术。
[0035]无线传输装置分为发送设备和接收设备两块。发送设备是对信号变送器的输出电流信号进行采集，将采集到的信号进行A/D转换，转换成数字信号后，再进行无线传输。接收设备对接收到的数字信号进行处理，再通过串口将数据发送到工控机。
[0036]无线传输装置的发送装置和接收装置，采用主从询问式的数据采集方式。即监控中心发出询问命令，询问的目标地址为发送设备的地址。发送设备接收到询问命令后，向监控中心发送本机地址作为应答。监控中心收到应答数据后，建立通信链路，监控中心向发送设备发送索取需要的数据信息的命令，发送设备将数据信息发送给监控中心，完成被监测信号源数据的上报工作。
[0037]无线传输装置具有防雷保护功能，具体有三部分保护:天线系统防雷、电源系统防雷和数据线防雷。无线传输装置外壳接大地，并装有避雷针，输入接口都做了光电隔离处理，因此具有较好的安全性能。
[0038]工控机与无线传输装置的接收装置通过串口相连，接受数字化的被监测源的数据信息，对该数据信息进行变换处理、显示、存储等操作。
[0039]请参阅图1所示，其为本发明高压直流电监测系统的架构图。其中包括被测的高压直流源1、跌落式高压开关2、高压分压装置3、隔离模块4、信号变送器5、无线传输装置的发送设备6、无线传输装置的接受设备7和工控机8。
[0040]上述高压直流电监测系统可以实现对不高于100KV的高压直流电进行实时在线监测。对于被测的高压源为直流高压，且额定电压要求不能大于100KV。本实施所测的高压直流电为10KV。
[0041]跌落式高压开关，又称跌落式熔断器，安装在监测线路上高压源侧作为线路，和进行监测线路的开启和关闭的操作之用。在监测线路内使用跌落式高压开关的具体操作是:将熔丝管两端的动触头依靠熔体系紧，将上面的动触头推入“鸭嘴”状的突出部分后，由磷铜片等制成的上面的静触头顶着上面动触头，此时熔丝管就牢固地卡在〃鸭嘴〃里。高压开关的过载保护或短路保护原理是:当监测线路内由过载或短路而引起电流过大，造成熔丝熔断时，在高压开关触头两端产生电弧，熔丝管内衬的钢纸管在电弧作用下产生大量的气体