一种基于绝缘子的智能处理装置的制作方法

本实用新型涉及电力技术领域，具体涉及一种基于绝缘子的智能处理装置。

背景技术：

10kV架空线路都安装在露天的自然环境下，经常会因为飞禽、雷击、人为破坏甚至设备老化等因素的影响而导致发生电力故障，但是由于配网线路情况复杂多样，传输距离远，环境和气候条件不稳定，一旦出现故障，排除起来非常困难，需要花费较多的时间和人力、物力去查找，这就降低了工作效率，也影响了供电的客户满意度，为了能快捷的查找故障情况，目前比较常见的解决办法就是安装架空线路短路接地故障指示器。

现有的故障指示器可以安装在绝缘子内部，形成智能绝缘子；这种智能绝缘子采用10kV电容式电压互感器采集母线电能的供电方式。但是这种供电方式在负荷较小的线路，智能绝缘子获取线路电流太小，而无法足够供电造成智能绝缘子掉线的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种基于绝缘子的智能处理装置，实现了将获取的电能进行存储以及转换并提供恒定的电压和电流，提高智能绝缘子的在线率。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种基于绝缘子的智能处理装置，设置在智能绝缘子内部的处理装置包括：取电模块、处理模块和通信模块，其中，所述处理模块包括：

储能单元，用于存储电能并向第一电压转换单元提供恒定电压；

第一电压转换单元，用于将接收的电压进行转换分别输出第一电压至第二电压转换单元和处理单元；

第二电压转换单元，用于将接收的第一电压进行转换输出第二电压至处理单元；

处理单元，接收第一电压和第二电压后处于工作状态，处于工作状态的处理单元用于接收并处理所述取电模块发送的信号，将处理后的信号发送至所述通信模块；

所述储能单元与所述第一电压转换单元电连接；所述第一电压转换单元分别与所述第二电压转换单元和所述处理单元电连接；所述第二电压转换单元与所述处理单元电连接。

进一步的，所述储能单元包括：供电电路、充电电路和控制电路；所述供电电路和所述充电电路的输入端均与电源VCC相连接，所述供电电路和所述充电电路的输出端均与所述控制电路的输入端相连接，所述控制电路的输出端与所述第一电压转换单元的输入端相连接；

所述供电电路包括：二极管D1、电阻R1和PMOS管Q1，二极管 D1的正极与电源VCC相连接，负极与PMOS管Q1的源极相连接；电阻R1的两端分别与PMOS管Q1的栅极和源极相连接；PMOS管 Q1的漏极输出恒定电压；

所述充电电路包括：保险丝P、电阻R2、电阻R3、二极管D2、二极管D3、PMOS管Q2、三极管Q3、电容C11和电容C12，保险丝 P的两端分别与电源VCC和二极管D2的正极相连接，二极管D2的负极分别与PMOS管Q2的源极、电阻R2的一端和电阻R3的一端相连接，电阻R2的另一端分别与PMOS管Q2的栅极和三极管Q3的集电极相连接，电阻R3的另一端与三极管Q3的基极相连接，PMOS管Q2 的漏极分别与二极管D3的正极、电容C11的正极和电容C12的正极相连接，三极管Q3的发射极、电容C11的负极和电容C12的负极分别与地电极相连接，二极管D3的负极与二极管D1的负极相连接；

所述控制电路包括：控制芯片、电阻R4、电阻R5和三极管Q4，控制芯片的输入端与电容C12的正极相连接，输出端通过电阻R4与三极管Q4的基极相连接；三极管Q4的集电极与PMOS管Q1的栅极相连接，电阻R5的两端分别与三极管Q4的基极和发射极相连接。

进一步的，所述第一电压转换单元采用电源芯片TPS54310将储能单元输出的恒定电压转换为3.6V、3A的第一电压。

进一步的，所述第二电压转换单元采用电源芯片LM2576将3.6V、 3A的第一电压转换为-3.6V、3A的第二电压。

进一步的，所述处理单元包括：AD转换电路和放大电路；所述 AD转换电路的输入端和输出端分别与所述取电模块的输出端和所述放大电路的输入端相连接，所述放大电路的输出端与所述通信模块相连接。

所述AD转换电路包括：电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻 R31、电容C33、电容C34、电容C35和AD转换芯片AD736；电阻 R29的一端与所述取电模块的输出端相连接，另一端通过电阻R31与 AD转换芯片AD736的VIN端相连接；电阻R30的一端与地电极相连接，另一端通过电阻R29与所述取电模块的输出端相连接；电容C33 的两端分别与AD转换芯片AD736的Cc端和COM端相连接；电容 C35的两端分别与AD转换芯片AD736的CF端和OUT端相连接；电容C34的两端分别与AD转换芯片AD736的-VS端和CAV端相连接； AD转换芯片AD736的-VS端与第二电压相连接，AD转换芯片AD736 的+VS端与第一电压相连接，AD转换芯片AD736的COM端与地电极相连接；AD转换芯片AD736的OUT端与电阻R28的一端相连接；

所述放大电路包括：电阻R32、电阻R33、电阻R34和放大芯片 LMV321；放大芯片LMV321的IN+端与电阻R28的另一端相连接；放大芯片LMV321的IN-端分别通过电阻R32和电阻R33与地电极和大芯片LMV321的OUT端相连接，大芯片LMV321的OUT端与电阻 R34的一端相连接。

进一步的，所述处理模块包括：滤波单元，所述滤波转换单元的输入端分别与所述第一电压转换单元的输出端和所述第二电压转换单元的输出端相连接，其输出端与地电极相连接，所述滤波单元包括：

并列设置在第一电压转换单元的输出端与地电极之间的电容C37、电容C31和电容C28；

并列设置在第二电压转换单元的输出端与地电极之间的电容C29 和电容C32。

进一步的，所述处理模块包括：电源指示单元，所述电源指单元的输入端与所述第一电压转换单元的输出端相连接，其输出端与地电极相连接，所述电源指示单元包括：电阻R10和发光二极管；发光二极管的正极通过电阻R10与第一电压相连接，负极与地电极相连接。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的一种基于绝缘子的智能处理装置，在智能绝缘子获取的电能不足以使其工作时，通过存储单元对智能绝缘子进行供电，提高智能绝缘子的在线率；通过对获取的电压进行处理提供一种恒定电流和恒定电压，提高了智能绝缘子的稳定性和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供一种基于绝缘子的智能处理装置的结构示意图；

图2是本实用新型提供一种基于绝缘子的智能处理装置中储能单元的电路原理图；

图3是本实用新型提供一种基于绝缘子的智能处理装置中第一电压转换单元的电路原理图；

图4是本实用新型提供一种基于绝缘子的智能处理装置中第二电压转换单元的电路原理图；

图5是本实用新型提供一种基于绝缘子的智能处理装置中处理单元的电路原理图；

图6是本实用新型提供一种基于绝缘子的智能处理装置中单路模拟开关电路的原理图；

图7是本实用新型提供一种基于绝缘子的智能处理装置中滤波单元的电路原理图；

图8是本实用新型提供一种基于绝缘子的智能处理装置中电源指示单元的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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。

本实用新型提供了一种基于绝缘子的智能处理装置，设置在智能绝缘子内部的处理装置包括：取电模块、处理模块和通信模块，参见图1，该处理模块包括：

储能单元10，用于存储电能并向第一电压转换单元提供恒定电压；

第一电压转换单元20，用于将接收的电压进行转换分别输出第一电压至第二电压转换单元和处理单元；

第二电压转换单元30，用于将接收的第一电压进行转换输出第二电压至处理单元；

处理单元40，接收第一电压和第二电压后处于工作状态，处于工作状态的处理单元用于接收并处理所述取电模块发送的信号，将处理后的信号发送至所述通信模块；

所述储能单元10与所述第一电压转换单元20电连接；所述第一电压转换单元20分别与所述第二电压转换单元30和所述处理单元40 电连接；所述第二电压转换单元30与所述处理单元40电连接。

在具体实施时，参见图2，储能单元包括：供电电路、充电电路和控制电路；所述供电电路和所述充电电路的输入端均与电源VCC相连接，所述供电电路和所述充电电路的输出端均与所述控制电路的输入端相连接，所述控制电路的输出端与所述第一电压转换单元的输入端相连接；

供电电路包括：二极管D1、电阻R1和PMOS管Q1，二极管D1 的正极与电源VCC相连接，负极与PMOS管Q1的源极相连接；电阻 R1的两端分别与PMOS管Q1的栅极和源极相连接；PMOS管Q1的漏极输出恒定电压。

电源VCC为10kV电容式电压互感器采集的经过降压处理过的电压，为6V。电源VCC的电压经过二极管D1后通过PMOS管Q1直接供给第一电压转换单元。

充电电路包括：保险丝P、电阻R2、电阻R3、二极管D2、二极管D3、PMOS管Q2、三极管Q3、电容C11和电容C12，保险丝P的两端分别与电源VCC和二极管D2的正极相连接，二极管D2的负极分别与PMOS管Q2的源极、电阻R2的一端和电阻R3的一端相连接，电阻R2的另一端分别与PMOS管Q2的栅极和三极管Q3的集电极相连接，电阻R3的另一端与三极管Q3的基极相连接，PMOS管Q2的漏极分别与二极管D3的正极、电容C11的正极和电容C12的正极相连接，三极管Q3的发射极、电容C11的负极和电容C12的负极分别与地电极相连接，二极管D3的负极与二极管D1的负极相连接。

电源VCC除了将电压直接供给第一电压转换单元，还通过充电电流将电能存储至电容C11和电容C12中，电容C11和电容C12采用超级电容，使得充电电路的充电速度快，能量转换效率高，过程损失小，实现可重复的利用，提高向第一电压转换单元输出电压的稳定性。

控制电路包括：控制芯片、电阻R4、电阻R5和三极管Q4，控制芯片的输入端与电容C12的正极相连接，输出端通过电阻R4与三极管Q4的基极相连接；三极管Q4的集电极与PMOS管Q1的栅极相连接，电阻R5的两端分别与三极管Q4的基极和发射极相连接。

控制芯片的输入端与超级电容C12的正极相连接，在超级电容的容量未达到饱和时，控制芯片输出高电平。该高电平通过电阻R4进行降压，是三极管Q4的工作状态处于放大区，加在三极管Q4基极上的电流经过三极管的放大，使三极管Q4的集电极出现放大后的电流，该电流使PMOS管Q1的栅极电压大于源极的电压，PMOS管Q1处于截止的状态，电源VCC的电能被存储至超级电容C11和电容C12中，当超级电容C12的容量达到饱和时，控制芯片输出低电平。该低电平通过电阻R4进行降压，压降后的电流小于控制芯片输出高电平时的压降电流，因此三极管Q4的集电极出现放大后的电流小于控制芯片输出高电平时的放大电流，导致PMOS管Q1的栅极电压小于源极的电压，则PMOS管Q1处于导通状态，电源VCC不在对电容C11和电容C12 进行充电，电源VCC的电压通过供电电路供给第一电压转换单元。进一步的，控制芯片为：NCP300LSN45。

从上述描述可知，在智能绝缘子获取的电能不足以使其工作时，通过存储单元对智能绝缘子进行供电，提高智能绝缘子的在线率。

参见图3，第一电压转换单元采用电源芯片TPS54310将储能单元输出的恒定电压转换为3.6V、3A的第一电压。

在具体实施时，通过电源芯片TPS54310及其外围电流可将储能单元供给的电压进行转换，转换的目标电压为3.6V、电流为3A。本实施例中的具体电流结构如下：

电源芯片TPS54310上的VIN端与储能单元的输出端相连接，VIN 端通过两个串联的电容与VBIAS端相连接，VIN端通过另两个串联的电容与SS/ENA端相连接，RT端通过电阻R14与地电极相连接，COMP 端通过电容C9与VSENSE端相连接，在电容C9的两端并联一个支路，该支路包括串联的电容C10和电阻R16。VSENSE端通过电阻R17与地电极相连接，VSENSE端通过电阻R15、电阻R13和电感L1组成的串联支路与PH端相连接，电阻R15上并联有电容C13与电阻R18组成的支路，PH端通过电感L1和电阻R25组成支路，输出第一电压。

参见图4，第二电压转换单元采用电源芯片LM2576将3.6V、3A 的第一电压转换为-3.6V、3A的第二电压。

在具体实施时，将第一电压供给电源芯片LM2576的IN端，FLY- 端和FLY+端连接电容C23的两端，IN端和OUT端分别通过电容C22 和电容C24与地电极相连接，OUT端输出第二电压。

从上述描述可知，通过对获取的电压进行处理提供一种恒定电流和恒定电压，提高了智能绝缘子的稳定性和准确性。

处理单元包括：AD转换电路和放大电路；所述AD转换电路的输入端和输出端分别与所述取电模块的输出端和所述放大电路的输入端相连接，所述放大电路的输出端与所述通信模块相连接；

参见图5，所述AD转换电路包括：电阻R28、电阻R29、电阻 R30、电阻R31、电容C33、电容C34、电容C35和AD转换芯片AD736；电阻R29的一端与所述取电模块的输出端相连接，另一端通过电阻R31 与AD转换芯片AD736的VIN端相连接；电阻R30的一端与地电极相连接，另一端通过电阻R29与所述取电模块的输出端相连接；电容C33 的两端分别与AD转换芯片AD736的Cc端和COM端相连接；电容C35的两端分别与AD转换芯片AD736的CF端和OUT端相连接；电容C34的两端分别与AD转换芯片AD736的-VS端和CAV端相连接； AD转换芯片AD736的-VS端与第二电压相连接，AD转换芯片AD736 的+VS端与第一电压相连接，AD转换芯片AD736的COM端与地电极相连接；AD转换芯片AD736的OUT端与电阻R28的一端相连接；

所述放大电路包括：电阻R32、电阻R33、电阻R34和放大芯片 LMV321；放大芯片LMV321的IN+端与电阻R28的另一端相连接；放大芯片LMV321的IN-端分别通过电阻R32和电阻R33与地电极和大芯片LMV321的OUT端相连接，大芯片LMV321的OUT端与电阻 R34的一端相连接。

在具体实施时，处理单元需要对取电模块发送的信号进行处理，该信号包括：电压信号和电流信号，若取电模块同时获取电压信号和电流信号说，则需要两路处理单元分别对电压信号和电流信号进行AD 转换和放大处理。在两路处理单元的输出端分别与单路模拟开关电路的输入端相连接，单路模拟开关电路将采集的电压信号和电流信号轮流发送至通信模块。参见图6，单路模拟开关电路包括：开关芯片 SGM3157、电阻R35、电阻R36和电阻R37；放大后的电流信号和放大后的电压信号分别供给开关芯片SGM3157的NC端和NO端，开关芯片SGM3157的IN端和COM端分别通过电阻R35和电阻R36与通信模块的输入端相连接，开关芯片SGM3157的N端通过电阻R37与第一电压相连接。

从上述描述可知，本实用新型提供的一种基于绝缘子的智能处理装置，能够同时对取电模块发送的电压信号和电力信号进行处理，并通过单路模拟开关电路轮流发送至通信模块，实现对10kV架空线路电压电流的双向监测，提高了智能绝缘子的监测范围和监测准确性。

在上述实施例的基础上，处理模块还包括：滤波单元，所述滤波转换单元的输入端分别与所述第一电压转换单元的输出端和所述第二电压转换单元的输出端相连接，其输出端与地电极相连接，参见图7，该滤波单元包括：

并列设置在第一电压转换单元的输出端与地电极之间的电容C37、电容C31和电容C28；

并列设置在第二电压转换单元的输出端与地电极之间的电容C29 和电容C32。

在具体实施时，在第一电压和地电极之间的电容可以滤除第一电压中的交流干扰，同样的，第二电压与地电极之间的电容也是滤除第二电压中的交流干扰。

在上述实施例的基础上，处理模块还包括：电源指示单元，所述电源指单元的输入端与所述第一电压转换单元的输出端相连接，其输出端与地电极相连接；参见图8，该电源指示单元包括：电阻R10和发光二极管；发光二极管的正极通过电阻R10与第一电压相连接，负极与地电极相连接。

在具体实施时，通过设置电源指示单元可以直观的获取是否有第一电压转换产生，当第一电压转换产生时，发光二极管实现发光，反之，发光二极管不发光。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本实用新型公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本实用新型并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本实用新型的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。