专利名称：一种无线高压带电显示闭锁装置及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线高压带电显示闭锁装置及其工作方法，尤其涉及一 种高压传感器和显示器均采用太阳能供电的无线感应式高压带电显示闭锁装 置及其工作方法，主要应用于电力系统中用于防止电气误操作和电气线路带 电指示作用。
背景技术：
高压带电显示装置是电力系统用来指示高压设备和输电线路是否带有高 压电的检测和指示设备，目的是在进行设备检修时提示操作人员设备带电状 态，防止因误入间隔或误操作设备而引起误操作事故。目前，现有的高压带 电显示装置主要由显示器和传感器组成，通过设置在高压设备上的传感器获 得高压带电信号，此信号通过电缆传给显示器，再利用显示器上的指示灯的 亮暗来指示高压设备的带电状态。这种装置的不足是，其传感器和显示器之 间都需要铺设电缆，由于传感器弱信号传输限制了电缆长度，使得传感器和 显示器的安装距离受到限制，同时，显示器要求有电源供给，使得设备的安 装和维护不方便。
对于带有闭锁功能的高压带电显示器，由于其闭锁信号要通过连接电缆
引入到闭锁控制系统中，使得安装施工复杂、系统造价高、维护困难；而采 用就地现场闭锁方式的高压带电显示器，由于和防误闭锁系统没有实时在线 连接，无法构建完整的自动化防误闭锁系统。
现有的同类产品还存在以下不足用于检验装置正常工作的自检开关是 安装在装置面板上的，当高压设备无电时需要自检确认装置的好坏，这时， 需要人工到现场来进行操作装置的自检开关手动切换自检和运行工作状态， 劳动强度大、易受人为因素干扰而漏检，造成装置本身损坏时而误判高压设 备带电状态，造成误操作事故。另外，现有装置还存在探头的信号弱、易受 干扰，探头与显示器之间的安装距离不能过远等问题。
发明内容
因此，本发明针对现有技术上存在的不足，提供一种釆用太阳能电池供 电、带有放大电路的感应式高压传感器，传感器与显示器采用无线数据传输， 显示器采用太阳能供电的户外型无线感应式高压带电显示闭锁装置及其工作 方法。
本发明所采用的技术方案是 一种无线高压带电显示闭锁装置，包括装 设于电气设备上指示线路带电的显示器和装设在输电线路附近的感应式高压 传感器，其中，所述显示器上带有太阳能电池、无线通讯模块和天线，所述 高压传感器上带有兼做高压感应电极的太阳能电池，以及与所述显示器进行 无线数据传输的无线通讯模块和天线。
所述高压传感器共有三只。
所述高压传感器包括壳体、太阳能电池、传感器电路、屏蔽电极、储能 元件和天线，所述太阳能电池、传感器电路、天线和储能元件设置于所述壳 体内部，所述太阳能电池、储能元件和天线与传感器电路电气相连。
所述传感器电路包括有无线通讯模块、电源电路、信号调理电路、A/D
模数转换模块、微处理器CPU、存储器，所述电源电路与太阳能电池、信号调理电路和储能元件电气连接，所述微处理器CPU与无线通讯模块、A/D模数转换模块、存储器电气连接，所述信号调理电路与A/D模数转换模块和屏蔽电极电气连接。
所述信号调理电路包括有放大器，所述电源电路包含充电电路、稳压电路和参考电平电路，所述屏蔽电极与信号调理电路中的放大器的反向输入端连接，所述太阳能电池与电源电路的充电电路连接，所述电源电路的参考电平电路与信号调理电路中的放大器的正向输入端连接，在放大器的反向输入端和输出端并联有电阻；放大器的反向输入端、屏蔽电极与地电平电气相连。
所述显示器包括壳体、太阳能电池、电子电路、储能元件、指示灯、音响、标定按钮和天线，所述太阳能电池、电子电路、天线、标定按钮、音响、 指示灯和储能元件设置于所述壳体内部，所述太阳能电池、储能元件、音响、 标定按钮、指示灯和天线与电子电路电气相连。
所述显示器中的电子电路包括有无线通讯模块、微处理器CPU、存储器、 EEPROM存储器、音响驱动模块，指示灯驱动模块和电源电路，所述微处理器 CPU分别与无线通讯模块、存储器、EEPROM存储器、音响驱动模块、指示灯 驱动模块和标定按钮连接。
所述高压传感器的壳体上设置有透明密封窗，所述显示器的壳体上设置有透明密封窗，所述太阳能电池设置在所述透明密封窗下。
一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法，其中，所述高压传感器和显示器的太阳能电池透过壳体上的透明密封窗口接受太阳能并转化为电能，通过各自的电源电路给储能元件充电，同时给各自电子电路提供电能。
在所述装置正常工作前，先进行传感器和显示器的绑定，绑定后的传感器只对对应的显示器的同步报文做出响应，显示器也只接受和处理来自绑定
的传感器的数据。
所述无线高压带电显示闭锁装置的工作步骤包括有
步骤一设置三只传感器的相别，设置三只传感器与显示器为同一组通 讯识别码，实现传感器与显示器之间的绑定；
步骤二显示器定时向传感器发送同步指令，指令包含显示器的时钟信
息；
步骤三传感器调整其时钟与显示器时钟一致，实现时间同步；
步骤四传感器采集感应电极的感应电量，经A/D转换后，由CPU进行 数据压縮，并加入时间标记，通过无线通讯电路发送到显示器；
步骤五如果显示器在--定时间内接收不到三只传感器的数据时，显示 器通过无线通讯电路向应用系统发送故障信号，并且设置指示灯闪烁，然后 进入步骤七，否则到步骤六；
步骤六显示器接受到三只传感器的数据后，对三相数据进行时域或复 频域的补偿计算，再与标定值比较，大于标定值时输出有电信号，指示灯常 亮，否则输出无电信号，指示灯常灭，所有结果通过无线通讯电路发送到应 用系统；
步骤七工作步骤完成。
本发明的有益效果是由于本发明采用了带有放大电路的有源感应探头， 利用太阳能电池板作为感应电极，既可以为传感器的电子电路提供电源，又 可以从感应电极上得到高压感应信号进行就地放大，经A/D模数转换和微处 理器CPU的计算处理，通过无线通讯模块发送给显示器。这种连接方式可以 提高设备的安装灵活性。显示器上提供了现场标定开关，可以在安装过程或 维护过程中按下标定开关实现自动的对当前高压设备的测量信号进行标定， 保存标定数据(注标定数据用于比较测量信号是否为有电或无电状态)。标
定开关可以在无电的时候按下，当设备带电后自动实现标定，从而增加现场 安装和标定的灵活性。显示器与传感器和远方的防误闭锁系统都采用无线通 讯方式进行数据交换，省去了铺设电缆，减少了安装工程工作量，也可以通 过无线传输与防误闭锁系统配合构成完整的防误闭锁自动化系统；由于传感 器和显示器都采用太阳能电池供电，不需要装设低压电源，因此，可不受安 装位置的限制，是一种成本低、功能全、节约能源、方便安装维护的无线感 应式高压带电显示闭锁装置。
图1是本发明一种无线高压带电显示闭锁装置的应用结构示意图2是本发明一种无线高压带电显示闭锁装置的传感器的结构示意图3是本发明一种无线高压带电显示闭锁装置的传感器的电气原理示意
图4是本发明一种无线高压带电显示闭锁装置的传感器的感应信号调理 原理示意图5是本发明一种无线高压带电显示闭锁装置的显示器结构示意图6是本发明一种无线高压带电显示闭锁装置的显示器电气原理示意
图7是本发明一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法的工作流程
图8是本发明一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法的标定流程
图.，
图9是本发明一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法的显示器的工作流程图10是本发明一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法的传感器的， 工作流程图。
具体实施例方式
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示， 一种无线高压带电显示闭 锁装置，包括装设于电气设备上指示线路带电的显示器1和装设在输电线路 3附近的感应式高压传感器2，其中，所述显示器1上带有太阳能电池11、 无线通讯模块131和天线14，所述高压传感器2上带有兼做高压感应电极的 太阳能电池21，以及与所述显示器1进行无线数据传输的无线通讯模块231 和天线24。
所述高压传感器共有三只。
所述高压传感器2包括壳体25、太阳能电池21、传感器电路23、屏蔽 电极232、储能元件22和天线24，所述太阳能电池、传感器电路、天线和储 能元件设置于所述壳体25内部，所述太阳能电池、储能元件和天线与传感器 电路电气相连。
所述传感器电路23包括有无线通讯模块231、电源电路71、信号调理电 路236、 A/D模数转换模块233、微处理器CPU234、存储器235,所述电源电 路71与太阳能电池21、信号调理电路236和储能元件22电气连接，所述微 处理器CPU234与无线通讯模块231、 A/D模数转换模块233、存储器235电 气连接，所述信号调理电路236与A/D模数转换模块233和屏蔽电极232电 气连接。
所述信号调理电路236包括有放大器73，所述电源电路71包含充电电 路712、稳压电路711和参考电平电路713，所述屏蔽电极232与信号调理电 路236中的放大器73的反向输入端连接，所述太阳能电池21与电源电路71 的充电电路712连接，所述电源电路71的参考电平电路713与信号调理电路 236中的放大器73的正向输入端连接，在放大器73的反向输入端和输出端 并联有电阻72。放大器73的反向输入端、屏蔽电极232与地电平电气相连。
所述显示器1包括壳体15、太阳能电池11、电子电路13、储能元件12、 指示灯16、音响17、标定按钮18和天线14，所述太阳能电池、电子电路、 天线、标定按钮、音响、指示灯和储能元件设置于所述壳体15内部，所述太 阳能电池、储能元件、音响、标定按钮、指示灯和天线与电子电路13电气相 连。
所述显示器1中的电子电路13包括有无线通讯模块131、微处理器 CPU132、存储器133、 EEPR0M存储器134、音响驱动模块135，指示灯驱动模 块136和电源电路137，所述微处理器CPU分别与无线通讯模块131、存储器 133、 EEPR0M存储器134、音响驱动模块135、指示灯驱动模块136和标定按 钮18连接。
所述高压传感器2的壳体25上设置有透明密封窗251，所述显示器1的 壳体15上设置有透明密封窗151，所述太阳能电池设置在所述透明密封窗下。 所述的储能元件为可充电锂电池。
所述的传感器发送的数据报文包含数据采样时刻的时标和压縮后的采样 数据。
一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法，其中，所述高压传感器和 显示器的太阳能电池透过壳体上的透明密封窗口接受太阳能并转化为电能， 通过各自的电源电路给储能元件充电，同时给各自电子电路提供电能。
在所述装置正常工作前，先进行传感器和显示器的绑定，绑定后的传感 器只对对应的显示器的同步报文做出响应，显示器也只接受和处理来自绑定 的传感器的数据。
如图7所示，所述无线高压带电显示闭锁装置的工作步骤包括有
步骤一设置三只传感器的相别，设置三只传感器与显示器为同一组通 讯识别码，实现传感器与显示器之间的绑定；
步骤二显示器定时向传感器发送同步指令，指令包含显示器的时钟信
息；
步骤三传感器调整其时钟与显示器时钟一致，实现时间同步；
步骤四传感器采集感应电极的感应电量，经A/D转换后，由CPU进行 数据压縮，并加入时间标记，通过无线通讯电路发送到显示器；
步骤五如果显示器在一定时间内接收不到三只传感器的数据时，显示 器通过无线通讯电路向应用系统发送故障信号，并且设置指示灯闪烁，然后 进入步骤七，否则到步骤六；
步骤六显示器接受到三只传感器的数据后，对三相数据进行时域或复 频域的补偿计算，再与标定值比较，大于标定值时输出有电信号，指示灯常 亮，否则输出无电信号，指示灯常灭，所有结果通过无线通讯电路发送到应 用系统；
步骤七工作步骤结束。
所述高压传感器2上的兼做感应电极的太阳能电池21感应到高压设备的 电场信号后，通过电源电路71传送给信号调理电路236，经放大器73信号 放大后由A/D模数转换模块233把模拟信号转变为数字信号给微处理器 CPU234处理，并把处理后的数据通过无线通讯模块231及天线24发送给显示器l。
所述无线感应式高压带电显示闭锁装置的标定流程，如图8所示，按如
下步骤工作
步骤一按下并且释放标定按钮；
步骤二设置显示器的标定值为出厂默认标定值；
步骤三设置显示器的工作模式标志为待标定状态；
步骤四将显示器的工作模式标志和标定值保存到EEPROM中；
步骤五显示器接受三相传感器的数据，确认高压设备的三相全部带电
后，按照补偿后的数据计算出新的标定值；
步骤六设定显示器的工作模式标志为已标定状态；
步骤七将显示器的工作模式标志和标定值保存到EEPROM中；
1步骤七工作步骤结束。
标定工作过程中，按下标定按钮18可以在高压设备带电或者不带电的情 况下设置显示器l的标定。在高压设备不带电时，按下标定按钮18，微处理 器CPU132把显示器1的工作模式设置为待标定状态，设置出厂默认值为标定 值，并判断全部三相的高压传感器2传来的数据是否都为有电状态，如果是， 则把此数据作为新标定值保存在EEPROM存储器134中做为现场标定后的标定 值。标定后的高压带电显示闭锁装置显示器1能够平衡相邻线路的干扰和电 场分布不平衡造成的误差，达到稳定可靠的判断高压设备带电状态。
如图9所示，所述显示器的工作过程为显示器1通过天线14和无线通 讯模块131接收由三个高压传感器2传递来的高压设备三相带电状态数据， 此数据送至微处理器CPU132处理后与保存在EEPROM存储器134中的标定值 进行比较，若带电状态数据值大于标定值则判断该相带电，若低于标定值则
判断该相无电；若微处理器CPU132判断高压设备带电，则该相对应的指示灯 16就会被点亮，同时音响17短时间鸣响，有电信息经无线通讯模块131和 天线14发出给防误闭锁系统5;如果微处理器CPU132判断高压设备无电， 则相应的指示灯16熄灭，无电信息经无线通讯模块131和天线14发出给防 误闭锁系统5。
如图10所示，所述高压传感器2的工作过程为:
步骤一设置传感器与显示器为同一组通讯识别码；
步骤二等待显示器发送的同步指令，指令包含显示器的时钟信息；
步骤三接收到显示器的同步指令后，调整传感器的时钟与显示器的时 钟一致，实现时间同步；
步骤四传感器采集感应电极的感应电量，经A/D转换后，由CPU进行 数据压缩，并加入时间标记，通过无线通讯电路发送到显示器；
步骤五工作步骤结束。
显示器会周期性的发送时隙租约更新报文，报文包含显示器时钟信息。 传感器在收到与其标定的显示器的时隙租约更新报文后调整传感器的实时时 钟实现与显示器的同步过程。当传感器的时钟和显示器的时钟处于同步状态 后，传感器就会定时采样电场场强信号并且将其采样的数据压縮处理后同采 样时间一起发送给显示器。
在规定的时间内显示器如果接受不到传感器的数据，就判定传感器故障， 显示器1的带电指示灯16在传感器故常时，灯会产生一亮一灭的稳定闪烁。
上述所列具体实现方式为非限制性的，对本领域的技术熟练人员来说， 在不偏离发明范围内，进行的各种改进和变化，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1、一种无线高压带电显示闭锁装置，包括装设于电气设备上指示线路带电的显示器和装设在输电线路附近的感应式高压传感器，其特征在于，所述显示器上带有太阳能电池、无线通讯模块和天线，所述高压传感器上带有兼做高压感应电极的太阳能电池，以及与所述显示器进行无线数据传输的无线通讯模块和天线。
2、 根据权利要求1所述的一种无线高压带电显示闭锁装置，其特征在于，所述高压传感器共有三只。
3、 根据权利要求2所述的一种无线高压带电显示闭锁装置，其特征在于，所述高压传感器包括壳体、太阳能电池、传感器电路、屏蔽电极、储能元件和 天线，所述太阳能电池、传感器电路、天线和储能元件设置于所述壳体内部， 所述太阳能电池、储能元件和天线与传感器电路电气相连。
4、 根据权利要求3所述的一种无线高压带电显示闭锁装置，其特征在于，所 述传感器电路包括有无线通讯模块、电源电路、信号调理电路、A/D模数转 换模块、微处理器CPU、存储器，所述电源电路与太阳能电池、信号调理电 路和储能元件电气连接，所述微处理器CPU与无线通讯模块、A/D模数转换 模块、存储器电气连接，所述信号调理电路与A/D模数转换模块和屏蔽电极电气连接。
5、 根据权利要求4所述的一种无线高压带电显示闭锁装置，其特征在于，所 述信号调理电路包括有放大器，所述电源电路包含充电电路、稳压电路和参 考电平电路，所述屏蔽电极与信号调理电路中的放大器的反向输入端连接， 所述太阳能电池与电源电路的充电电路连接，所述电源电路的参考电平电路 与信号调理电路中的放大器的正向输入端连接，在放大器的反向输入端和输出端并联有电阻；放大器的反向输入端、屏蔽电极与地电平电气相连。
6、 根据权利要求l所述的一种无线高压带电显示闭锁装置，其特征在于，所 述显示器包括壳体、太阳能电池、电子电路、储能元件、指示灯、音响、标 定按钮和天线，所述太阳能电池、电子电路、天线、标定按钮、音响、指示 灯和储能元件设置于所述壳体内部，所述太阳能电池、储能元件、音响、标 定按钮、指示灯和天线与电子电路电气相连。
7、 根据权利要求6所述的一种无线高压带电显示闭锁装置，其特征在于，所 述显示器中的电子电路包括有无线通讯模块、微处理器CPU、存储器、EEPR0M 存储器、音响驱动模块，指示灯驱动模块和电源电路，所述微处理器CPU分 别与无线通讯模块、存储器、EEPROM存储器、音响驱动模块、指示灯驱动模 块和标定按钮连接。
8、 根据权利要求3至7中任何一项所述的一种无线高压带电显示闭锁装置， 其特征在于，所述高压传感器的壳体上设置有透明密封窗，所述显示器的壳 体上设置有透明密封窗，所述太阳能电池设置在所述透明密封窗下。
9、 一种如权利要求8所述的一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法，其 特征在于，所述高压:传感器和显示器的太阳能电池透过壳体上的透明密封窗 口接受太阳能并转化为电能，通过各自的电源电路给储能元件充电，同时给 各自电子电路提供电能。
10、 根据权利要求9所述的一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法， 其特征在于，在所述装置正常工作前，先进行传感器和显示器的绑定，绑定 后的传感器只对对应的显示器的同步报文做出响应，显示器也只接受和处理 来自绑定的传感器的数据。
11、 根据权利要求10所述的一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法，其特征在于，所述无线高压带电显示闭锁装置的工作步骤包括有步骤一设置三只传感器的相别，设置三只传感器与显示器为同一组通 讯识别码，实现传感器与显示器之间的绑定；步骤二显示器定时向传感器发送同歩指令，指令包含显示器的时钟信息；步骤三传感器调整其时钟与显示器时钟一致，实现时间同步；步骤四传感器采集感应电极的感应电量，经A/D转换后，由CPU进行 数据压縮，并加入时间标记，通过无线通讯电路发送到显示器；步骤五如果显示器在一定时间内接收不到三只传感器的数据时，显示 器通过无线通讯电路向应用系统发送故障信号，并且设置指示灯闪烁，然后 进入步骤七，否则到步骤六；步骤六显示器接受到三只传感器的数据后，对三相数据进行时域或复 频域的补偿计算，再与标定值比较，大于标定值时输出有电信号，指示灯常 亮，否则输出无电信号，指示灯常灭，所有结果通过无线通讯电路发送到应 用系统；步骤七工作歩骤完成。
12、 根据权利要求11所述的一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法， 其特征在于，所述高压传感器上的兼做感应电极的太阳能电池板感应到高压 设备的电场信号后，通过电源电路传送给信号调理电路，经放大器信号放大 后由A/D模数转换模块把模拟信号转变为数字信号给微处理器CPU处理，并 把处理后的数据通过无线通讯模块及天线发送给显示器。
13、 根据权利要求11所述的一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法， 其特征在于，所述显示器的工作过程为显示器通过天线和无线通讯模块接收由三个高压传感器传递来的高压设备三相带电状态数据，此数据送至微处理器CPU处理后与保存在EEPR0M存储器中的标定值进行比较，若带电状态数 据值大于标定值则判断该相带电，若低于标定值则判断该相无电；若微处理 器CPU判断高压设备带电，则该相对应的指示灯就会被点亮，同时音响短时 间鸣响，有电信息经无线通讯模块和天线发出给防误闭锁系统；如果微处理 器CPU判断高压设备无电，则相应的指示灯熄灭，无电信息经无线通讯模块 和天线发出给防误闭锁系统。
14、 根据权利要求11所述的一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法， 其特征在于，所述无线感应式高压带电显示闭锁装置的标定流程，按如下步 骤工作步骤一按下并且释放标定按钮；步骤二设置显示器的标定值为出厂默认标定值；步骤三设置显示器的工作模式标志为待标定状态；步骤四将显示器的工作模式标志和标定值保存到EEPR0M中；步骤五显示器接受三相传感器的数据，确认高压设备的三相全部带电后，按照补偿后的数据计算出新的标定值；步骤六设定显示器的工作模式标志为已标定状态；步骤七将显示器的工作模式标志和标定值保存到EEPROM中；步骤七工作步骤结束。
15、 根据权利要求ll所述的一种无线高压带电显示闭锁装置的工作方法，其特征在于，所述高压传感器的工作过程为-步骤一设置传感器与显示器为同一组通讯识别码；步骤二等待显示器发送的同步指令，指令包含显示器的时钟信息；步骤三接收到显示器的同步指令后，调整传感器的时钟与显示器的时钟一致，实现时间同步；步骤四传感器采集感应电极的感应电量，经A/D转换后，由CPU进行数据压縮，并加入时间标记，通过无线通讯电路发送到显示器；步骤五工作步骤结束。
全文摘要
本发明提供一种采用太阳能电池供电带有放大电路的感应式高压传感器，传感器与显示器采用无线数据传输，显示器采用太阳能供电的户外型无线感应式高压带电显示闭锁装置及其工作方法。本发明所采用的技术方案是一种无线高压带电显示闭锁装置，包括装设于电气设备上指示线路带电的显示器和装设在输电线路附近的感应式高压传感器，其中，所述显示器上带有太阳能电池、无线通讯模块和天线，所述高压传感器上带有兼做高压感应电极的太阳能电池，以及与所述显示器进行无线数据传输的无线通讯模块和天线。
文档编号G01R19/155GK101173965SQ200610123199
公开日2008年5月7日 申请日期2006年11月1日 优先权日2006年11月1日
发明者刘粤海, 张永强, 鹏 李 申请人:珠海优特电力科技股份有限公司