专利名称：一种数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪。
背景技术：
现有技术中，氧化锌避雷器带电测试仪是由二次电压传感器、泄漏电流传感器、信 号处理装置所组成。二次电压传感器和泄漏电流传感器分别与信号处理装置连接，由于二 次电压传感器和泄漏电流传感器传输的都是模拟信号，为保证信号不衰减需要使用带有屏 蔽层的信号电缆连接二次电压传感器、泄漏电流传感器与信号处理装置。其工作原理为泄 漏电流传感器通过导线将泄漏电流信号传输给信号处理装置，二次电压传感器将二次电压 信号传输给信号处理装置，由信号处理装置测量泄漏电流与二次电压之间的电角度，以此 来判断氧化锌避雷器的运行状态。但是由于二次电压传感器是与电压互感器二次端子固定 连接，泄漏电流传感器是与避雷器连接，而实际工作中， 一个变电站的避雷器少则几组，多 则几十组，且分布在不同的位置，因此需要在各个避雷器之间频繁移动信号处理装置、测试 仪与信号电缆，特别是信号处理装置体积和重量大，移动起来很不方便，操作人员的劳动强 度比较大。
发明内容
本发明提供了一种数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，其移动方便，操作容易。
本发明的技术方案是一种数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，包括二次电 压传感器、泄漏电流传感器、发射机和接收机； 所述发射机包括第一档位选择开关电路、第一单片机控制器和第一无线收发单
元；所述接收机包括第二档位选择开关电路、第二单片机控制器和第二无线收发单元；所
述第一档位选择开关电路和第一无线收发单元分别与所述第一单片机控制器连接；所述第
二档位选择开关电路和第二无线收发单元分别与所述第二单片机控制器连接； 在所述第一单片机控制器通过二次电压传感器与电压互感器二次端子连接时，所
述第一档位选择开关电路输出第一预定电压，所述第一单片机控制器根据该第一预定电压
将所述第一无线收发单元设定为发射模式；在所述第二单片机控制器通过泄漏电流传感器
与避雷器连接时，所述第二档位选择开关电路输出第二预定电压，所述第二单片机控制器
根据该第二预定电压将所述第二无线收发单元设定为接收模式； 所述第一单片机控制器通过第一无线收发单元无线发射同步测量信号到第二无 线收发单元，所述第二单片机控制器通过第二无线收发单元无线接收该同步测量信号；所 述第二单片机控制器在接收到同步测量信号后接收所述泄漏电流传感器输出的电流信号， 并利用傅立叶算法计算该电流信号的初相角；所述第一单片机控制器在发送所述同步测量 信号的预定时间后接收所述二次电压传感器输出的电压信号，并利用傅立叶算法计算该电 压信号的初相角，并将该电压信号的初相角通过所述第一无线收发单元无线发送到第二无 线收发单元，所述第二单片机控制器通过第二无线收发单元无线接收所述电压信号的初相角，并计算该电流信号的初相角和电压信号的初相角的差值，并通过与第二单片机控制器 连接的显示屏进行显示。 本发明的数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，发射机和接收机可以无线收发信 号，使用时发射机可以固定连接在电压互感器二次端子上，操作者只需移动接收机和泄漏 电流传感器去测量避雷器的泄漏电流信号即可，相对于现有技术需要移动整个信号处理装 置来说，使用方便操作比较容易；另外在本发明中，发射机只需计算电压信号的初相角、接 收机只需计算电流信号的初相角，将现有技术在信号处理装置的计算电压信号和电流信号 的初相角的功能分布在发射机和接收机上，则可以提高计算处理速度，提高了工作效率。
图1是本发明数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪在一实施例中的结构原理图； 图2是本发明数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪在又一实施例中的结构原理
图3是本发明第一档位选择开关电路在一实施例中的电路原理图 图4是本发明第二档位选择开关电路在一实施例中的电路原理图 图5是本发明第一模拟滤波放大电路在一实施例中的电路原理图 图6是本发明第二模拟滤波放大电路在一实施例中的电路原理图 图7是本发明数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪在一具体实施例的应用示意
具体实施例方式
本发明的数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，发射机和接收机可以无线收发信
号，使用时发射机可以固定连接在电压互感器二次端子上，操作者只需移动接收机和泄漏
电流传感器，相对于现有技术需要移动整个信号处理装置来说，使用方便操作比较容易；另
外在本发明中，发射机只需计算电压信号的初相角、接收机只需计算电流信号的初相角，将
现有技术在信号处理装置的计算电压信号和电流信号的初相角的功能分布在发射机和接
收机上，则可以提高计算处理速度，提高了工作效率。 下面结合附图对本发明的具体实施例做一详细的阐述。 本发明数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，如图1，包括二次电压传感器、泄 漏电流传感器、发射机和接收机； 所述发射机包括第一档位选择开关电路、第一单片机控制器和第一无线收发单 元；所述接收机包括第二档位选择开关电路、第二单片机控制器和第二无线收发单元；所 述第一档位选择开关电路和第一无线收发单元分别与所述第一单片机控制器连接；所述第 二档位选择开关电路和第二无线收发单元分别与所述第二单片机控制器连接；二次电压传 感器用于测量电压互感器的电压信号，泄漏电流传感器用于测量避雷器的泄漏电流信号；
在所述第一单片机控制器通过二次电压传感器与电压互感器二次端子连接时，所 述第一档位选择开关电路输出第一预定电压，所述第一单片机控制器根据该第一预定电压 将所述第一无线收发单元设定为发射模式；在所述第二单片机控制器通过泄漏电流传感器 与避雷器连接时，所述第二档位选择开关电路输出第二预定电压，所述第二单片机控制器根据该第二预定电压将所述第二无线收发单元设定为接收模式； 所述第一单片机控制器通过第一无线收发单元无线发射同步测量信号到第二无 线收发单元，所述第二单片机控制器通过第二无线收发单元无线接收该同步测量信号；所 述第二单片机控制器在接收到同步测量信号后接收所述泄漏电流传感器输出的电流信号， 并利用傅立叶算法计算该电流信号的初相角；所述第一单片机控制器在发射所述同步测量 信号的预定时间(该预定时间可以根据实际需要来设置)后接收所述二次电压传感器输出 的电压信号，并利用傅立叶算法计算该电压信号的初相角，并将该电压信号的初相角通过 所述第一无线收发单元无线发送到第二无线收发单元，所述第二单片机控制器通过第二无 线收发单元无线接收所述电压信号的初相角，并计算该电流信号的初相角和电压信号的初 相角的差值，并通过与第二单片机控制器连接的显示屏进行显示。通过显示屏显示的电流 信号和电压信号的初相角的差值即可反应被测避雷器的绝缘状况。 所述第一单片机控制器发射所述同步测量信号的功能是使发射机和接收机于同 一时刻开始进行测量，在一较优实施例中，该同步测量信号的格式可以为32位二进制数 1XXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX，其中首位的l表示该信号是开始测量的命令 信号，其后的31位数表示该命令信号的时延。该同步测量信号连续发射16次，时延随着发
射次数的增加而递增，接收机只要接收到其中任何一次命令信号就可以开始测量。 在实际应用中，第一单片机控制器和第二单片机控制器的功能是一样的，需要操 作人员通过操作档位选择开关电路控制其输出电压大小，来控制第一单片机控制器和第 二单片机控制器的发射或接收工作模式，在所述第二档位选择开关电路输出第一预定电压 时，所述第二单片机控制器根据该第一预定电压设定为发射工作模式，在所述第一档位选 择开关电路输出第二预定电压时，所述第一单片机控制器根据该第二预定电压设定为接收 工作模式。所以本发明的接收机和发射机的工作模式可以根据用户需要来设定，进一步方 便了用户操作使用。 在一较优实施例中，如图2 ，所述发射机还包括用于对二次电压传感器输出的电压 信号进行放大滤波处理的第一模拟滤波放大电路，所述接收机还包括用于对泄漏电流传感 器输出的电流信号进行放大滤波处理的第二模拟滤波放大电路；第一模拟滤波放大电路连 接在所述第一单片机控制器与二次电压传感器之间，第二模拟滤波放大电路连接在所述第 二单片机控制器与泄漏电流传感器之间。该模拟滤波放大电路将模拟信号进行放大、滤波， 以使电流信号或电压信号满足单片机控制器的要求。 在一较优实施例中，所述第一单片机控制器在发射同步测量信号之前，还用于接 收二次电压传感器输出的电压信号，利用傅立叶算法计算该电压信号的初相角，在初相角 为零时所述第一单片机控制器通过第一无线收发单元无线发射同步测量信号到第二无线 收发单元。这样做可以消除因为电压信号初始测量角度不同，而造成测量误差无规律分布， 以及避免电网频率低频振荡产生测量误差。 在一较优实施例中，所述第一单片机控制器还用于计算二次电压传感器输出的电
压信号的波形，并通过与第一单片机控制器连接的第一显示屏进行显示；所述第二单片机
控制器还用于计算泄漏电流传感器输出的电流信号的波形，并通过与第二单片机控制器连
接的第二显示屏进行显示。这样可以更加直观的反应电压信号或电流信号。 在一较优实施例中，所述第一单片机控制器还用于将二次电压传感器输出的电压信号通过第一无线收发单元无线发射到第二无线收发单元，第二单片机控制器通过第二无 线收发单元接收该电压信号，并计算该电压信号的波形，通过与第二单片机控制器连接的 显示屏进行显示。这样可以方便的对比电压信号的波形和电流信号的波形。根据实际需 要，第一单片机控制器也可以计算电压信号的基波幅值，并通过第一显示屏进行显示；第二 单片机控制器也可以计算电流信号的基波幅值，并通过第二显示屏进行显示；当然也可以 根据用户实际需要来设置单片机控制器的计算功能，可以计算其他具有实际测量意义的数 值。 在一较优实施例中，如图3，所述第一档位选择开关电路包括第一电阻RC1、第二 电阻RC2、第六电阻RC6、第四电阻RC4、第五电阻RC5、第一单刀双掷开关SW3和第二单刀双 掷开关SW2 ; 所述第六电阻RC6的一端接地，另一端分别与所述第一单片机控制器的输入端 CH5 OUT和第一单刀双掷开关SW3的第一端5连接，第一单刀双掷开关SW3的第二端6通过 第五电阻RC5接地，电源(可以为不同的电压，图中所示为3. 3V)依次通过第一电阻RC1、第 二电阻RC2、第四电阻RC4和第五电阻RC5连接，第一单刀双掷开关SW3的第三端4和第二 单刀双掷开关SW2的第三端3分别连接在第二电阻RC2和第四电阻RC4之间，第二单刀双 掷开关SW2的第二端1连接在第一电阻RC1和第二电阻RC2之间，第二单刀双掷开关SW2 的第一端2接电源(可以为不同的电压，图中所示为3.3V)。通过改变第一单刀双掷开关 SW3和第二单刀双掷开关SW2的档位连接关系，输出端CH5 OUT的输出电压而不同，这样第 一单片机控制器根据该输出电压即可判断是处于发射工作模式或接收工作模式。
在一较优实施例中，如图4，所述第二档位选择开关电路包括第七电阻RC7、第八 电阻RC8、第九电阻RC9、第十电阻RC10、第i^一电阻RC11、第三单刀双掷开关SW4和第四单 刀双掷开关SW5 ; 所述第十一电阻RCll的一端接地，另一端分别与所述第二单片机控制器的输入 端C朋OUT和第三单刀双掷开关SW4的第一端12连接，第三单刀双掷开关SW4的第二端11 通过第十电阻RC10接地，电源(可以为不同的电压，图中所示为3. 3V)依次通过第七电阻 RC7、第八电阻RC8、第九电阻RC9和第十电阻RC10连接，第三单刀双掷开关SW4的第三端 10和第四单刀双掷开关SW5的第三端8分别连接在第九电阻RC9和第十电阻RC10之间，第 四单刀双掷开关SW5的第二端7连接在第七电阻RC7和第八电阻RC8之间，第四单刀双掷 开关SW5的第一端9接电源(可以为不同的电压，图中所示为3. 3V)。通过改变第三单刀双 掷开关SW4和第四单刀双掷开关SW5的档位连接关系，输出端CH6 OUT的输出电压不同，这
样第二单片机控制器根据该输出电压即可判断是处于发射工作模式或接收工作模式。
在一较优实施例中，如图5，所述第一模拟滤波放大电路包括第一滑动变阻R303、 第二滑动变阻R31、第一到第十二电阻、第一放大器U17A、第二放大器U17D、第一电容C31和 第二电容C32 ; 所述二次电压传感器的输出端CH3IN分别与第一滑动电阻R303的一端g和第二 电阻R302的一端连接，第二电阻R302的另一端接地，第一滑动电阻R303的另一端h通过 第一电阻R305接地；第一滑动电阻R303的滑动端i通过第三电阻R33与第一放大器U17A 的正输入端3连接，第一放大器U17A的正输入端3通过第四电阻R34与第二滑动电阻R31 的滑动端1连接，第二滑动变阻R31的一端j接地，另一端k分别通过第七电阻R304接地和第六电阻R32接电源(可以为不同的电压，图中所示为5.0V);第一放大器U17A的负输入 端2通过第五电阻R35接地，第一放大器U17A的输出端1通过第八电阻R36与第一放大器 U17A的负输入端2连接、及通过第九电阻R37、第二电容C32分别与第一单片机控制器的输 入端CH3 OUT和第二放大器U17D的输出端14连接，第二放大器U17D的正输入端12通过 第十电阻R38连接在第九电阻R37和第二电容C32之间、及通过第一电容C31接地，第二放 大器U17D的负输入端12分别通过第i^一电阻R39接地、及通过第十二电阻R301与第二放 大器U17D的输出端14连接。第一放大器U17A和第二放大器U17D的型号可以都为LM324。
在一较优实施例中，如图6，所述第二模拟滤波放大电路包括第三滑动变阻R403、 第四滑动变阻R41、第十三到第二十四电阻、第三放大器U17B、第四放大器U17C、第三电容 C41和第四电容C42 ;第三放大器U17B和第四放大器U17C的型号可以都为LM324 ;
所述泄漏电流传感器的输出端CH4IN分别与第三滑动电阻R403的一端a和第 十三电阻R402的一端连接，第十三电阻R402的另一端接地，第三滑动电阻R403的另一端b 通过第十四电阻R405接地；第三滑动电阻R403的滑动端c通过第十五电阻R43与第三放 大器U17B的正输入端5连接，第三放大器U17B的正输入端5通过第十六电阻R44与第四滑 动电阻R41的滑动端f连接，第四滑动变阻R41的一端e接地，另一端d分别通过第十八电 阻R42接电源(可以为不同的电压，图中所示为5. 0V)和第十九电阻R404接地；第三放大 器U17B的负输入端6通过第十七电阻R45接地，第三放大器U17B的输出端7通过第二十 电阻R46与第三放大器R17B的负输入端6连接，第三放大器U17B的输出端7依次通过第 二十一电阻R47、第四电容C42分别与第二单片机控制器的输入端CH4 OUT和第四放大器 U17C的输出端8连接，第四放大器U17C的正输入端10分别通过第二十二电阻R48连接在 第二i^一电阻R47和第四电容C42之间、及通过第三电容C41接地，第四放大器U17C的负 输入端9分别通过第二十三电阻R49接地、及通过第二十四电阻R401与第四放大器U17C 的输出端8连接。 如图7，为本发明测试仪在实际应用中的示意图，该具体实施例是以110KV敞开式
变电站为例，将发射机置于IIOKV母线电压互感器上，发射机通过用于测量电压互感器电
压信号的二次电压传感器与电压互感器二次端子固定连接，接收机由操作人员手持，接收
机通过用于测量避雷器的泄漏电流信号的泄漏电流传感器与避雷器连接，接收机通过改变
与不同的避雷器的连接，即可测量被测避雷器的绝缘情况，操作使用方便。 以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明
的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范
围之内。
权利要求
一种数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于，包括二次电压传感器、泄漏电流传感器、发射机和接收机；所述发射机包括第一档位选择开关电路、第一单片机控制器和第一无线收发单元；所述接收机包括第二档位选择开关电路、第二单片机控制器和第二无线收发单元；所述第一档位选择开关电路和第一无线收发单元分别与所述第一单片机控制器连接，所述第二档位选择开关电路和第二无线收发单元分别与所述第二单片机控制器连接；在所述第一单片机控制器通过二次电压传感器与电压互感器二次端子连接时，所述第一档位选择开关电路输出第一预定电压，所述第一单片机控制器根据该第一预定电压将所述第一无线收发单元设定为发射模式；在所述第二单片机控制器通过泄漏电流传感器与避雷器连接时，所述第二档位选择开关电路输出第二预定电压，所述第二单片机控制器根据该第二预定电压将所述第二无线收发单元设定为接收模式；所述第一单片机控制器通过第一无线收发单元无线发射同步测量信号到第二无线收发单元，所述第二单片机控制器通过第二无线收发单元无线接收该同步测量信号；所述第二单片机控制器在接收到同步测量信号后接收所述泄漏电流传感器输出的电流信号，并利用傅立叶算法计算该电流信号的初相角；所述第一单片机控制器在发射所述同步测量信号的预定时间后接收所述二次电压传感器输出的电压信号，并利用傅立叶算法计算该电压信号的初相角，并将该电压信号的初相角通过所述第一无线收发单元无线发送到第二无线收发单元，所述第二单片机控制器通过第二无线收发单元无线接收所述电压信号的初相角，并计算该电流信号的初相角和电压信号的初相角的差值，并通过与第二单片机控制器连接的显示屏进行显示。
2. 根据权利要求1所述的数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于所述发射机还包括用于对二次电压传感器输出的电压信号进行放大滤波处理的第一模拟滤波放大电路，所述接收机还包括用于对泄漏电流传感器输出的电流信号进行放大滤波处理的第二模拟滤波放大电路；第一模拟滤波放大电路连接在所述第一单片机控制器与二次电压传感器之间，第二模拟滤波放大电路连接在所述第二单片机控制器与泄漏电流传感器之间。
3. 根据权利要求1或2所述的数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于所述第一单片机控制器在发射所述同步测量信号之前，还用于接收二次电压传感器输出的电压信号，利用傅立叶算法计算该电压信号的初相角，在初相角为零时所述第一单片机控制器通过第一无线收发单元无线发射所述同步测量信号到第二无线收发单元。
4. 根据权利要求3所述的数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于所述第一单片机控制器还用于计算二次电压传感器输出的电压信号的波形，并通过与第一单片机控制器连接的显示屏进行显示；所述第二单片机控制器还用于计算泄漏电流传感器输出的电流信号的波形，并通过与第二单片机控制器连接的显示屏进行显示。
5. 根据权利要求4所述的数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于所述第一单片机控制器还用于将二次电压传感器输出的电压信号通过第一无线收发单元无线发射到第二无线收发单元，第二单片机控制器通过第二无线收发单元接收该电压信号，并计算该电压信号的波形，通过与第二单片机控制器连接的显示屏进行显示。
6. 根据权利要求1所述的数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于所述第一档位选择开关电路包括第一电阻、第二电阻、第六电阻、第四电阻、第五电阻、第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关；所述第六电阻的一端接地，另一端分别与所述第一单片机控制器的输入端和第一单刀双掷开关的第一端连接，第一单刀双掷开关的第二端通过第五电阻接地，电源依次通过第一电阻、第二电阻、第四电阻和第五电阻连接，第一单刀双掷开关的第三端和第二单刀双掷开关的第三端分别连接在第二电阻和第四电阻之间，第二单刀双掷开关的第二端连接在第一电阻和第二电阻之间，第二单刀双掷开关的第一端接电源。
7. 根据权利要求1或6所述的数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于所述第二档位选择开关电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第三单刀双掷开关和第四单刀双掷开关；所述第十一电阻的一端接地，另一端分别与所述第二单片机控制器的输入端和第三单刀双掷开关的第一端连接，第三单刀双掷开关的第二端通过第十电阻接地，电源依次通过第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻连接，第三单刀双掷开关的第三端和第四单刀双掷开关的第三端分别连接在第九电阻和第十电阻之间，第四单刀双掷开关的第二端连接在第七电阻和第八电阻之间，第四单刀双掷开关的第一端接电源。
8. 根据权利要求2所述的数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于所述第一模拟滤波放大电路包括第一滑动变阻、第二滑动变阻、第一到第十二电阻、第一放大器、第二放大器、第一电容和第二电容；所述二次电压传感器的输出端分别与第一滑动电阻的一端和第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地，第一滑动电阻的另一端通过第一电阻接地；第一滑动电阻的滑动端通过第三电阻与第一放大器的正输入端连接，第一放大器的正输入端通过第四电阻与第二滑动电阻的滑动端连接，第二滑动变阻的一端接地，另一端分别通过第七电阻接地和第六电阻接电源；第一放大器的负输入端通过第五电阻接地，第一放大器的输出端通过第八电阻与第一放大器的负输入端连接、及通过第九电阻、第二电容分别与第一单片机控制器的输入端和第二放大器的输出端连接，第二放大器的正输入端通过第十电阻连接在第九电阻和第二电容之间、及通过第一电容接地，第二放大器的负输入端分别通过第十一电阻接地、及通过第十二电阻与第二放大器的输出端连接。
9. 根据权利要求2或8所述的数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，其特征在于所述第二模拟滤波放大电路包括第三滑动变阻、第四滑动变阻、第十三到第二十四电阻、第三放大器、第四放大器、第三电容和第四电容；所述泄漏电流传感器的输出端分别与第三滑动电阻的一端和第十三电阻的一端连接，第十三电阻的另一端接地，第三滑动电阻的另一端通过第十四电阻接地；第三滑动电阻的滑动端通过第十五电阻与第三放大器的正输入端连接，第三放大器的正输入端通过第十六电阻与第四滑动电阻的滑动端连接，第四滑动变阻的一端接地，另一端分别通过第十八电阻接电源和第十九电阻接地；第三放大器的负输入端通过第十七电阻接地，第三放大器的输出端通过第二十电阻与第三放大器的负输入端连接，第三放大器的输出端依次通过第二十一电阻、第四电容分别与第二单片机控制器的输入端和第四放大器的输出端连接，第四放大器的正输入端分别通过第二十二电阻连接在第二十一电阻和第四电容之间、及通过第三电容接地，第四放大器的负输入端分别通过第二十三电阻接地、及通过第二十四电阻与第四放大器的输出端连接。
全文摘要
本发明公开了一种数字无线式氧化锌避雷器带电测试仪，其包括二次电压传感器、泄漏电流传感器、发射机和接收机；所述发射机包括第一档位选择开关电路、第一单片机控制器和第一无线收发单元；所述接收机包括第二档位选择开关电路、第二单片机控制器和第二无线收发单元；所述第一档位选择开关电路和第一无线收发单元分别与所述第一单片机控制器连接，所述第二档位选择开关电路和第二无线收发单元分别与所述第二单片机控制器连接。本发明发射机和接收机可以无线收发信号，使用时发射机可以固定连接在电压互感器二次端子上，操作者只需移动接收机和泄漏电流传感器去测量避雷器的泄漏电流信号即可，使用方便操作比较容易；另外可以提高计算处理速度。
文档编号G01R25/00GK101701992SQ20091019411
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月24日 优先权日2009年11月24日
发明者吴宇宁, 夏燕莉, 李汉明, 江健武, 黄炜昭 申请人:广东电网公司深圳供电局