矿用供电设备在线监控装置及系统的制作方法

本实用新型属于电气仪表监控技术领域，特别涉及一种矿用供电设备在线监控装置及系统，尤其涉及一种电子互感器在线监控装置及系统。

背景技术：

矿用供电系统通常会采用6KV/10KV供电系统，包括高压电网、配电变压器、中低压电网、供电保护装置等，在配电变压器的高压电网侧通常会用到互感器等检测仪表以实现对高压电网及变压器的监控。智能监控作为变电技术的发展方向，新型光电互感器技术为智能变电的推广应用奠定了基础。在矿场上供电问题可能会导致安全事故，因此对供电设备进行在线监控非常必要。

基于光学和电子学原理的电子电压、电流互感器 (分别简称为EVT和ECT) 经过30多年的发展以其独特的优点，成为最有发展前途的一种超高压条件下电压、电流的测量设备。早期的电子式互感器一次侧和二次侧通过光纤来传输信号，也称为光电式互感器。2002年，IEC根据新型电子式电压、电流互感器的发展趋势，制定了关于EVT的IEC60044-7标准和 ECT的 IEC644-8标准，明确了电子式互感器的定义及相应的技术规范。

根据IEC60044-7标准，EVT采用电阻分压器，电容分压器或光学装置作为一次转换部件，利用光纤作为一次转换器和二次转换器之间的传输系统。并装有电子器件作测量信号的传输和放大，具有模拟量电压输出或数字量输出。根据IEC60044-5标准，采用传统电流互感器霍尔传感器、Rogowski线圈或光学装置作为一次转换部件，利用光纤作为一次转换器和二次转换器之间的传输系统，并装有电子器件作测量信号的传输和放大，具有模拟量电压输出或数字量输出。

传统的互感器采用环氧树脂等浇注绝缘和防护，而电子互感器采用特殊气体绝缘和防护（如SF₆），气体绝缘就存在绝缘损耗的问题，一旦其损耗超过某个限度则可造成互感器无法正常工作，因此在线测量互感器绝缘损耗具有现实意义。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种矿用供电设备在线监控装置及系统，本装置及系统用于在线检测多个互感器的绝缘损耗，且其具有功耗低、抗干扰强、准确性高和结构简单等优点，能及时、准确地获取矿用供电设备中变压部分的检测仪表的各项指标，保证检测数据的准确性，进而避免矿场出现安全事故。所述技术方案如下：

一方面，本实用新型实施例提供了一种矿用供电设备在线监控装置，该装置包括MCU、温湿度传感器、同向放大电路、射随电路、分压电路、逐次逼近型模数转换器、电流调理电路、零磁通穿心小电流传感器、压力调理电路和压力传感器，所述分压电路、射随电路和同向放大电路依次电连接，所述零磁通穿心小电流传感器与电流调理电路电连接，所述压力传感器与压力调理电路电连接，所述逐次逼近型模数转换器与MCU、同向放大电路、电流调理电路和压力调理电路电连接，所述温湿度传感器与MCU电连接。

其中，本实用新型实施例中的MCU为MSP430F1611。

其中，本实用新型实施例中的温湿度传感器为DB120-15。

其中，本实用新型实施例中的逐次逼近型模数转换器为ADS7685。

其中，本实用新型实施例中的零磁通穿心小电流传感器为BCT-2。

其中，本实用新型实施例中的压力传感器为SMC18B。

进一步地，本实用新型实施例提供的矿用供电设备在线监控装置还包括看门狗、时钟、复位电路和/或报警器，所述MCU与看门狗、时钟、复位电路和/或报警器电连接。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种矿用供电设备在线监控系统，该系统包括上位机、交换机、光电通信模块和前述的矿用供电设备在线监控装置，所述矿用供电设备在线监控装置通过光电通信模块与交换机电连接，所述上位机与交换机电连接。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本装置及系统的测量分两部分：一部分是对设备内的压强、温度、湿度等测量；另一部分是对介质损耗的测量。介质损耗是评价互感器绝缘性能好坏的指标。采集压强、温度和湿度的数据，可以计算设备状态的变化对同轴圆柱电容量的改变，计算出气体的密度、含水量，这也能判断气体的绝缘性能，与通过二次电压、泄露电流分析出的介质损耗进行相互验证，增强了本系统对故障检测的稳定性。另外，本装置及系统还有功耗低、抗干扰强、准确性高和结构简单等优点。该装置及系统能及时、准确地获取矿用供电设备中变压部分的检测仪表的各项指标，保证检测数据的准确性，进而避免矿场出现安全事故。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的矿用供电设备在线监控装置的原理框图；

图2是本实用新型实施例提供的零磁通穿心小电流传感器与电流调理电路组合的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的同向放大电路、射随电路和分压电路组合的电路图；

图4是本实用新型实施例提供的压力传感器与压力调理电路组合的电路图；

图5是本实用新型实施例提供的逐次逼近型模数转换器的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

实施例1-5，本实用新型实施例提供了一种矿用供电设备在线监控装置，该装置包括MCU（微控制单元）、温湿度传感器、同向放大电路、射随电路、分压电路、逐次逼近型模数转换器、电流调理电路、零磁通穿心小电流传感器、压力调理电路和压力传感器等。其中，温湿度传感器（为了避免磁场的干扰，优选靠近一次杆）和压力传感器（优选设于低电位的底部基座内腔，安全性更高）设于互感器腔体内，分别用于检测湿度、温度和SF₆压力；分压电路设于母线上用于检测二次电压，零磁通穿心小电流传感器设于互感器末端用于检测泄露电流。其中，分压电路、射随电路和同向放大电路依次电连接；具体地，二次电压直接从母线上分压得到，母线上的电压为110KV，经过电容分压后采用射随电路增加电路的驱动能力，再经同相放大电路得到适合的信号。零磁通穿心小电流传感器与电流调理电路电连接；具体地，零磁通穿心小电流传感器得到0-10V电压，电流调理电路（电阻网络）进行分压得到适合的信号。压力传感器与压力调理电路电连接；具体地，压力传感器输出的电压为0.5-4.5V，MCU提供的电压为3.3V，需要与内部电压2.5V进行比较，压力调理电路用于将模拟电压调整至0-2.5V。逐次逼近型模数转换器与MCU、同向放大电路、电流调理电路和压力调理电路电连接，逐次逼近型模数转换器用于模数转换，要求其具有较高的信噪比、精度及分辨率，其还包括2.5V基准电压芯片，由MCU提供外部时钟。温湿度传感器与MCU电连接用于检测温度和湿度。进一步地，通过综合考虑磁场强度、设置位置、价格和设计要求等因素，压力传感器采用模拟电压输出传感器，温湿度传感器采用数字输出传感器，零磁通穿心小电流传感器采用模拟电压输出传感器。

其中，本实用新型实施例中的MCU为德州仪器公司的超低功率单片机MSP430F1611，其电压为1.8-3.6V低电压，RAM数据保持下耗电仅0.1uA，其具有一种活动模式与五种低功耗模式。并且，其采用矢量中断，支持十多个中断源，可任意嵌套。

其中，本实用新型实施例中的温湿度传感器为DB120-15，其具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性，温度范围-40℃-120℃，准确度±0.3℃；湿度范围0-100%RH，准确度±2%。

其中，本实用新型实施例中的逐次逼近型模数转换器为ADS7685，其功耗较小，电压为2.3-5.5V，位数为16位。

其中，本实用新型实施例中的零磁通穿心小电流传感器为BCT-2，其可检测100uA-700uA的工频电流，输出电压为0-10V，比差为±0.01%，其具有极好温度特性和电场干扰能力。

其中，本实用新型实施例中的压力传感器为SMC18B。其工作温度为-40℃-125℃，检测压力为0-0.5MPa符合测量要求。

参见图2，本实用新型实施例中的电流调理电路包括R1、R2和TVS1等。

参见图3，本实用新型实施例中的同向放大电路、射随电路和分压电路包括FNR、R5-R12（R6和R11为变阻器）、C3-C5、放大器OPA22237、二极管D-TVS1与D-TVS2和TVS2等。

参见图4，本实用新型实施例中的压力调理电路包括R16、R7和TVS3等。

参见图5，本实用新型实施例中的逐次逼近型模数转换器包括ADS7685、ADP421、C6-C16、R13-R15等。

进一步地，参见图1，本实用新型实施例提供的矿用供电设备在线监控装置还包括看门狗、时钟、复位电路和/或报警器等外围电路以实现其多样化功能，MCU与看门狗、时钟、复位电路和/或报警器等电连接。

进一步地，本实用新型实施例提供的矿用供电设备在线监控装置还包括电源模块，该电源模块为各单元供电。

优选地，本实用新型实施例提供的矿用供电设备在线监控装置还包括预处理模块，该预处理模块设于同向放大电路和电流调理电路与逐次逼近型模数转换器之间，其作用为二次电压信号与泄露电流信号经整形、滤波、放大及同步采样后由A/D转化为离散的数字信号，上位机得到这两个信号的相位角差及介质损耗角正切值。

互感器的介质损耗测量属于高电压、微电流、小角度的精密测量，对测量方法要求高，只有能够有效减低误差，测量出的数据才能准确的反映设备的绝缘状态。本装置的测量分两部分：一部分是对设备内的压强、温度、湿度等测量；另一部分是对介质损耗的测量。介质损耗是评价互感器绝缘性能好坏的指标。采集压强、温度和湿度的数据，可以计算设备状态的变化对同轴圆柱电容量的改变，计算出气体的密度、含水量，这也能判断气体的绝缘性能，与通过二次电压、泄露电流分析出的介质损耗进行相互验证，增强了本系统对故障检测的稳定性。另外，本装置还有功耗低、抗干扰强、准确性高和结构简单等优点。该装置及系统能及时、准确地获取矿用供电设备中变压部分的检测仪表的各项指标，保证检测数据的准确性，进而避免矿场出现安全事故。

实施例2

参见图1，本实用新型实施例提供了一种矿用供电设备在线监控系统，该系统在线同时检测多个互感器。该系统包括上位机、交换机、光电通信模块和实施例1提供的矿用供电设备在线监控装置等，该系统采用以太网通信技术，矿用供电设备在线监控装置通过光电通信模块与交换机连接（光/电与电/光），上位机与交换机电连接（网络连接）。进一步地，该系统还包括串口通讯模块和信号处理模块；具体地，光电通信模块由两路光纤通道组成，每路光纤通道的两端分别设有电/光转换器和光/电转换器，一路设于串口通讯模块与MCU之间为输入线路，另一路设于串口通讯模块与信号处理模块之间为输出线路，信号处理模块与MCU电连接。其中，信号处理模块为与非门功率驱动器SN75451，以增加MCU的驱动能力。光电通信模块由HFBR-1414/HFBR-2414来实现光电和电光的转化。串口通讯模块为ATC-2000由串口实现与以太网进行通信，其输出接入到交换机，再由交换机接入上位机，实现以太网的建立。进一步地，串口通讯模块与交换机可设置RJ45芯片。本系统中采用光纤通信以避免电磁干扰与在线监测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。