一种直流高压智能预警装置的制作方法

本实用新型涉及直流高压传输领域，具体涉及直流高压预警。

背景技术：

由于我国能源产地和需求地分布非常不均衡，煤炭资源主要集中在西北地区，水力资源大部分集中在西部，而需要大量能源的用户集中在我国沿海和中部地区，这一国情需要对远距离大容量电能的输送，直流输电恰能发挥其优点。高压直流输电系统因其具备远距离、大容量的送电能力，以及具有调节灵活、功率损耗低等特点而得到人们的广泛关注。

随着全球最大直流输电工程80万伏特高压投入运行，±800KV, 全长2000多千米，单回线路输送能力达到500万千瓦，标志着正式投入商业运行，中国特高压远距离输电技术日臻成熟，不过目前直流高压的相关检测预警设备目前基本是空白，目前仅有的测试设备还只停留在实验阶段无法商用或不具备现场使用预警的功能，该设备应可以安装到作业车辆上或手持，当作业车辆或手持设备靠近直流高压线路达到危险距离时进行预警，要求操作简便，可靠，今后的发展方向应在小型化方便安装及使用的智能终端，除了开发适应于大型作业车辆的直流高压预警装置外还需要开发作业人员个人防护的直流高压预警智能设备。

专利文献CN 102749501 B中公开了一种隔离式直流高压检测方法及检测电路，采用电阻分压电路、光电耦合器以及对检测信号进行调理的信号调理电路组成隔离式直流高压检测电路。本实用新型在保证直流高电压可靠检测的基础上，既能既能保证高、低压侧良好的电气隔离性能，又能降低检测电路的复杂性，从而节约生产成本。但是检测设备较复杂，需要使用光电耦合其，且检测精度不够高。

专利文献CN 105137157 A中公开了一种交直流高压验电装置，包括处理器、验电单元、电压等级判断单元、用于感应电荷的探头和用于检测高压设备磁场的交流电判断单元；本实用新型提供的交直流高压验电装置既可以检验交流，也可检验直流，适用于现有的交直流高压设备以及新型的超高压直流输电设备，并且在检测设备是否带电的同时，还可以检测设备的电压等级，尤其适用于待测设备的电压等级未知时的情况，可以广泛应用于所有电压等级的电力设备或线缆，本实用新型适用性极强、安全、携带方便。但是该装置主要用于检测交流和直流，检测精度较低。

目前国内没有直接用于直流高压线路工程车辆上的直流高压预警设备，现在设备使用非常复杂且无法安装到大型机械上，不能满足实际需要。现有的设备中可用于直流高压检测的设备较少，且体积大、操作困难、需要现场接地；重复性差，经常测试数据不一致；功耗高不能长时间使用；多为手持式使用，无法安装到机械上。且现有技术中没有通过GPS定位来预警的直流高压预警装置。

技术实现要素：

基于以上的背景，针对目前直流高压预警领域存在的各种问题，本实用新型提出了一种直流高压非接触预警装置，包括：外壳、磁铁和电路板；磁铁设置在外壳底部的内侧面上；电路板固定在外壳内部，电路板上设置有直流电场预警模块、GPS预警模块和通信模块，直流电场预警模块包括控制器，所述控制器包括顺次连接的信号采集模块、信号处理模块、信号放大器、信号分析模块和报警模块；所述直流电场预警模块检测直流高压电场信号并发出预警信号报警，所述GPS预警模块通过定位预警，所述电路板上设置电源模块，所述电源模块包括双路式供源模块和扩展模块，所述通信模块包括远程传输模块和本地数据采集模块，所述本地数据采集模块包括JTAG接口和系统总线，所述远程传输模块包括LTE通信组件和光纤通信单元。

进一步的，所述信号采集模块包括电场传感器，所述信号处理模块包括整流滤波电路，所述信号放大器包括前端输入型OTL放大电路，所述信号分析模块包括DSP芯片以及与所述DSP芯片连接的数据比较器、数据缓存器，所述DSP芯片中存储报警值，所述数据比较器对数据缓存器中的采集结果和报警值进行比较，所述报警模块包括与所述DSP芯片输出引脚连接的声光报警装置。

进一步的，所述预警装置吸附在大型机械上。

进一步的，所述控制器采用专用ASIC芯片。

进一步的，所述GPS预警模块包括GPS和北斗。

进一步的，所述天线可弯折旋转。

进一步的，所述声光报警装置包括扬声器和LED灯。

本实用新型的有益效果为：提出了一种直流高压电力设备智能预警装置，可以安装到大型机械上，使用方便可靠，使得整个系统的简杂性降低，可以实现对直流正负电压预警，装置也可采用磁铁的方法临时加装使用十分方便，可以起到对直流高压线路下方施工的机械预警的功能，可以避免人机事故的发生。GPS预警模块采用双模工作方式，同时支持GPS和北斗，自动切换，稳定可靠。预警装置可以方便的安装到大型机械设备上，便于拆卸。预警装置还可以通过GPS预警模块辅助定位预警，提高直流高压检测定位预警的精度，稳定可靠。本装置功耗低，延长了使用时间。

附图说明

图1为本实用新型预警装置的结构示意图；

图2为本实用新型电路板的结构示意图；

图 3为本实用新型预警装置控制器的结构示意图。

图 4为本实用新型预警装置控制器信号放大器的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细的说明。

本实用新型提供了一种直流高压智能预警装置，预警装置安装在工作的大型机械设备上，通过螺钉等固定方式安装，也可以通过磁铁吸附的方式临时固定安装。预警装置外壳上安装有磁铁，用于预警装置的临时吸附安装固定。

如图1所示，为预警装置的结构示意图，如图1所示，为预警装置的结构示意图，1为预警装置，2为外壳，3为天线；预警装置包括外壳、磁铁和电路板，磁铁设置在外壳底部的内侧面上，用于将预警装置方便的吸附在大型机械装置上，大型机械一般是金属的，主要是铁质，采用磁铁安装方便，便于拆卸，简单易行。

电路板固定在外壳的内部，电路板上设置有直流电场预警模块、GPS预警模块和通信模块；如图2中所示，5为通信模块，6为直流电场预警模块，7为GPS预警模块；直流电场预警模块包括控制器，通信模块包括天线。控制器采用专用ASIC芯片，如图3所示为控制器的结构示意图。控制器包括顺次连接的信号采集模块、信号处理模块、信号放大器、信号分析模块和报警模块。预警装置工作时：信号采集模块采集直流高压电场信号；经过信号处理模块处理，之后再经过信号放大器放大信号，之后送入直流高压电场信号分析模块，当电场强度大于预定值时，则触发预警信号，报警模块开始工作。根据大型机械常用的工作环境，例如空旷干燥的野外，山地环境，潮湿的沼泽地周围等，设置不同的电场强度预定值。本实施例中以户外空旷地为例，设置电场强度预定值为4kv/m。当检测得到的电场强度值大于4kv/m时，控制器的分析模块内部电路触发发出预警信号到报警模块，声光报警装置包括扬声器和LED灯，接收到预警信号后，报警模块发出声音和光报警信号；同时，控制器可以通过通信模块将预警信号传送至外部智能终端。

下面对控制器的各组成结构部分进行详细说明。

电场传感器可以采用平行金属板式电场传感器，用来采集直流高压电场信号，这是基于金属在电场中产生表面感应电荷的原理进行设计的，传感模块将金属表面的感应电荷转化为电流信号。

由于在电场传感器将感应电荷转化为电流信号的过程中，会受到大量的杂波或是工频噪声的干扰，所以需要有信号处理模块对采集信号进行处理，信号处理模块包括整流滤波电路，包括相互连接的低通滤波器旁路电容。对于高频杂波，整流滤波电路的接入端设置低通滤波器，而对于低频噪声，直接用大电容进行旁路掉，保证信号的精确度，低通滤波器和旁路电容都是较为普遍的公知技术，所以在此不再赘述。

信号放大器是控制器中的一个比较重要的部分，由于信号采集模块所采集的信号存在能量较小，用以衰减的缺点，所以在对其信号分析模块进行比较处理之前，需要进行放大处理，但由于阻抗特性，如果直接联入放大耦合电路，也会因为信号太小，很快就会被衰减掉。为此，必须利用特定的信号放大器将小信号进行放大使整个通信比较过程顺利进行。

根据实际情况，信号放大器的技术主要实现以下方面功能：有足够大的输出功率，保证信号在耦合系统和电路中传输中正常传输；要求信号放大器的额定负载阻抗与耦合电路阻抗匹配；由于负荷变化比较大，要求功放电路有强的带负载能力；要求信号放大器工作稳定，性能可靠；依照典型 OTL电路的特点，搭建信号放大器的实验电路如图4所示。该电路中，前端是电压放大器，OTL电路由前端输入信号，后端为输出信号。

经过放大的信号进入信号分析模块的DSP芯片中，并由DSP芯片调用与其连接的数据比较器，通过数据比较器对数据缓存器中的采集结果和DSP芯片中所存储的报警值进行比较，如果达到报警标准，就由DSP芯片的输出引脚输出高电平信号，从而触发与输出引脚连接的声光报警装置引发报警，声光报警装置包括扬声器和LED灯，所述LED灯包括LED高频警示灯，所述扬声器包括蜂鸣报警器。

值得一提的是，本发明为了处理数据的准确性，采用工业级ECC缓存器作为数据缓存器，这主要是由于电力装置需要长期不间断的运行，缓存是系统中重要的部件之一，它是与控制器进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在缓存中进行的，因此缓存的性能对计算机的影响非常大。同时缓存还用于暂时存放控制器中的运算数据。只要计算机在运行中，控制器就会把需要运算的数据调到缓存中进行运算，当运算完成后控制器再将结果传送出来，缓存的运行也决定了计算机的稳定运行。而普通缓存的高速读写不可避免出现数据以及程序出错的问题，ECC缓存有效验和纠错功能，从而保证装置的容错性，保证了装置在出现故障时，有强大的自我恢复能力。装置的自纠错和稳定得到了更加充分的保障，这样能保证系统稳定，正常的运行，避免了很多数据出错程序死机等问题。

预警装置同时通过GPS预警模块定位来预警。GPS预警模块负责设备定位功能，是直流高压预警的辅助功能模块。GPS预警模块与后台系统通过无线通信装置进行数据交换。GPS预警模块将预警装置的位置信息实时发送给后台系统，后台控制中心存储有画有报警区域的电子地图，当预警装置进入到地图的报警区域内时，后台系统通过无线通信系统发送给预警装置，后台人员还可以干预机械或监控机械的工作。为保证可靠定位，GPS预警模块采用双模工作方式，同时支持GPS和北斗，自动切换，稳定可靠。GPS预警模块采用两种方式将数据传回后台，一是通过GPRS模块传回后台，另一个是通过蓝牙功能与后台系统相连，通过手机的无线信道将数据与后台进行交换。GPS已广泛使用于各领域，本实用新型中将其应用于直流高压电力设备非接触智能预警系统，使得此系统具备除直流电场预警以外的直流高压预警功能。GPS数据在传输上以前都常见的用GPRS功能传输，这个方式有许多不方便的地方，功耗大，需要SIM卡，还有交费等的问题，本实用新型采用蓝牙无线通信方式进行数据传输变的简单方便，并且GPS采用双模方式，克服了设备在有些区域受到干扰后无法定位的问题。

本装置的电源模块包括双路式供源模块和扩展模块，双路式供源模块有两个电源输入源，一个是交流电220V AC，另一个是由四节可充电锂电池组合而成的储备DC。在该方案的常规工作模式中，220VAC 采用的三相四线电源，连接到装置之后，并通过一个三相的 AC-DC 模块，将三相 220V AC转换为直流的+12V和+5V，整个装置的电源系统都由这两个直流供电，储备DC作为对交流输入源的备用补充，弥补因交流断电所带来的数据断层问题，扩展模块包括感应取能模块以及与感应取能模块连接的充电电容、光伏充电板，扩展模块主要负责为储备DC充电，也可以在特殊情况下充当临时电源，其通过感应取能模块直接从现场的电缆取电，并给超级电容器充电，同时由外置的光伏板作为备用取能单元，也给超级电容器充电，超级电容器作为装置的供电缓冲池，为储备DC充电，同时，其输出也接入装置的电源总线，在特殊情况时为装置临时供电。

本实用新型的通信模块包括远程传输模块和本地数据采集模块，本地数据采集模块包括JTAG接口和系统总线，远程传输模块包括LTE通信组件和光纤通信单元，具体功能不再赘述。在实际使用时，通信模块还可以设置通信扩展模块，包括多路网络数据接口和多路I/O接口。多路网络数据接口可以实现各类IED、信息子系统的接入，并实现与信息上传及接收远方的控制命令。该模块具有以太网RJ-45、RS-232、RS-485物理接口，实现常见外部设备的通信方式信息接入。多路I/O接口采用能灵活适应I/O通道数多变的智能I/O模块设计，通过可自由扩展模块方式，根据源网荷端实际I/O数量决定I/O模块个数，每个I/O模块插入装置后，自动发送身份信息，由综合决策单元通过配置在线识别。

以上所述实施例描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。