智能配电柜状态监测系统的制作方法

1.本发明涉及智能配电技术领域，具体的，涉及智能配电柜状态监测系统。


背景技术：

2.配电柜是电力系统的末端设备，其集成了多种电气设备，包括避雷器和各式断路器、互感器等，对配电柜的实时监测能够及时发现故障，对故障设备进行维修，从而提高电力系统的稳定性。目前，配电柜的监测精度还有待提高。


技术实现要素：

3.本发明提出智能配电柜状态监测系统，解决了相关技术中配电柜状态监测精度低的问题。
4.本发明的技术方案如下：包括避雷器泄漏电流监测电路，所述避雷器泄漏电流监测电路包括第一电流传感器、运放u1a、电阻r2、电容c1、运放u1b、电阻r6和电容c3，
5.所述第一电流传感器用于检测工频泄漏电流，所述第一电流传感器的输出端接入所述运放u1a的反相输入端，所述运放u1a的同相输入端接地，所述运放u1a的输出端通过电阻r1反馈连接至所述运放u1a的反相输入端，
6.所述电阻r2的第一端与所述运放u1a的输出端连接，所述电阻r2的第二端通过电容c1接地，所述电阻r2的第二端接入所述运放u1b的同相输入端，所述运放u1b的反相输入端通过电阻r4连接所述运放u1b的输出端，
7.所述运放u1b的输出端通过电阻r6连接所述运放u1a的反相输入端，所述运放u1b的输出端通过电容c3接地，所述运放u1a的输出端作为所述避雷器泄漏电流监测电路的输出，接入主控芯片。
8.进一步，所述避雷器泄漏电流监测电路的输出通过峰值检测电路接入所述主控芯片，所述峰值检测电路包括二极管d1、电容c4、电阻r7和运放u2a，
9.所述二极管d1的阳极与所述运放u1a的输出端连接，所述二极管d1的阴极与电容c4的第一端连接，所述电容c4的第二端接地，所述电容c7并联在所述电容c4的两端，所述电容c4的第一端接入所述运放u2a的同相输入端，所述运放u2a的反相输入端连接所述运放u2a的输出端，所述运放u2a的输出端作为所述峰值检测电路的输出，接入所述主控芯片。
10.进一步，还包括避雷器放电次数监测电路，所述避雷器放电次数监测电路包括依次连接的第二电流传感器、限幅电路、整流电路、电容c6和光耦u5，
11.所述第二电流传感器用于检测雷击信号，所述限幅电路并联在所述第二电流传感器的输出端，所述整流电路的输入端与所述第二电流传感器的输出端连接，所述整流电路的第一输出端与所述电容c6的第一端连接，所述电容c6的第二端接入所述光耦u5的第一输入端，所述光耦u5的第二输入端接地，所述光耦u5的第一输出端通过电阻r13连接电源vcc，所述光耦u5的第二输出端接地，所述光耦u5的第一输出端作为所述避雷器放电次数监测电路的输出，接入所述主控芯片。
12.进一步，所述限幅电路包括双向稳压管u3，所述双向稳压管u3的两端并联在所述第二电流传感器的输出端。
13.进一步，所述整流电路包括二极管d2、二极管d3、二极管d4和二极管d5构成的整流桥。
14.进一步，还包括电容c5和电阻r11，所述电容c5并联在所述整流电路的两端，所述电阻r11的一端与所述整流电路的第一输出端连接，所述电阻r11的另一端接入所述电容c6的第一端。
15.进一步，还包括多个温度检测模块，多个所述温度检测模块的输出端分别接入所述多路模拟开关u4的多个数据输入端，所述多路模拟开关u4的地址端和数据输出端均与所述主控芯片连接。
16.进一步，还包括套管缺油检测电路，所述套管缺油检测电路包括电容式液位传感器c8、电感l1、电流源is和比较器u12，所述电感l1和所述电容式液位传感器并联，所述电容式液位传感器c8的第一端接入所述比较器u12的同相输入端，所述电容式液位传感器c8的第二端接地，所述比较器u12的反相输入端接地，所述比较器u12的输出端接入所述主控芯片。
17.进一步，还包括运放u2b、电阻r20、电阻r21和电阻r22，所述运放u2b的同相输入端通过电阻r22接地，所述运放u2b的反相输入端与所述电感l1串联，所述运放u2b的输出端通过电阻r20连接反相输入端，所述运放u2b的输出端通过电阻r21连接同相输入端。
18.本发明的工作原理及有益效果为：
19.本发明中第一电流传感器用于检测在正常的工频电压下，避雷器工作时所流过的电流，即泄漏电流，泄漏电流是避雷器的重要监测指标。正常情况下，泄漏电流非常小，不大于50ua，第一电流传感器的输出信号非常微弱，运放u1a组成放大电路，用于对第一电流传感器的输出信号进行放大。为消除零漂的影响，在运放u1a的输出端接入直流负反馈电路，其工作原理为：电阻r2和电容c1组成的滤波电路用于滤除交流信号，如果有零点漂移，在运放u1a的输出端会出现直流分量，该直流分量经电容c1、运放u1b和电阻r6反馈至运放u1a的反相输入端，使运放u1a输出端的直流分量减小。直流负反馈电路的设计，减小了零漂的影响，有利于提高泄漏电流的检测精度。
附图说明
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
21.图1为本发明中避雷器泄漏电流监测电路原理图；
22.图2为本发明中避雷器放电次数监测电路原理图；
23.图3为本发明中温度检测模块电路原理图；
24.图4为本发明中套管缺油检测电路原理图；
25.图中：1避雷器泄漏电流监测电路，2避雷器放电次数监测电路，3温度检测模块，4套管缺油检测电路。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
27.如图1所示，本实施例智能配电柜状态监测系统包括避雷器泄漏电流监测电路，避雷器泄漏电流监测电路包括第一电流传感器、运放u1a、电阻r2、电容c1、运放u1b、电阻r6和电容c3，
28.第一电流传感器用于检测工频泄漏电流，第一电流传感器的输出端接入运放u1a的反相输入端，运放u1a的同相输入端接地，运放u1a的输出端通过电阻r1反馈连接至运放u1a的反相输入端，
29.电阻r2的第一端与运放u1a的输出端连接，电阻r2的第二端通过电容c1接地，电阻r2的第二端接入运放u1b的同相输入端，运放u1b的反相输入端通过电阻r4连接运放u1b的输出端，
30.运放u1b的输出端通过电阻r6连接运放u1a的反相输入端，运放u1b的输出端通过电容c3接地，运放u1a的输出端作为避雷器泄漏电流监测电路的输出，接入主控芯片。
31.本实施例中第一电流传感器用于检测在正常的工频电压下，避雷器工作时所流过的电流，即泄漏电流，泄漏电流是避雷器的重要监测指标。正常情况下，泄漏电流非常小，不大于50ua，第一电流传感器的输出信号非常微弱，运放u1a组成放大电路，用于对第一电流传感器的输出信号进行放大。为消除零漂的影响，在运放u1a的输出端接入直流负反馈电路，其工作原理为：电阻r2和电容c1组成的滤波电路用于滤除交流信号，如果有零点漂移，在运放u1a的输出端会出现直流分量，该直流分量经电容c1、运放u1b和电阻r6反馈至运放u1a的反相输入端，使运放u1a输出端的直流分量减小。直流负反馈电路的设计，减小了零漂的影响，有利于提高泄漏电流的检测精度。
32.进一步，避雷器泄漏电流监测电路的输出通过峰值检测电路接入主控芯片，如图1所示，峰值检测电路包括二极管d1、电容c4、电阻r7和运放u2a，
33.二极管d1的阳极与运放u1a的输出端连接，二极管d1的阴极与电容c4的第一端连接，电容c4的第二端接地，电容c7并联在电容c4的两端，电容c4的第一端接入运放u2a的同相输入端，运放u2a的反相输入端连接运放u2a的输出端，运放u2a的输出端作为峰值检测电路的输出，接入主控芯片。
34.运放u1a的输出端信号为交流信号，而主控芯片只能识别正电压信号，因此，通过峰值检测电路得到该交流信号的峰值，将峰值输入到主控芯片，便于主控芯片的准确读取。峰值检测电路的工作原理为：二极管d1起到反向截止的作用，在交流信号的正半周，二极管d1导通，交流信号通过二极管d1为电容c4充电，电容c4两端的电压升高，当电容c4的电压达到交流信号的峰值电压时，停止充电；在交流信号的负半周，二极管d1截止，电容c4通过电阻r7放电，为下一次充电做准备。如此反复，电容c4两端的电压保持为交流信号的峰值电压。
35.进一步，还包括避雷器放电次数监测电路，如图2所示，避雷器放电次数监测电路包括依次连接的第二电流传感器、限幅电路、整流电路、电容c6和光耦u5，
36.第二电流传感器用于检测雷击信号，限幅电路并联在第二电流传感器的输出端，整流电路的输入端与第二电流传感器的输出端连接，整流电路的第一输出端与电容c6的第
一端连接，电容c6的第二端接入光耦u5的第一输入端，光耦u5的第二输入端接地，光耦u5的第一输出端通过电阻r13连接电源vcc，光耦u5的第二输出端接地，光耦u5的第一输出端作为避雷器放电次数监测电路的输出，接入主控芯片。
37.放电次数是避雷器的另一个监测指标，当放电次数超过一定值，就需要对避雷器进行更换。本实施例避雷器放电次数监测电路的工作原理为：第二电流传感器用于检测雷击信号，限幅电路用于将第二电流传感器的输出电压限制在设定范围内，避免过高的电压损坏后续电路；限幅后的电压信号经整流电路之后转换为矩形脉冲信号，该矩形脉冲信号经电容c6微分后，转换为尖顶脉冲信号，该尖顶脉冲信号驱动光耦u5动作，光耦u5的输出端电平发生下降沿跳变，主控电路每接收到一次下降沿跳变信号，认为发生了一次雷击，进行一次累加计数。
38.进一步，如图2所示，限幅电路包括双向稳压管u3，双向稳压管u3的两端并联在第二电流传感器的输出端。
39.进一步，如图2所示，整流电路包括二极管d2、二极管d3、二极管d4和二极管d5构成的整流桥。
40.限幅电路采用双向稳压管u3实现，整流电路采用二极管d2、二极管d3、二极管d4和二极管d5组成的整流桥实现，电路结构简单、成本低。
41.进一步，还包括电容c5和电阻r11，如图2所示，电容c5并联在整流电路的两端，电阻r11的一端与整流电路的第一输出端连接，电阻r11的另一端接入电容c6的第一端。
42.电容c5和电阻r11组成低通滤波电路，用于滤除高频谐波噪声，避免高频信号干扰造成的光耦u5误触发。
43.进一步，如图3所示，还包括多个温度检测模块，多个温度检测模块的输出端分别接入多路模拟开关u4的多个数据输入端，多路模拟开关u4的地址端和数据输出端均与主控芯片连接。
44.本实施例中，多个温度检测模块u6～u10分别设置在配电柜的多个温度检测点，用于检测配电柜内避雷器温度、电容器温度、断路器温度、隔离开关温度等；多个温度监测模块u6～u10的输出数据分别接入多路模拟开关u4的数据输入端io0～io7，主控芯片通过向多路模拟开关u4的地址端a/b/c输出不同的信号，控制不同的输入通道io0～io7导通，实现温度数据的分时读取，有利于节约主控芯片的io资源。
45.进一步，还包括套管缺油检测电路，如图4所示，套管缺油检测电路包括电容式液位传感器c8、电感l1、电流源is和比较器u12，电感l1和电容式液位传感器并联，电容式液位传感器c8的第一端接入比较器u12的同相输入端，电容式液位传感器c8的第二端接地，比较器u12的反相输入端接地，比较器u12的输出端接入主控芯片。
46.配电柜中变压器高压侧套管为纯瓷充油套管，如果套管内存有气体，变压器油未充满充油套管，会导致套管的绝缘降低，威胁电网安全运行。本实施例通过设置套管缺油检测电路，能够实时监测充油套管内的油位，发现问题及时处理。其工作原理为：随着油位的不同，电容式液位传感器c8的电容值发生变化，电容式液位传感器c8和电感l1组成的并联谐振电路的谐振频率发生变化；谐振电压接入比较器u12的同相输入端，比较器u12的输出端输出与谐振电压同相位的方波信号，该方波信号接入主控芯片，主控芯片通过读取该方波信号的频率即可得到谐振频率，从而根据谐振频率得到电容值、根据电容值得到油位。
47.进一步，如图4所示，还包括运放u2b、电阻r20、电阻r21和电阻r22，运放u2b的同相输入端通过电阻r22接地，运放u2b的反相输入端与电感l1串联，运放u2b的输出端通过电阻r20连接反相输入端，运放u2b的输出端通过电阻r21连接同相输入端。
48.由于电感l1存在等效电阻rl，会影响谐振频率的稳定性，从而影响电容值的计算。本实施例中电阻r20、电阻r21、电阻r22和运放u2b的设置，在电感l1的串联支路上形成负电阻，用于抵消等效电阻rl的影响。其工作原理为：记运放u2b同相输入端电压为u
+
，反相输入端电压为u-，各支路电流i1，i2，i3，i4如图4所示。
49.由运放“虚断”特性可知，i1＝i2，i3＝i4；
50.由运放“虚短”特性可知，u
+
＝u-；
51.运放u2b输出端电压uo＝u
+-i2
×
r20＝u-‑
i3
×
r21，由于u
+
＝u-，当r20＝r21时，i2＝i3，所以有i1＝i2＝i3＝i4；
52.从rl的下端看进去，电阻r20、电阻r21、电阻r22和运放u2b的等效电阻为：
53.ri＝ui/i1＝u
+
/i4＝-r22，也就是说，电阻r20、电阻r21、电阻r22和运放u2b在rl的下端形成了负电阻-r22。
54.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。