专利名称：避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种泄漏电流检测仪的电路装置。
背景技术：
电力系统的高压线路上应该安装一套完善的防雷保护装置，其中，在电力系统的高压线路送至用户自备变压器前，应在高压线的每一根相线与地之间安装一个避雷器，避雷器还可设置在高压线路的经过雷区的路段。目前我国广泛推行的避雷器是MOA(金属氧化物避雷器的英文缩写)，为确保MOA正常发挥作用，需要定期检测MOA状态。
在正常运行的情况下，MOA运行参数可简化为一个非线性电阻并联一个恒值电容，所以通过MOA的泄漏全电流I包括阻性电流IR和容性电流IC。通过MOA的阻性电流IR一般约为数十微安，而容性电流IC可达几百微安以上；所以在正常运行情况下，阻性电流IR仅占泄漏全电流I的5％至20％。当MOA劣化或受潮时，泄漏全电流I将增大，此时，阻性电流IR反映最灵敏。当阻性电流从IR增大到IR1时，泄漏全电流I也将增大到I1，容性电流IC也将增大到IC1，但阻性电流IR的增加量远大于容性电流IC的增加量。所以在检测MOA运行状态时，只有对通过MOA的泄漏全电流I中的阻性电流IR进行检测才能较准确地判断MOA的运行状态。当阻性电流IR小于某个值时，说明MOA的运行状态正常；反之则不正常，需要立即更换MOA。
中国专利申请00221986.7公开了一种避雷器泄漏电流在线监测装置，该申请的装置将避雷器中的泄漏电流通过整流滤波电路处理，而后送到电流/频率转换电路转换成光频率输出，最后通过光纤输送到信号接收及处理电路处理。但该申请的装置仅仅是对避雷器泄漏的泄漏全电流进行监测，并没有对通过避雷器即MOA的泄漏全电流I中的阻性电流IR进行检测。所以，该申请的装置还不能从根本上解决检测精度问题。
中国专利申请02290331.3公开了一种6～10kV氧化锌避雷器在线检测装置。该申请的装置与避雷器串接成一个工作整体，对避雷器泄漏全电流中的阻性电流进行检测，当阻性电流达到或超过所设定的阀值时，该申请的装置能以闪光及掉牌的方式指示，以提示巡视人员识别避雷器的运行状态。但是这种检测装置不能显示泄漏全电流的阻性电流的具体数值，也不存在自动记录泄漏全电流信号中的阻性电流值的可能性。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种安全可靠、成本低廉、测量准确、可直接显示泄漏全电流中的阻性电流的具体数值且使用方便的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置。
本实用新型的总的构思是采用发送装置和与所述发送装置无线配合的接收装置检测避雷器的泄漏全电流中的阻性电流大小；在使用时，发送装置主要完成对所测高压相线的电压相位信号的采集，而该信号的相位与泄漏全电流中的阻性电流的相位相同，把采集的高压相线的电压相位信号经调制加载在高频脉冲信号上，然后通过无线的方式发送该加载有高压相线的电压相位信号的高频信号到在地面的接收装置；接收装置接收所述高频脉冲信号并进行解调，得到所述的与泄漏全电流中的阻性电流同相位的高压相线的电压相位信号，同时采集泄漏全电流的相位信号及其电流大小；从而可求出泄漏全电流相位与高压相线的电压相位之间的相位差，该相位差也就是泄漏全电流相位与其阻性电流相位之间的相位差，进而根据相应的算式得到避雷器阻性电流的值并指示给用户。用户根据阻性电流的大小判断所测避雷器的工作状态而预先做好继续使用或更换的准备，即当阻性电流接近某个值时，则进入更换的准备期，等于或大于某个值时则所测的避雷器必须更换，反之，则可继续正常使用。
实现本实用新型目的的技术方案是，本实用新型的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置，具有使用时与设置在一根高压相线与地之间的待测避雷器的接地端相连的接收装置，还具有使用时挂于上述高压相线上且与所述接收装置无线配合的发送装置；使用时，发送装置可接收所述高压相线的电压信号、然后以无线发送的形式发送加载有所述高压相线的电压相位信号的高频信号；接收装置可通过无线方式接收该加载有相线的电压相位信号的高频信号、以及通过有线方式接收与其相连的避雷器的泄漏全电流信号，并通过相应的算式算出泄漏全电流信号中的阻性电流值，最后将所述阻性电流值向外显示给用户。
上述电路装置的技术方案中，发送装置具有发送天线、限幅及滤波电路和相位调制电路；发送天线是使用时接收所述高压相线的电压信号并以无线发送的形式发送加载有高压相线的电压相位信号的高频信号的天线；限幅及滤波电路是使用时对发送天线接收的电压信号通过电磁感应方式进行耦合、再用稳压方式进行限幅、对限幅后的电压信号进行滤波而得到高压相线的电压相位信号的电路；相位调制电路是使用时对限幅及滤波电路输出的高压相线的电压相位信号进行高频调制的电路；发送天线的电压信号输出端接限幅及滤波电路的电压信号输入端，限幅及滤波电路的电压相位信号输出端接相位调制电路的电压相位信号输入端，相位调制电路的电压相位调制信号输出端接发送天线的电压相位调制信号输入端。发送装置还可具有频率可调方波发生电路和驱动及声光信号发生电路；发送装置设有电源开关，该电源开关使用时可对频率可调方波发生电路以及发送装置的限幅及滤波电路、相位调制电路和驱动及声光信号发生电路的得电与失电同时进行控制；频率可调方波发生器的频率信号输出端接限幅及滤波电路的电压信号输入端，限幅及滤波电路的电压相位信号输出端还与驱动及声光信号发生电路的信号输入端相连。
上述电路装置的技术方案中，接收装置具有阻性电流检测电路、天线接收及解调电路和显示电路；阻性电流检测电路具有泄漏全电流信号输入端、电压相位方波信号输入端和显示信号输出端；阻性电流检测电路的泄漏全电流信号输入端作为使用时接收装置与避雷器的接地端相连的端口而可在使用时接收避雷器的泄漏全电流信号；天线接收及解调电路的电压相位信号输出端接阻性电流检测电路的电压相位方波信号输入端，阻性电流检测电路的显示信号输出端接显示电路的显示信号输入端。
上述接收装置的阻性电流检测电路可以具有ASIC专用集成电路、放大及模数转换电路、单片机和整形电路；ASIC专用集成电路具有电流相位方波信号输入端、电压相位方波信号输入端和相位差数据输出端；单片机具有泄漏全电流数字信号输入端、相位差信号输入端和显示信号输出端；放大及模数转换电路和整形电路的信号输入端即为阻性电流检测电路的泄漏全电流信号输入端；ASIC专用集成电路的电压相位方波信号输入端即为阻性电流检测电路的电压相位方波信号输入端；单片机的显示信号输出端即为阻性电流检测电路的显示信号输出端；整形电路的信号输出端接ASIC专用集成电路的电流相位方波信号输入端；ASIC专用集成电路的相位差数据输出端接单片机的相位差信号输入端；放大及模数转换电路的信号输出端接单片机的泄漏全电流数字信号输入端。接收装置还可具有设置在天线接收及解调电路和ASIC专用集成电路之间的移相器，也就是天线接收及解调电路的电压相位信号输出端接移相器的信号输入端，移相器的信号输出端接ASIC专用集成电路的电压相位方波信号输入端，从而使天线接收及解调电路的电压相位信号输出端通过移相器而与ASIC专用集成电路的电压相位方波信号输入端相连。
上述接收装置的阻性电流检测电路也可以具有放大及模数转换电路、嵌入式处理器和整形电路；嵌入式处理器具有泄漏全电流数字信号输入端、电流相位方波信号输入端、电压相位方波信号输入端和显示信号输出端；放大及模数转换电路和整形电路的输入端即为阻性电流检测电路的泄漏全电流信号输入端；嵌入式处理器的电压相位方波信号输入端即为阻性电流检测电路的电压相位方波信号输入端；嵌入式处理器的显示信号输出端即为阻性电流检测电路的显示信号输出端；整形电路的信号输出端接嵌入式处理器的电流相位方波信号输入端，放大及模数转换电路的输出端接嵌入式处理器的泄漏全电流数字信号输入端。接收装置还可具有设置在天线接收及解调电路和嵌入式处理器之间的移相器，也就是天线接收及解调电路的电压相位信号输出端接移相器的信号输入端，移相器的信号输出端接嵌入式处理器的电压相位方波信号输入端，从而使天线接收及解调电路的电压相位信号输出端通过移相器而与嵌入式处理器的电压相位方波信号输入端相连。
对于接收装置的阻性电流检测电路具有ASIC专用集成电路、放大及模数转换电路、单片机和整形电路的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置来说，其工作方法是，对于设置在一根高压相线与地之间的避雷器，将接收装置的阻性电流检测电路的泄漏全电流输入端与该避雷器的接地端相连，将发送装置挂于上述高压相线上，且由其发送天线直接与该高压相线相接触、或发送天线与该高压相线垂直但不直接接触；还具有以下步骤①接收装置的阻性电流检测电路由其整形电路的信号输入端和放大及模数转换电路的信号输入端同时接收由避雷器的接地端输出的泄漏全电流信号；放大及模数转换电路对该泄漏全电流信号进行处理后输出泄漏全电流数字信号至单片机；整形电路对该泄漏全电流信号整形后转换为电流相位方波信号，然后输至ASIC专用集成电路的电流相位方波信号输入端；天线接收及解调电路将无线接收到的来自发送装置的加载有高压相线的电压相位信号的高频信号进行解调后生成电压相位方波信号，所述电压相位方波信号经移相器移相后输至ASIC专用集成电路的电压相位方波信号输入端；②ASIC专用集成电路对上述移相后的电压相位方波信号进行反相变换而得到电压相位方波信号的反相信号，再对该反相信号和上述电流相位方波信号进行与逻辑变换，而得到电压相位方波信号与电流相位方波信号之间的相位差方波信号，然后对所述频率为f的相位差方波信号的单个方波采用频率为fc的高频信号进行高频计数得到计数值N，还对该频率为f的相位差方波信号的周期采用频率为fc的高频信号进行高频计数得到计数值N1，之后计算相位差值φ=360NN1;]]>然后将所述相位差值φ送入单片机的相位差数据输入端；③单片机接收所述代表相位差值φ的相位差数据后，对该相位差值数据取余弦而得到cosφ的值；单片机由其泄漏全电流数字信号输入端接收来自放大及模数转换电路的泄漏全电流数字信号，单片机对该数字信号进行处理后得出泄漏全电流的值I；④单片机根据式IR＝I*cosφ来计算阻性电流值IR的大小，然后单片机的显示信号输出端输出所述阻性电流值IR的数值显示信号至显示电路的显示信号输入端，显示电路显示阻性电流值IR的值。
对于接收装置的阻性电流检测电路具有放大及模数转换电路、嵌入式处理器和整形电路的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置来说，其工作方法是，对于设置在一根高压相线与地之间的避雷器，将接收装置的阻性电流检测电路的泄漏全电流输入端与该避雷器的接地端相连，将发送装置挂于上述高压相线上，且由其发送天线直接与该高压相线相接触、或发送天线与该高压相线垂直但不直接接触；还具有以下步骤①接收装置的阻性电流检测电路由其整形电路的信号输入端和放大及模数转换电路的信号输入端同时接收避雷器的接地端的泄漏全电流信号；放大及模数转换电路对该泄漏全电流信号进行处理后输出泄漏全电流数字信号至嵌入式处理器；整形电路对该泄漏全电流信号整形后转换为电流相位方波信号，然后输至嵌入式处理器的电流相位方波信号输入端；天线接收及解调电路将无线接收到的来自发送装置的加载有高压相线的电压相位信号的高频信号进行解调后生成高压相线的电压相位方波信号；该电压相位方波信号经移相器移相后输至嵌入式处理器的电压相位方波信号输入端；②嵌入式处理器对上述移相后的电压相位方波信号进行反相变换而得到电压相位方波信号的反相信号，再对该反相信号和上述电流相位方波信号进行与逻辑变换，而得到电压相位方波信号与电流相位方波信号之间的相位差方波信号，之后对所述频率为f的相位差方波信号的单个方波采用频率为fc的高频信号进行高频计数得到计数值N，还对该频率为f的相位差方波信号的周期采用频率为fc的高频信号进行高频计数得到计数值N1，之后计算相位差值φ=360NN1,]]>再对该相位差值φ的数据取余弦而得到cosφ的值；③嵌入式处理器在接收所述移相后的电压相位方波信号和所述电流相位方波信号的同时，由其全电流泄漏全电流数字信号输入端接收来自放大及模数转换电路的泄漏全电流数字信号，嵌入式处理器对该数字信号进行处理后得出泄漏全电流的值I；④嵌入式处理器根据式IR＝I*cosφ来计算阻性电流值IR的大小，之后嵌入式处理器的显示信号输出端输出所述阻性电流值IR的数值显示信号至显示电路的显示信号输入端，显示电路显示阻性电流值IR的值。
本实用新型具有的积极效果(1)本实用新型的发送装置和接收装置之间采用无线的工作方式检测同一避雷器的工作状态，检测方便、准确，安全可靠。(2)本实用新型的发送装置的发送天线直接挂接于待测高压线路的相线上，或通过设置在天线末端的绝缘挂件挂接于待测高压相线上并使天线与待测高压相线垂直而不直接接触，从而使发送天线可将所测高压相线中的电压信号感应下来，经过内部电路处理后以无线形式将载有该高压相线的电压相位信号的高频信号经发送天线发送至在地面上的接收装置，使用安全。(3)当本实用新型的发送装置和接收装置增设频率可调方波发生电路后，在检测前能实现功能自检，使用时，频率可调方波发生电路产生工频方波信号，若接收装置能正常显示，这说明整个装置工作正常，若无显示则说明电路装置不正常，需要进行维修。在此基础上本实用新型的发送装置进一步增设驱动及声光信号发生电路后，则一方面在自检时，若接收装置不能正常显示，但发送装置的声光信号发生电路发出声光信号，则说明发送装置的滤波及限幅电路工作正常，问题出在发送装置的相位调制电路或接收装置上，简化了故障部位的判断；另一方面在正常使用时，若发送装置的声光信号发生电路无反应，则说明所测的高压线路的相线处于失电状态。本实用新型设置频率可调方波发生电路和驱动及声光信号发生电路后，提高了本实用新型的电路装置的可靠性和易用性。(4)本实用新型的电路装置在正常工作时，可以在显示电路显示避雷器的泄漏全电流的阻性电流值，用户根据显示电路显示的阻性电流值判断所测避雷器的状态，而预先做好继续使用或更换的准备，这为安全可靠地使用避雷器提供了有力的保证。(5)本实用新型的接收装置中的阻性电流检测电路一方面对所采集的避雷器的泄漏全电流的信号进行处理而得到其相位信号及其电流大小的信号，另一方面还对所输入的与泄漏全电流中的阻性电流相位相同的高压相线的电压相位信号进行处理，这样通过进一步的处理即可得到泄漏全电流的相位与高压相线的电压相位之间的相位差，也就是得到泄漏全电流的相位与其阻性电流相位之间的相位差，然后再按算式对该相位差和泄漏全电流大小进行计算，而得到避雷器的泄漏全电流中的阻性电流值。为了精确测量所述的相位差值，阻性电流检测电路的核心部件可采用嵌入式处理器(嵌入式处理器包括数字信号处理器DSP和美国ARM——Advanced RISC Machines——公司的ARM处理器)，嵌入式处理器可提供较高的测量频率，而且其功能强大，具有结构简单、速度快、稳定可靠的特点。当然阻性电流检测电路的核心部件也可采用ASIC专用集成电路(ASIC是专用集成电路的英文缩写，其包括现场可编程门阵列FPGA和可编程逻辑器件CPLD)与单片机相组合的模式，从而可节省成本；但是因为单片机所提供的测量频率要低于上述嵌入式处理器和ASIC专用集成电路，从而测量精度较低，为了弥补这一缺点，可以在上述ASIC专用集成电路内用高频信号对所得到的相位差信号的单个方波进行脉冲计数，从而可精确地算出相位差值φ，然后将该相位差值φ送至单片机进行相应的后续处理而得到精确的阻性电流值，从而提高测量精度。当然对于采用嵌入式处理器的本实用新型的接收装置也可采用高频信号对所得到的相位差信号的单个方波进行脉冲计数，从而可精确地算出相位差值φ，然后继续对该相位差值φ进行进行相应的后续处理而得到精确的阻性电流值。(6)当本实用新型的接收装置采用移相器后，解决了在检测现场的各条高压相线间的相间耦合效应给检测精度带来的不利影响。当然对于高压相线间的相间耦合效应也可通过软件处理的方式，在得到相位差值时进行修正。
图1为本实用新型的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置的一种示意图。
图2为图1所示的本实用新型的电路装置在使用时的一种示意图。
图3为图2所示本实用新型的电路装置中的发送装置的一种电路框图。
图4为图2所示本实用新型的电路装置中的接收装置的一种电路框图。
图5为将图4中的阻性电流检测电路的组成部分表示出来后得到的接收装置的一种电路框图。
图6为将图4中的阻性电流检测电路的组成部分表示出来后得到的接收装置的另一种电路框图。
图7为将图4中的阻性电流检测电路的组成部分表示出来后得到的接收装置的第三种电路框图。
图8为图2所示发送装置中的相位调制电路的电路原理图。
图9为图4所示接收装置所采用的相位差检测的波形示意图。
图10为图5所示接收装置中的ASIC专用集成电路的工作流程框图。
图11为图5所示接收装置中的单片机的程序框图。
图12为图6所示接收装置中的嵌入式处理器所采用的程序框图。
具体实施方式
(实施例1)见图1，本实施例的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置具有发送装置1和接收装置2。
见图3，发送装置1具有发送天线11、限幅及滤波电路12、相位调制电路13、频率可调方波发生电路14和驱动及声光信号发生电路15。发送天线11是使用时接收与待测避雷器相连的高压相线的电压信号并以无线发送的形式发送加载有所述高压相线的电压相位信号的高频信号的天线。限幅及滤波电路12是使用时对发送天线11接收的高压相线的电压信号通过电磁感应方式进行耦合、再用稳压方式进行限幅、对限幅后的电压信号进行滤波而得到相线的电压相位信号的电路。相位调制电路13是使用时对限幅及滤波电路12输出的相线的电压相位信号进行高频调制的电路。频率可调方波发生电路14用于在自检时产生工频方波信号，频率可调方波发生电路14设有带按钮的电源开关，使用时频率可调方波发生电路14的得电与失电由该带按钮的电源开关控制。驱动及声光信号发生电路15在限幅及滤波电路12正常输出相线的电压相位信号时，发出声光信号。
仍见图3，发送天线11的电压信号输出端接限幅及滤波电路12的电压信号输入端，限幅及滤波电路12的电压相位信号输出端分别接相位调制电路13的电压相位信号输入端和驱动及声光信号发生电路15的信号输入端；相位调制电路13的电压相位调制信号输出端接发送天线11的电压相位调制信号输入端。频率可调方波发生器14的频率信号输出端接限幅及滤波电路12的电压信号输入端。
见图8，相位调制电路13采用ASK(幅度调制)调制电路，其所采用的载波频率在315MHz至900MHz之间。本实施例的发送装置1的相位调制电路13所采用的载波频率为433.920MHz。相位调制电路13由声表面谐振器即晶振、电容C1、C2、Cb，电阻R1、R2、R3，电感L1和三极管组成。其中C1，C2，L1构成考毕兹振荡器，其振荡频率f1即载波频率为f1=12πL1C1C2C1+C2]]>仍见图8，限幅及滤波电路12输出的相线的电压相位信号从相位调制电路13的DATA端输入，当信号为高电平时，振荡电路工作，OUT端输出信号；当信号为低电平时，电路停止工作。这样便实现了信号的ASK调制，以便可以进行无线传输。
见图4及图5，接收装置2具有天线接收及解调电路21、阻性电流检测电路20、显示电路25和移相器27。天线接收及解调电路21是使用时将无线接收到的来自发送装置1的加载有所测相线的电压相位信号的高频信号解调后生成电压相位方波信号的电路。阻性电流检测电路20具有泄漏全电流信号输入端、电压相位方波信号输入端和显示信号输出端；阻性电流检测电路20是使用时将泄漏全电流信号和电压相位方波信号进行处理后、得到泄漏全电流信号中的阻性电流值信号并输至显示电路25的电路。显示电路25是使用时接收阻性电流检测电路20的显示信号、然后显示相应的泄漏全电流信号中的阻性电流值的电路。移相器27是将来自天线接收及解调电路21的电压相位方波信号进行移项从而去除因相间耦合作用而产生的相位偏差的电路。
见图5，天线接收及解调电路21由天线、感应线圈、LC调谐电路和高频解调芯片组成，该高频解调芯片的型号为RX3400。显示电路25具有液晶显示屏和相应的与液晶显示屏电连接的驱动电路。阻性电流检测电路20由ASIC专用集成电路22、放大及模数转换电路23、单片机24和整形电路26组成。ASIC专用集成电路22采用型号为EP1K50QC208-3的现场可编程门阵列FPGA。ASIC专用集成电路22具有电流相位方波信号输入端、电压相位方波信号输入端和相位差数据输出端；ASIC专用集成电路22的电压相位方波信号输入端即为阻性电流检测电路20的电压相位方波信号输入端。ASIC专用集成电路22是使用时将电压相位方波信号反相后与电流相位方波信号进行与逻辑运算得到相位差方波信号、再对该相位差方波信号的单个方波和周期分别采用高频计数的方式得到两个数值、将该两个数值相除后再乘以系数而得到相位差数据的电路。放大及模数转换电路23是使用时将来自避雷器的泄漏全电流信号转变成泄漏全电流数字信号的电路。本实施例的单片机24的型号为AT89C51。单片机24具有泄漏全电流数字信号输入端、相位差信号输入端和显示信号输出端；单片机24在使用中将相位差数据的余弦值求出，之后将泄漏全电流数字信号与相位差数据的余弦值相乘而得到泄漏全电流信号中的阻性电流值信号、再将该阻性电流值信号输至显示电路25。整形电路26是使用时将来自避雷器的泄漏全电流信号转换为电流相位方波信号的电路。
仍见图5，放大及模数转换电路23的信号输入端和整形电路26的信号输入端即为阻性电流检测电路20的泄漏全电流信号输入端。整形电路26的信号输出端接ASIC专用集成电路22的电流相位方波信号输入端，ASIC专用集成电路22的相位差数据输出端接单片机24相位差信号输入端；放大及模数转换电路23的信号输出端接单片机24的泄漏全电流数字信号输入端；单片机24的显示信号输出端作为阻性电流检测电路20的显示信号输出端接显示电路25的显示信号输入端。天线接收及解调电路21的电压相位信号输出端接移相器27的信号输入端，移相器27的信号输出端接ASIC专用集成电路22的电压相位方波信号输入端。
见图1至图4，接收装置2还可增设连接在单片机24上的控制键盘，单片机24中设有自检功能的程序段，通过对控制键盘的操作，可以在显示电路25的液晶显示屏上显示出功能的选择，设定的功能至少有检测功能和自检功能两种。另外，接收装置2设置第一电源开关和专门的频率可调方波发生电路(图中未画出，可成称为第二频率可调方波发生电路)，该第二频率可调方波发生电路的输出端同时与放大及模数转换电路23和整形电路26的信号输入端相连，使用时产生工频方波信号。接收装置2的第一电源开关可对天线接收及解调电路21、ASIC专用集成电路22、放大及模数转换电路23、单片机24、显示电路25和整形电路26的得失电同时进行控制，上述频率可调方波发生电路则设置专门自用的第二电源开关。
因此，本实施例的电路装置在使用前，还可以进行功能自检。自检时，按下接收装置2的第一电源开关和第二电源开关后，再通过操作控制键盘即可使接收装置2处于自检工作状态。其中的第二频率可调方波发生电路的输出分为两路，所输出的一路工频方波信号经放大及模数转换电路23后成为电流值数字信号，所输出的另一路工频方波信号经整形电路26处理后成为电流相位方波信号。
再按下发送装置1的电源开关，频率可调方波发生电路14则产生工频方波信号，该信号经限幅及滤波电路12处理后分两路输出，一路输至驱动及声光信号发生电路15使其中的声光元件发声和发光，表示限幅及滤波电路12工作正常，另一路经相位调制电路13进行高频调制后形成加载有来自工频信号的电压相位信号的高频信号、该信号输至发送天线11，发送天线11向接收装置2的发出该加载有电压相位信号的高频信号。接收装置2的天线接收及解调电路21接收到该信号后，将其解调后生成相应的电压相位方波信号，该电压相位方波信号经移相器27移相后输至ASIC专用集成电路22。
ASIC专用集成电路22一方面接收移相器27传输过来的电压相位方波信号并对其进行反相处理，另一方面接收来自整形电路26电流相位方波信号，然后将反相的电压相位方波信号和电流相位方波信号进行与逻辑变换，得到电压相位方波信号与电流相位方波信号之间的相位差方波信号，然后对所述频率为f的相位差方波信号的表示相位差值的单个方波采用频率为fc的高频信号进行高频计数得到计数值N，还对该频率为f的相位差方波信号的周期采用频率为fc的高频信号进行高频计数得到计数值N1，之后计算相位差值φ=360NN1,]]>然后将代表相位差值φ的相位差数据送入单片机24的相位差信号输入端。
单片机24接收代表相位差值φ的相位差数据后，对该相位差数据取余弦而得到cosφ的值；单片机24由其泄漏全电流数字信号输入端接收来自放大及模数转换电路23的电流值数字信号，单片机24对该信号进行处理后得出全电流的值I。然后单片机24根据式IR＝I*cosφ计算分电流值IR的大小，然后单片机24的显示信号输出端输出所述电流IR的数值显示信号至显示电路25的显示信号输入端，显示电路25显示电流IR的值，至此说明自检正常。若显示电路25不能显示电流IR的值，则说明电路装置不能正常工作。
见图2，本实用新型的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置的工作方法如下对于自检正常的本实用新型的电路装置，可用于对各连接在相应一根高压相线与地之间的在线使用的避雷器逐个进行泄漏电流的检测，从而判断所测避雷器中那些可以继续正常使用，那些要做好更换准备，那些必须立刻更换。本实施例的发送装置1中还设有第三电源开关，该电源开关是可在高压相线的电磁场的感应下而导通的电源开关。该电源开关导通后，则只对发送装置1的限幅及滤波电路12、相位调制电路13和驱动及声光信号发生电路15进行供电，而不对发送装置1的频率可调方波发生电路14供电。
仍见图2，具体安装本实用新型的电路装置时，将其中的发送装置1的电源开关设置为处于断开状态，通过人手握住绝缘杆将发送装置1的发送天线11挂接在连接有待测避雷器的相应一根高压相线上，且发送天线11与该高压相线直接接触。此时发送装置1中的第三电源开关导通，而使内部所带干电池对限幅及滤波电路12、相位调制电路13和驱动及声光信号发生电路15进行供电而使发送装置1开始工作。此时，发送天线11接收高压相线的电压信号(该电压信号的频率在我国为工频50Hz)，限幅及滤波电路12对发送天线11所接收的高压相线的电压信号通过电磁感应的方式进行耦合、再用稳压的方式(就是在电路中设置稳压管)进行限幅，对限幅后的电压信号进行滤波后得到高压相线的电压相位信号，然后分两路输出一路送至驱动及声光信号发生电路15进行声光显示，让操作员知道发送装置1的限幅及滤波电路12已经正常工作；另一路送至相位调制电路13进行ASK高频调制，并通过发送天线11发送。
仍见图2，具体安装本实施例的电路装置的接收装置2时，其中的第一电源开关处于导通状态，而第二电源开关处于断开状态。接收装置2放置在地面上，且接收装置2的阻性电流检测电路20由其放大及模数转换电路23和整形电路26的信号输入端同时与上述避雷器的接地端相连。
见图10及图11，本实施例的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置的工作方法，还具有以下步骤①整形电路26的信号输入端和放大及模数转换电路23的信号输入端同时接收由避雷器的接地端输出的泄漏全电流信号(该泄漏全电流信号的频率在我国为工频50Hz)。放大及模数转换电路23对该泄漏全电流信号进行处理后输出泄漏全电流数字信号至单片机24；整形电路26对该泄漏全电流信号整形后转换为电流相位方波信号，然后输至ASIC专用集成电路22的电流相位方波信号输入端；天线接收及解调电路21将无线接收到的来自发送装置1的加载有高压相线的电压相位信号的高频信号进行解调后生成电压相位方波信号，所述电压相位方波信号经移相器27移相后输至ASIC专用集成电路22的电压相位方波信号输入端。
②ASIC专用集成电路22对上述移项后的电压相位方波信号进行反相变换而得到电压相位方波信号的反相信号，再对该反相信号和上述电流相位方波信号进行与逻辑变换，而得到电压相位方波信号与电流相位方波信号之间的相位差方波信号，然后对所述频率为f(也就是工频50Hz)的相位差方波信号的单个方波采用频率为fc的高频信号进行高频计数得到计数值N，还对该频率为f的相位差方波信号的周期采用频率为fc的高频信号进行高频计数得到计数值N1，之后计算相位差值φ=360NN1;]]>然后将所述相位差值φ送入单片机24的相位差信号输入端(图10)。
③单片机24接收所述代表相位差值φ的相位差数据后，对该相位差值数据取余弦而得到cosφ的值；单片机24由其泄漏全电流数字信号输入端接收来自放大及模数转换电路23的泄漏全电流数字信号，单片机24对该数字信号进行处理后得出泄漏全电流的值I(图11)。
⑤单片机24根据式IR＝I*cosφ来计算阻性电流值IR的大小，然后单片机24的显示信号输出端输出所述阻性电流值IR的数值显示信号至显示电路25的显示信号输入端，显示电路25显示阻性电流值IR的值(图11)。
本实施例中fc的值为40MHz。
(实施例2)本实施例的其余部分与实施例1相同，不同之处在于，接收装置2中的ASIC专用集成电路22为型号为EP1K100的复杂可编程逻辑器件CPLD。
(实施例3)见图6，本实施例的其余部分与实施例1相同，不同之处在于，接收装置2的阻性电流检测电路20具有放大及模数转换电路23、嵌入式处理器29和整形电路26，其中的嵌入式处理器29代替了实施例1中的ASIC专用集成电路22和单片机24的作用，嵌入式处理器29在使用中将电压相位方波信号反相后与电流相位方波信号进行与逻辑运算得到相位差方波信号、再对该相位差方波信号的单个方波和周期分别采用高频计数的方式得到两个数值、将该两个数值相除后再乘以系数而得到相位差数据，再将相位差数据的余弦值求出，之后将泄漏全电流数字信号与相位差数据的余弦值相乘而得到泄漏全电流信号中的阻性电流值信号、再将该阻性电流值信号输至显示电路25。因此，嵌入式处理器29的功能要比实施例1中的ASIC专用集成电路22和单片机24强大。嵌入式处理器29是一块型号为TMS320C2000的DSP芯片。嵌入式处理器29具有泄漏全电流数字信号输入端、电流相位方波信号输入端、电压相位方波信号输入端和显示信号输出端。嵌入式处理器29的泄漏全电流数字信号输入端相当于实施例1中的单片机24的泄漏全电流数字信号输入端，该输入端与放大及模数转换电路23的信号输出端相连。嵌入式处理器29的电流相位方波信号输入端相当于实施例1中的ASIC专用集成电路22的电流相位方波信号输入端，该输入端与整形电路26的信号输出端相连。嵌入式处理器29的电压相位方波信号输入端相当于实施例1中的ASIC专用集成电路22的电压相位方波信号输入端，该输入端与移相器27的信号输出端相连。嵌入式处理器29的显示信号输出端相当于实施例1中的单片机24的显示信号输出端，该输出端与显示电路25的显示信号输入端相连。
见图9及图12，本实施例的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置的工作方法也与实施例1中的工作方法基本相同，接收装置2的工作方法具有以下步骤①接收装置2的阻性电流检测电路20由其整形电路26的信号输入端和放大及模数转换电路23的信号输入端同时接收避雷器的接地端的泄漏全电流信号(该泄漏全电流信号的频率在我国为工频50Hz)；放大及模数转换电路23对该泄漏全电流信号进行处理后输出泄漏全电流数字信号至嵌入式处理器29；整形电路26对该泄漏全电流信号整形后转换为电流相位方波信号，然后输至嵌入式处理器29的电流相位方波信号输入端；天线接收及解调电路21将无线接收到的来自发送装置1的加载有高压相线的电压相位信号的高频信号进行解调后生成高压相线的电压相位方波信号该电压相位方波信号经移相器27移相后输至嵌入式处理器29的电压相位方波信号输入端。
②嵌入式处理器29对上述移相后的电压相位方波信号进行反相变换而得到电压相位方波信号的反相信号，再对该反相信号和上述电流相位方波信号进行与逻辑变换，而得到电压相位方波信号与电流相位方波信号之间的相位差方波信号，之后对所述频率为f(也就是工频50Hz)的相位差方波信号的单个方波采用频率为fc的高频信号进行高频计数得到计数值N，还对该频率为f的相位差方波信号的周期采用频率为fc的高频信号进行高频计数得到计数值N1，之后计算相位差值φ=360NN1,]]>再对该相位差值φ的数据取余弦而得到cosφ的值；③嵌入式处理器29在接收所述移相后的电压相位方波信号和所述电流相位方波信号的同时，由其全电流泄漏全电流数字信号输入端接收来自放大及模数转换电路23的泄漏全电流数字信号，嵌入式处理器29对该数字信号进行处理后得出泄漏全电流的值I；④嵌入式处理器29根据式IR＝I*cosφ来计算阻性电流值IR的大小，之后嵌入式处理器29的显示信号输出端输出所述阻性电流值IR的数值显示信号至显示电路25的显示信号输入端，显示电路25显示阻性电流值IR的值。
本实施例中fc的值为20MHz。
(实施例4)本实施例的其余部分与实施例3相同，不同之处在于，嵌入式处理器是一块型号为ARM7TDMI的ARM芯片。
(实施例5)见图7，本实施例的电路结构的其余部分与实施例1相同，不同之处在于，将所述阻性电流检测电路20中的ASIC专用集成电路22的一部分作用由相位差检测电路28来代替，另一部分作用由单片机24来代替。
相位差检测电路28具有与实施例1的ASIC专用集成电路22相对应的电流相位方波信号输入端、电压相位方波信号输入端和相位差信号输出端，其中的相位差信号输出端接单片机24的相位差信号输入端；相位差检测电路28的电压相位方波信号输入端即为阻性电流检测电路20的电压相位方波信号输入端；整形电路26的信号输出端接相位差检测电路28的电流相位方波信号输入端；相位差检测电路28的电压相位方波信号输入端即为阻性电流检测电路20的；相位差检测电路28的相位差信号输出端接单片机24的相位差信号输入端。
本实施例的相位差检测电路28是使用时将电压相位方波信号反相后与电流相位方波信号进行与逻辑运算得到相位差方波信号、再对该相位差方波信号进行分频处理而得到分频后的相位差方波信号的电路；而本实施例的单片机24则在使用中对分频后的相位差方波信号的单个方波和周期分别采用高频计数的方式得到两个数值、将该两个数值相除后再乘以系数而得到相位差数据，再将相位差数据的余弦值求出，之后将泄漏全电流数字信号与相位差数据的余弦值相乘而得到泄漏全电流信号中的阻性电流值信号、再将该阻性电流值信号输至显示电路25。
相位差检测电路28由反相器281、与门电路282和分频器283组成。反相器281的输入端即为相位差检测电路28的电压相位方波信号输入端；反相器281的输出端接与门电路282的一个输入端；与门电路282的另一个输入端即为相位差检测电路28的电流相位方波信号输入端；与门电路282的输出端接分频器283的输入端；分频器283的输出端即为相位差检测电路28的相位差信号输出端。
本实施例的电路装置工作时，其中的接收装置2一方面由其天线接收及解调电路21将无线接收到的来自发送装置1的加载有高压相线的电压相位信号的高频信号进行解调后生成电压相位方波信号，所述电压相位方波信号经移相器27移相后输至相位差检测电路28的反相器281输入端，经反相器反相处理后得到反相的电压相位方波信号，该反相的电压相位方波信号被输至与门电路282的一个输入端；接收装置2另一方面由其整形电路26的信号输入端和放大及模数转换电路23的信号输入端同时接收由避雷器的接地端输出的泄漏全电流信号；放大及模数转换电路23对该泄漏全电流信号进行处理后输出泄漏全电流数字信号至单片机24；整形电路26对该泄漏全电流信号整形后转换为电流相位方波信号输至与门电路282的另一个输入端；与门电路282对反相的电压相位方波信号和电流相位方波信号进行与逻辑处理后，输出频率为f(也就是工频50Hz)相位差方波信号至分频器283；分频器283将该相位差方波信号进行K分频变换，然后将所述K分频后的频率为f/K的相位差方波信号送入单片机24的相位差方波信号输入端，本实施例为单片机24的中断信号输入端。
单片机24对来自中断信号输入端的所述频率为f/K的相位差方波信号的单个方波采用频率为fc的高频信号进行高频计数而得到计数值N，还对该频率为f/K的相位差方波信号的周期采用频率为fc的高频信号进行高频计数得到计数值N1，之后计算相位差值φ=360NN1,]]>再对该相位差值φ的数据取余弦而得到cosφ的值；单片机24由其泄漏全电流数字信号输入端接收来自放大及模数转换电路23的泄漏全电流数字信号，单片机24对该泄漏全电流数字信号进行处理后得出泄漏全电流的值I。然后，单片机24通过式IR＝I*cosφ来计算阻性电流值IR的大小，之后单片机24由其显示信号输出端输出所述阻性电流值IR的数值显示信号至显示电路25的显示信号输入端，显示电路25显示阻性电流值IR的值。
本实施例的单片机可采用MCS-51系列，其型号为AT89C52(在其它实施例中可采用其它系列的单片机)。本实施例中fc的值为1MHz。
(实施例6至10)实施例6与实施例1相对应，实施例7与实施例2相对应，实施例8与实施例3相对应，实施例9与实施例4相对应，实施例10与实施例5相对应，实施例5至实施例8的其余部分与相应实施例相同，不同之处在于发送装置1通过设置在发送天线11的末端设有绝缘挂件挂接在所测的高压相线上，且所述的发送天线11与待测高压相线垂直而与相线不直接接触。发送天线11的末端与待测高压相线的距离为50cm以内，实施例6至实施例10所采用的距离依次为5、10、20、30、45cm。
权利要求1.一种避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置，其特征在于具有使用时与设置在一根高压相线与地之间的待测避雷器的接地端相连的接收装置(2)，还具有使用时挂于上述高压相线上且与所述接收装置(2)无线配合的发送装置(1)；使用时，发送装置(1)可接收所述高压相线的电压信号、然后以无线发送的形式发送加载有所述高压相线的电压相位信号的高频信号；接收装置(2)可通过无线方式接收该加载有相线的电压相位信号的高频信号、以及通过有线方式接收与其相连的避雷器的泄漏全电流信号，并通过相应的算式算出泄漏全电流信号中的阻性电流值，最后将所述阻性电流值向外显示给用户。
2.根据权利要求1所述的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置，其特征在于发送装置(1)具有发送天线(11)、限幅及滤波电路(12)和相位调制电路(13)；发送天线(11)是使用时接收所述高压相线的电压信号并以无线发送的形式发送加载有高压相线的电压相位信号的高频信号的天线；限幅及滤波电路(12)是使用时对发送天线(11)接收的电压信号通过电磁感应方式进行耦合、再用稳压方式进行限幅、对限幅后的电压信号进行滤波而得到高压相线的电压相位信号的电路；相位调制电路(13)是使用时对限幅及滤波电路(12)输出的高压相线的电压相位信号进行高频调制的电路；发送天线(11)的电压信号输出端接限幅及滤波电路(12)的电压信号输入端，限幅及滤波电路(12)的电压相位信号输出端接相位调制电路(13)的电压相位信号输入端，相位调制电路(13)的电压相位调制信号输出端接发送天线(11)的电压相位调制信号输入端。
3.根据权利要求2所述的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置，其特征在于发送装置(1)还具有频率可调方波发生电路(14)和驱动及声光信号发生电路(15)；发送装置(1)设有电源开关，该电源开关使用时可对频率可调方波发生电路(14)以及发送装置(1)的限幅及滤波电路(12)、相位调制电路(13)和驱动及声光信号发生电路(15)的得电与失电同时进行控制；频率可调方波发生器(14)的频率信号输出端按限幅及滤波电路(12)的电压信号输入端，限幅及滤波电路(12)的电压相位信号输出端还与驱动及声光信号发生电路(15)的信号输人端相连。
4.根据权利要求1所述的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置，其特征在于接收装置(2)具有阻性电流检测电路(20)、天线接收及解调电路(21)和显示电路(25)；阻性电流检测电路(20)具有泄漏全电流信号输入端、电压相位方波信号输入端和显示信号输出端；阻性电流检测电路(20)的泄漏全电流信号输入端作为使用时接收装置(2)与避雷器的接地端相连的端口而可在使用时接收避雷器的泄漏全电流信号；天线接收及解调电路(21)的电压相位信号输出端接阻性电流检测电路(20)的电压相位方波信号输入端，阻性电流检测电路(20)的显示信号输出端接显示电路(25)的显示信号输入端。
5.根据权利要求4所述的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置，其特征在于接收装置(2)的阻性电流检测电路(20)具有ASIC专用集成电路(22)、放大及模数转换电路(23)、单片机(24)和整形电路(26)；ASIC专用集成电路(22)具有电流相位方波信号输入端、电压相位方波信号输入端和相位差数据输出端；单片机(24)具有泄漏全电流数字信号输入端、相位差信号输入端和显示信号输出端；放大及模数转换电路(23)和整形电路(26)的信号输入端即为阻性电流检测电路(20)的泄漏全电流信号输入端；ASIC专用集成电路(22)的电压相位方波信号输入端即为阻性电流检测电路(20)的电压相位方波信号输入端；单片机(24)的显示信号输出端即为阻性电流检测电路(20)的显示信号输出端；整形电路(26)的信号输出端接ASIC专用集成电路(22)的电流相位方波信号输入端；ASIC专用集成电路(22)的相位差数据输出端接单片机(24)的相位差信号输入端；放大及模数转换电路(23)的信号输出端接单片机(24)的泄漏全电流数字信号输入端。
6.根据权利要求5所述的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置，其特征在于接收装置(2)还具有设置在天线接收及解调电路(21)和ASIC专用集成电路(22)之间的移相器(27)，也就是天线接收及解调电路(21)的电压相位信号输出端接移相器(27)的信号输入端，移相器(27)的信号输出端接ASIC专用集成电路(22)的电压相位方波信号输入端，从而使天线接收及解调电路(21)的电压相位信号输出端通过移相器(27)而与ASIC专用集成电路(22)的电压相位方波信号输入端相连。
7.根据权利要求4所述的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置，其特征在于接收装置(2)的阻性电流检测电路(20)具有放大及模数转换电路(23)、嵌入式处理器(29)和整形电路(26)；嵌入式处理器(29)具有泄漏全电流数字信号输入端、电流相位方波信号输入端、电压相位方波信号输入端和显示信号输出端；放大及模数转换电路(23)和整形电路(26)的输入端即为阻性电流检测电路(20)的泄漏全电流信号输入端；嵌入式处理器(29)的电压相位方波信号输入端即为阻性电流检测电路(20)的电压相位方波信号输入端；嵌入式处理器(29)的显示信号输出端即为阻性电流检测电路(20)的显示信号输出端；整形电路(26)的信号输出端接嵌入式处理器(29)的电流相位方波信号输入端，放大及模数转换电路(23)的输出端接嵌入式处理器(29)的泄漏全电流数字信号输入端。
8.根据权利要求7所述的避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置，其特征在于接收装置(2)还具有设置在天线接收及解调电路(21)和嵌入式处理器(29)之间的移相器(27)，也就是天线接收及解调电路(21)的电压相位信号输出端接移相器(27)的信号输入端，移相器(27)的信号输出端接嵌入式处理器(29)的电压相位方波信号输入端，从而使天线接收及解调电路(21)的电压相位信号输出端通过移相器(27)而与嵌入式处理器(29)的电压相位方波信号输入端相连。
专利摘要本实用新型涉及一种避雷器的泄漏电流检测仪的电路装置。该电路装置具有使用时与设置在一根高压相线与地之间的待测避雷器的接地端相连的接收装置，还具有使用时挂于上述高压相线上且与所述接收装置无线配合的发送装置；使用时，发送装置可接收所述高压相线的电压信号、然后以无线发送的形式发送加载有所述高压相线的电压相位信号的高频信号；接收装置可通过无线方式接收该加载有相线的电压相位信号的高频信号、以及通过有线方式接收与其相连的避雷器的泄漏全电流信号，并通过相应的处理得出泄漏全电流信号中的阻性电流值，最后将所述阻性电流值向外显示给用户。本实用新型电路装置检测方便，安全可靠，测量准确。
文档编号G08C17/02GK2847308SQ20052011239
公开日2006年12月13日 申请日期2005年7月8日 优先权日2005年7月8日
发明者张金波, 胡钢, 张学武 申请人:河海大学常州校区