配电网带电作业相降压装置的制作方法

本实用新型具体涉及一种配电网带电作业相降压装置。

背景技术：

随着我国经济高速发展，人民生活水平大幅提高，人们对供电可靠性也提出了更高的要求。配电网带电作业可有效减少配电网停电时间、提高配网配电网供电可靠性和提升优质服务水平。因此，带电作业故障清理应用日益频繁，作业任务日趋繁重。

现有配电网带电作业，需要复杂的安全防护措施。带电作业，在国内外应用主要分为绝缘杆作业法(也称间接作业法)和绝缘手套作业法(也称为直接作业法)。前者是以绝缘工具为主绝缘、绝缘防护用具为辅助绝缘的间接作业法；后者是以绝缘斗臂车的绝缘臂或绝缘平台为主绝缘，作业人员戴着绝缘手套直接接触带电体的直接作业法。

但由于配电网带电作业空间狭窄，作业过程中难以满足安全距离要求。采用绝缘斗臂车实施带电作业时，对作业限高要求不得低于3.5米；而实际工作环境中，部分配电网检修作业的高度只有3米甚至更低，并且由于作业空间狭窄，导致绝缘斗臂车无法实施作业。另一种带电作业方法，通过在工作区域内设置绝缘毯以覆盖带电工作区域内的待操作件以外的带电体，降低带电工作人员在工作过程中触电的几率。但是，依旧操作复杂，而且可靠性并不高。

目前，已经有研究表明，通过在配电网中性点注入电流的方式，能够有效保证带电作业相的安全。但是，目前的研究，都处于理论研究阶段，即尚未有对应的降压装置或电流注入装置来实现对应的电流注入。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可靠性高、实用性好且安全性较高的配电网带电作业相降压装置。

本实用新型提供的这种配电网带电作业相降压装置，包括电源模块、电压检测模块、过零检测模块、控制模块和电流注入模块；电压检测模块、过零检测模块和电流注入模块均与控制模块连接；电源模块给所述配电网带电作业相降压装置供电；电压检测模块用于检测配电网电压信号，并将检测结果上传控制模块；过零检测模块用于检测配电网的电压过零点，并将检测结果上传控制模块；控制模块用于根据上传的电压检测信号和过零检测信号，输出控制信号到电流注入模块；电流注入模块用于接收控制模块下发的控制信号，并在配电网注入电流，从而实现配电网带电作业相的降压。

所述的配电网带电作业相降压装置还包括通信模块；通信模块与控制模块连接，用于所述配电网带电作业相降压装置与外部进行数据通信。

所述的通信模块为由型号为adum1201的数字隔离芯片和型号为sp3485fn的通信芯片构成的电路。

所述的配电网带电作业相降压装置还包括存储模块；存储模块与控制模块连接，用于存储所述配电网带电作业相降压装置的工作数据。

所述的存储模块为由型号为w25q128fvsig的flash芯片构成的电路。

所述的控制模块为由型号为stm32f401rbt6的dsp芯片构成的电路。

所述的电压检测模块包括a相电压检测电路、b相电压检测电路和c相电压检测电路；a相电压检测电路的输入端与a相线连接，a相电压检测电路的输出端与控制模块连接，a相电压检测电路的用于检测a相线的电压信号并上传控制模块；b相电压检测电路的输入端与b相线连接，b相电压检测电路的输出端与控制模块连接，b相电压检测电路的用于检测b相线的电压信号并上传控制模块；c相电压检测电路的输入端与c相线连接，c相电压检测电路的输出端与控制模块连接，c相电压检测电路的用于检测c相线的电压信号并上传控制模块。

所述的电压检测模块为由型号为zmpt101b的电压互感器和型号为lmv321运算放大器构成的电路。

所述的过零检测模块包括过零检测基准限流电阻、过零检测采样限流电阻、过零检测采样滤波电容、过零检测采样运算放大器、过零检测采样放大电阻、过零检测采样放大电容、过零检测采样上拉电阻、过零检测迟滞限流电阻和过零检测迟滞触发器；过零检测采样运算放大器的输入正极连接过零检测基准限流电阻的一端，过零检测基准限流电阻的另一端连接基准电压信号；过零检测采样运算放大器的输入负极通过过零检测采样滤波电容接地并滤波，同时过零检测采样运算放大器的输入负极连接过零检测采样限流电阻的一端，过零检测采样限流电阻的另一端连接相线的电压信号；过零检测采样放大电阻和过零检测采样放大电容并联后，再并接在过零检测采样运算放大器的输入正极和过零检测采样运算放大器的输出端之间；过零检测采样运算放大器的输出端通过过零检测采样上拉电阻连接电源正极；过零检测采样运算放大器的输出端还连接过零检测迟滞限流电阻的一端，过零检测迟滞限流电阻的另一端连接过零检测迟滞触发器的输入端；过零检测迟滞触发器的输出端连接控制模块；过零检测电路用于将连接相线的电压信号与基准电压信号进行比较，并将比较信息通过过零检测迟滞触发器处理后，上传控制模块，从而完成相线的过零检测。

本实用新型提供的这种配电网带电作业相降压装置，通过电压采样模块和过零检测模块检测所连接配电网的电压信号和过零信息，并通过控制模块和电流注入模块对配电网进行电流注入，从而实现配电网带电作业相的降压；因此，本实用新型能够保证带电作业相的电压稳定和降压，而且可靠性高、实用性好且安全性较高。

附图说明

图1为本实用新型的功能模块图。

图2为本实用新型的控制模块的电路原理示意图。

图3为本实用新型的存储模块的电路原理示意图。

图4为本实用新型的过零检测电路的电路原理示意图。

图5为本实用新型的一路的电压检测电路的电路原理示意图。

图6为本实用新型的通信模块的电路原理示意图。

图7为本实用新型的电流注入模块的电路原理示意图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型的功能模块图：本实用新型提供的这种配电网带电作业相降压装置，包括电源模块、电压检测模块、过零检测模块、控制模块、电流注入模块、通信模块和存储模块；电压检测模块、过零检测模块、电流注入模块、通信模块和存储模块均与控制模块连接；电源模块给所述配电网带电作业相降压装置供电；电压检测模块用于检测配电网电压信号，并将检测结果上传控制模块；过零检测模块用于检测配电网的电压过零点，并将检测结果上传控制模块；控制模块用于根据上传的电压检测信号和过零检测信号，输出控制信号到电流注入模块；电流注入模块用于接收控制模块下发的控制信号，并在配电网注入电流，从而实现配电网带电作业相的降压；通信模块用于所述配电网带电作业相降压装置与外部进行数据通信；存储模块用于存储所述配电网带电作业相降压装置的工作数据。

如图2所示为本实用新型的控制模块的电路原理示意图：所述的控制模块为由型号为stm32f401rbt6的dsp芯片构成的电路；芯片的1脚防反接二极管d1连接电源信号vcc3v3并取电；二极管d1用于反接保护；同时，芯片的1脚也通过电容c6和电容sc接地滤波；芯片的3脚和4脚为第二晶振信号引脚，连接第二晶振x2获取晶振信号，同时也通过电容c4和c5进行接地滤波；芯片的4脚和5脚为第一晶振信号引脚，连接第一晶振x1获取晶振信号，同时通过电容c2和c3接地滤波；芯片的14～17脚、20脚和21脚为电压检测输入引脚，连接电压检测电路并获取对应线路的电压检测信号；芯片的29脚为过零检测信号引脚，连接过零检测电路并获取对应的过零检测信号；芯片的33脚和34脚为存储模块控制引脚，连接存储模块并下发控制信号，同时芯片的35脚和36脚为存储模块通信引脚，连接存储并进行数据的通信和交互；芯片的44脚和45脚为通信引脚，连接通信模块，并通过通信模块与外部进行数据的通信和交互；芯片的61脚和62脚为控制信号输出引脚，连接电流注入模块，并输出控制信号到电流注入模块，从而控制电流注入模块注入电流；此外，芯片的12脚、18脚、31脚、47脚和63脚直接接地。

如图3所示为本实用新型的存储模块的电路原理示意图：存储模块为由型号为w25q128fvsig的flash芯片构成的电路；芯片的1脚为控制信号引脚，连接控制模块的控制芯片的33脚，并获取对应的控制信号；芯片的2脚和5脚为通信引脚，连接控制模块的控制芯片的35脚和36脚，并进行通信和数据交互；芯片的3脚连接电源信号vcc3v3并上拉至高电平；芯片的4脚直接接地；芯片的6脚为时钟信号引脚，连接控制模块的控制芯片的34脚，并获取时钟信号；芯片的7脚为复位信号引脚，其直接连接电源信号并拉高至高电平；芯片的8脚为电源引脚，其直接连接电源信号并取电，同时也通过电容c18接地滤波。

如图4所示为本实用新型的过零检测电路的电路原理示意图：过零检测模块包括过零检测基准限流电阻r202、过零检测采样限流电阻r203、过零检测采样滤波电容c67、过零检测采样运算放大器u23b(型号为lm393d)、过零检测采样放大电阻r217、过零检测采样放大电容c69、过零检测采样上拉电阻r231、过零检测迟滞限流电阻r233和过零检测迟滞触发器u24b；过零检测采样运算放大器的输入正极连接过零检测基准限流电阻的一端，过零检测基准限流电阻的另一端连接基准电压信号；过零检测采样运算放大器的输入负极通过过零检测采样滤波电容接地并滤波，同时过零检测采样运算放大器的输入负极连接过零检测采样限流电阻的一端，过零检测采样限流电阻的另一端连接相线的电压信号；过零检测采样放大电阻和过零检测采样放大电容并联后，再并接在过零检测采样运算放大器的输入正极和过零检测采样运算放大器的输出端之间；过零检测采样运算放大器的输出端通过过零检测采样上拉电阻连接电源正极；过零检测采样运算放大器的输出端还连接过零检测迟滞限流电阻的一端，过零检测迟滞限流电阻的另一端连接过零检测迟滞触发器的输入端；过零检测迟滞触发器的输出端连接控制模块；过零检测电路用于将连接相线的电压信号与基准电压信号(图中为+1.5v)进行比较，并将比较信息通过过零检测迟滞触发器处理后，上传控制模块，从而完成相线的过零检测。

如图5所示为本实用新型的一路的电压检测电路的电路原理示意图：电压检测模块包括a相电压检测电路、b相电压检测电路和c相电压检测电路；a相电压检测电路的输入端与a相线连接，a相电压检测电路的输出端与控制模块连接，a相电压检测电路的用于检测a相线的电压信号并上传控制模块；b相电压检测电路的输入端与b相线连接，b相电压检测电路的输出端与控制模块连接，b相电压检测电路的用于检测b相线的电压信号并上传控制模块；c相电压检测电路的输入端与c相线连接，c相电压检测电路的输出端与控制模块连接，c相电压检测电路的用于检测c相线的电压信号并上传控制模块。

同时，一相的电压检测模块为由型号为zmpt101b的电压互感器和型号为lmv321运算放大器构成的电路；

图5中所示的为a相电压检测电路；ua连接电网系统的a相线，uan连接中性线；电网的电能引入线路，通过电容cp1和cp3接地滤波和保护，再通过电容cp2保护后，通过电阻rs1进行保护和限流，然后接入电压互感器(图中标示pt1，型号为zmpt101b)进行采样；采样后的信号通过rc滤波电路(电阻r111和电容c42)进行滤波后，再通过二极管d11进行保护后，输入到运放u10(型号为lmv321)中；运放u10的输入正极，通过采样电阻r41和r53对基准电压信号1v65_vref进行采样，并将采样后的电压作为基准电压；同时，电压互感器输出的采样信号通过滤波和保护后，通过电阻r52输入运放的输入负极；运放通过对正负极之间的电压信号进行比较和放大后，输出最终的电网电压采样信号fin_ua和ain_ua，并上传至控制模块的控制芯片的14脚和15脚。

同样的，b相电压检测电路和c相电压检测电路均可采用如图5所示的电路进行采样，并上传至控制模块的控制芯片的对应引脚即可。

如图6所示为本实用新型的通信模块的电路原理示意图：通信模块为由型号为adum1201的数字隔离芯片和型号为sp3485fn的通信芯片构成的电路；其中，芯片u6为数字隔离芯片，用于通信中的数字隔离；芯片u6的1脚连接3.3v电源信号并取电；芯片的2脚和3脚则为通信引脚，直接连接控制模块的控制芯片的45脚和44脚，进行通信和数据交互；芯片的4脚和5脚直接接地；芯片的8脚同样连接电源信号并取电；芯片的6脚和7脚则作为隔离后的通信引脚，连接rs485通信芯片sp3485fn(图中标示u7)的1脚和4脚；同时，芯片u6的6脚还通过限流电阻r31连接三极管q4的基级；三极管q4的集电极通过下拉电阻r33接地，三极管q4的发射极连接电源信号；当芯片u6的电平信号为低电平时，此时三极管导通，芯片u7的2脚和3脚被拉高至高电平；芯片u7的8脚连接电源信号并取电，芯片u7的5脚接地；芯片u7的6脚和7脚则为通信引脚(对应标示为rs485a和rs485b)，直接连接外部设备并进行rs485通信；同时，芯片u7的6脚通过电阻r34连接电源信号，保证引脚的电平稳定性；芯片u7的7脚通过电阻r30接地，保证引脚的电平稳定性；芯片u7的6脚和7脚之间还并联有电阻r32和二极管d7，均用于对通信引脚进行静电保护。

如图7所示为本实用新型的电流注入模块的电路原理示意图：电流注入模块主要包括模块m(型号为xh-m544，用于对输出的电压信号进行放大)，以及变压器t1；控制模块的控制芯片输出的驱动信号(图中标示m_in+和m_in-)输入到模块m的in+端和n-端；同时模块m的电源供电端(图中标示m_12v)连接电源信号，并取电，同时模块m的电源地端(图中标示m_12vg)连接12v地信号12vg；模块的输出端(图中标示out+和out-)输出最终的注入电流信号，并通过电阻r35和r36限流后，通过变压器t1转换后，再通过电流互感器ct1注入电网；同时，最终的注入电流还通过电压互感器pt1进行采样，并进行监控。