專利名稱：測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電流傳感器，特別涉及一種測量無間隙金屬氧化物避雷器電位分布 不均勻性的電流傳感器，屬于電力設備技術領域。
背景技術：
為確保金屬氧化物避雷器安全運行，在新產品投入批量生產之前有必要進行避雷器 整體電位分布的研究，以避免避雷器電位分布不均勻系數(shù)大于標準規(guī)定，致使電阻片局 部荷電率過高而最終導致熱崩潰，引起電力系統(tǒng)安全事故。目前常用的測量電位分布的 方法是光纖一電流法。
在一般的測量電位分布的設備中，其傳感頭一般采用無源裝置，將其測量的電流強 度調制為光強信號或者頻率信號，通過光纖傳輸至低壓側信號處理單元。這種電流信號 采集方法實時性差，無法得到所測得的電流波形并且無法得到所測的電流信號的有效 值、峰值、頻率等相關信息，無法更精確地測量金屬氧化物避雷器的電位分布。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其采用 MSP430F149單片機作為信號采集芯片，輔之以信號調理電路和電光轉換電路，實時采 集電流信號發(fā)送至低壓側信號處理單元，并采用金屬全屏蔽結構，相比以前電位分布試 驗設備采用的傳感頭，本發(fā)明所涉及的電流傳感器所采集的信號傳送至低壓側信號處理 單元后可以完整還原被測的電流波形信號，可以得到被測電流信號的有效值、峰值、頻 率等相關信息，能更精確地測量金屬氧化物避雷器的電位分布系數(shù)。具有精度高、實時 性好、功耗低、能工作在高懸浮電位、具有良好的電磁兼容性能和抗干擾能力強等特點。
本發(fā)明的技術方案是 一種測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其特征在 于在金屬外殼中，取樣電阻保護電路、信號調理電路、信號采集電路、電光轉換電路 順序電連接，電池模塊分別與信號調理電路、信號采集電路、電光轉換電路連接并提供 電源。
如上所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其特征在于取樣電阻保 護電路由瞬態(tài)電壓抑制二級管構成，瞬態(tài)電壓抑制二級管與取樣電阻并聯(lián)。
如上所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其特征在于信號采集電 路采用MSP430F149單片機作為信號采集和通信芯片，將模擬電壓信號經其內部的12位 A/D轉換器實時轉換為二進制數(shù)字信號，經過編碼處理后通過串口發(fā)送至電光轉換電路。
如上所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其特征在于通過電光轉
換電路后的二進制數(shù)字信號，采用單根光纖通道傳送至低壓側信號處理單元進行進一步 數(shù)據(jù)處理。
如上所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其特征在于做為屏蔽的
鋁金屬外殼，外形和避雷器原有金屬墊塊形狀一致。
本發(fā)明的工作原理本發(fā)明的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器(以下簡 稱電流傳感器)的金屬外殼外形和避雷器原有金屬墊塊形狀一致，將電流傳感器代替避 雷器原有金屬墊塊放置于避雷器的電阻片之間；當避雷器上施加電壓時，通過避雷器電 阻片的電流流過從電流傳感器中提取信號的取樣電阻保護電路，信號從取樣電阻保護電 路兩端引出送入后續(xù)信號調理電路；電流傳感器工作在高電壓下，電路中有可能會出現(xiàn) 短暫的浪涌電流和浪涌電壓現(xiàn)象，為此，在信號的輸入端并聯(lián)瞬態(tài)電壓抑制二級管做為 取樣電阻保護電路，避免后面的電路遭到永久性破壞；為保證電流傳感器的引入不改變 直流避雷器的全電流，選用高輸入阻抗、低漂移、低噪聲的運放構成信號調理電路與取 樣電阻保護電路并聯(lián)；信號調理電路對電壓信號進行濾波后送入MSP430F149單片機的 A/D轉換器進行模數(shù)轉換，MSP430F149單片機對采集的數(shù)據(jù)進行處理，通過串口發(fā)送 出二進制數(shù)字電平信號，然后通過電光轉換電路，用光纖將數(shù)據(jù)從高壓側的懸浮電位發(fā) 送到低壓側信號處理單元且每個電流傳感器只需一根光纖通信，在低壓側信號處理單元 將接收到的實時電流波形數(shù)字信號解調，并進行相應處理，可以得到流過電阻片電流的 完整波形和試驗所需要的相關信息。
本發(fā)明的電流傳感器為有源傳感器，電池模塊分別與信號調理電路、信號采集電路、 電光轉換電路連接并提供電源。另外，由于測量是在高電壓、強電磁場的惡劣環(huán)境下進 行的，現(xiàn)場存在大量干擾信號，為了不使被測信號和電流傳感器電路受到影響，本發(fā)明 設計時選用了鋁外殼作為外屏蔽，整個電流傳感器都在鋁外殼包圍之中，與外界的通信
只有一根光纖，有效抑制電磁干擾，屏蔽復雜的電磁場環(huán)境，保證電流傳感器能獲取真 實、可靠的被測信號。電流傳感器外觀尺寸與一片金屬墊塊相同，可以盡量降低電流傳 感器的引入對原有金屬氧化物避雷器電位分布的影響。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明電流傳感器具有很高的使用價值，在進行無間隙金屬 氧化物避雷器的電位分布試驗中，該電流傳感器可以準確實時采集流過避雷器金屬氧化 物電阻片的全電流，并通過光纖傳輸系統(tǒng)將采集到的信號傳輸至低壓側信號處理單元進 行相關信號處理，取得試驗者所關心的電流相關參數(shù)的信息。具有良好的實時性、精度 高、功耗低，并在試驗現(xiàn)場惡劣的電磁環(huán)境下具有良好的電磁兼容性能和抗干擾能力強。


圖l，本發(fā)明實施例的整體裝置電路框圖。
圖2，圖1中取樣電阻保護電路的電路原理圖。
圖3，圖l中信號調理電路的電路原理圖。
圖4,圖1中信號采集電路的電路原理圖。
圖5，圖1中電光轉換電路的電路原理圖。
圖6，圖1中MSP430F149單片機工作程序流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖與實施例對本發(fā)明電流傳感器做詳細的說明。
本發(fā)明實施例電流傳感器在鋁外殼中，如圖1所示，取樣電阻保護電路、信號調理 電路、信號采集電路、電光轉換電路順序電連接，電池模塊分別與信號調理電路、信號 釆集電路、電光轉換電路連接并提供電源。信號采集電路采用MSP430F149單片機，它 包含A/D轉換器和串口。
本發(fā)明實施例的電流傳感器為有源傳感器，置于高懸浮電位，其中電池模塊內是 3.6V鋰電池。
參見圖2，取樣電阻保護電路為防浪涌保護器，取樣電阻保護電路由瞬態(tài)電壓抑制 二級管TVS構成，TVS與取樣電阻并聯(lián)，對電路進行保護。
參見圖3，信號調理電路是以高品質運放為核心的信號電壓調整電路，為信號采集
電路采樣提供合適的信號電壓；運算放大器CA3140，管腳2接輸入信號，管腳6將調 理后的信號輸出至信號采集電路。
參見圖4,信號采集電路采用MSP430F149單片機作為信號采集和通信芯片，將模 擬電壓信號經其內部的12位A/D轉換器實時轉換為二進制數(shù)字信號，經過編碼處理后 通過串口發(fā)送至電光轉換電路通過單根光纖通道傳輸至低壓側信號處理單元進行進一 步數(shù)據(jù)處理。信號采集電路由以下的主要元件構成MSP430F149單片機、復位電路、 JTAG接口、時鐘晶振；信號由P1 口采集，經單片機處理后由串口送出至電光轉換電 路。復位電路、JTAG接口、時鐘晶振按照圖中所示引腳標號各自與單片機連接。
參見圖5，電光轉換電路主要包括電光轉換器HFBR1412，電路端接收單片機串口 發(fā)送的信號，發(fā)光端接光纖。L為光纖傳輸距離，HFBR2412為光電轉換器。
參見圖6，鑒于MSP430F149單片機在整個測量過程中需要用于信號的采集和傳輸 等，為確保準確測量流過避雷器電阻片的電流數(shù)據(jù)，MSP430F149單片機將按照預先編 寫的程序運行，具體方案由以下幾個環(huán)節(jié)組成 軟件流程
信號采集電路的工作是由預先編寫并寫入MSP430F149單片機的程序來控制，程序 流程圖如圖2所示，MSP430F149單片機啟動后，程序開始運行。
第一步初始化，對MSP430F149單片機中需要用到的模塊進行設置，以滿足信號 采集要求，并關閉不必要的模塊以降低功耗。
第二步信號采樣并進行A/D轉換。
第三步判斷是否已完成50個采樣電的A/D轉換，如果是，則進行第四步，如果 尚未完成，進入循環(huán)繼續(xù)采樣直到完成50個點的采樣。 第四步打包發(fā)送50個采樣點的數(shù)據(jù)。
第五步判斷50個采樣點中的最大與最小值，并剔除干擾信號。 第六步發(fā)送此輪循環(huán)中50個采樣電的最大與最小值。
第七步 一個采樣點的處理過程結束，返回第二步進行下一采樣點電流信號的采集 循環(huán)。
權利要求
1、一種測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其特征在于在金屬外殼中，取樣電阻保護電路、信號調理電路、信號采集電路、電光轉換電路順序電連接，電池模塊分別與信號調理電路、信號采集電路、電光轉換電路連接并提供電源。
2、 根據(jù)權利要求1所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其 特征在于取樣電阻保護電路由瞬態(tài)電壓抑制二級管構成，瞬態(tài)電壓抑制二級管 與取樣電阻并聯(lián)。
3、 根據(jù)權利要求2所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其 特征在于信號采集電路采用MSP430F149單片機作為信號釆集和通信芯片，將 模擬電壓信號經其內部的12位A/D轉換器實時轉換為二進制數(shù)字信號，經過編 碼處理后通過串口發(fā)送至電光轉換電路。
4、 根據(jù)權利要求3所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其 特征在于通過電光轉換電路后的二進制數(shù)字信號，采用單根光纖通道傳送至低 壓側信號處理單元進行進一步數(shù)據(jù)處理。
5、 根據(jù)權利要求1或2或3或4所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電 流傳感器，其特征在于做為屏蔽的鋁金屬外殼，外形和避雷器原有金屬墊塊形狀一致。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，為有源傳感器，置于高懸浮電位，其包括電池模塊、取樣電阻保護電路、信號調理電路、信號采集電路、電光轉換電路，信號采集電路中采用MSP430F149單片機，它又包括A/D轉換器和串口，該電流傳感器實時采集電流信號發(fā)送至低壓側信號處理單元，并采用金屬全屏蔽結構，相比以前電位分布試驗設備采用的傳感頭，本發(fā)明采集的信號傳送至低壓側信號處理單元后可以完整還原被測的電流波形信號，可以得到被測電流信號的有效值、峰值、頻率等相關信息，能更精確地測量金屬氧化物避雷器的電位分布系數(shù)。具有精度高、實時性好、功耗低、能工作在高懸浮電位、具有良好的電磁兼容性能和抗干擾能力強等特點。
文檔編號G01R19/00GK101359004SQ20081019705
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權日2008年9月24日
發(fā)明者左中秋, 曦 張, 霖 湯, 易 熊, 王保山, 賈錦朝, 立 陳 申請人:國網武漢高壓研究院