專利名稱：避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于避雷器電壓分布測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種通過無線測量方法對避雷 器電壓分布進(jìn)行測量的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在高壓電網(wǎng)中，避雷器閥片電壓分布不均直接影響其穩(wěn)定運(yùn)行，避雷器芯體是由電阻 片串聯(lián)而成的電阻片柱，由于電阻片柱對地雜散電容的作用，使避雷器各部分電壓分布不 均，上部電阻片比下部電阻片承受電壓高，老化速度快，電壓分布較高的閥片一旦損壞，其 它閥片的電壓將提高，最終導(dǎo)致避雷器損壞。因此MOA的電壓分布是否合理直接影響整支 的運(yùn)行壽命。隨著MOA電壓等級的升高，其高度也越來越高，MOA電壓分布的不均勻程度也 越來越嚴(yán)重，MOA均壓問題一直受到生產(chǎn)、運(yùn)行部門的共同關(guān)注。當(dāng)前，國內(nèi)外在測量避雷 器電壓分布中，大都采用光纖電流法，此種方法延用多年，在測量系統(tǒng)的安裝上存在很多弊 端，多困光纖從避雷器瓷套內(nèi)部引出，為實(shí)驗(yàn)帶來許多不便，甚至需要在瓷套上鉆孔，影響 測量的準(zhǔn)確性。應(yīng)用此類方法，必須分時的測量避雷器各節(jié)點(diǎn)電壓，而變壓器的電壓必須由 峰值表讀出，很難與探頭測量電壓保持同步性，這樣就影響了測量的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的
本發(fā)明針對上述問題，提出了一種避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)。2、技術(shù)方案
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)主要包括避雷器內(nèi)部分布電 壓測量探頭和主機(jī)，電壓測量探頭由外殼和內(nèi)部電路構(gòu)成，電壓測量探頭的內(nèi)部電路包括 MCU、無線模塊和電壓測量及變換電路，外殼為采用工程塑料制成的圓餅形狀；主機(jī)主要由 第二 MCU、第二無線模塊NRF24L0PA、信號測量及變換電路和遠(yuǎn)程通信電路構(gòu)成；主機(jī)為鋁 外殼，天線外置；該系統(tǒng)還包括可以與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的上位機(jī)。所述分布電壓測量探頭至少為1個。 所述電壓測量探頭設(shè)置在避雷器內(nèi)部，穿插到電阻片中，外殼分上下兩個端蓋，上 端蓋的上面和下端蓋的下面均是由圓形電路板粘合而成，電路板一側(cè)敷銅并使銅箔外露， 電路板另一側(cè)接入電壓測量探頭內(nèi)部電路；外殼側(cè)面開有圓孔，電壓測量探頭內(nèi)部的電源 開關(guān)伸入圓孔中。電路板另一側(cè)接入電壓測量探頭電壓測量及變換電路上。所述電壓測量探頭的內(nèi)部電路由MCU、無線模塊、電壓測量及變換電路、電源開關(guān)、 電源指示燈、電池和撥碼開關(guān)構(gòu)成；無線模塊分別與電池、撥碼開關(guān)和電源開關(guān)相連；MCU 和無線模塊均由電池供電，撥碼開關(guān)設(shè)置地址并由MCU讀取并儲存，MCU采用C8051低功耗 芯片；無線模塊為NRF24L01無線模塊，采用內(nèi)置鏈路層的GFSK單收發(fā)芯片；電壓測量及變 換電路與MCU相連；電源開關(guān)伸入外殼下端蓋的圓孔中，電源開關(guān)下方設(shè)有電源指示燈；電 池采用3. 6V，容量450mAH的工控電池；用于選擇各探頭地址的撥碼開關(guān)的地址范圍為1
具有變壓器電壓測量功能的主機(jī)與各個電壓測量探頭進(jìn)行無線數(shù)據(jù)交換；外部接 口為DB9針口和卡隆接口，通信電纜通過DB9針口接入主機(jī)，卡隆接口與變壓器二次側(cè)抽 頭連接；主機(jī)電路部分有電源電路、第二 MCU、第二無線模塊NRF24L0PA、信號測量及變換電 路、遠(yuǎn)程通信電路；電源采用4節(jié)1. 5V電池，第二 MCU與第二無線模塊NRF24L0PA相連，第 二MCU經(jīng)通信電纜傳給上位機(jī)，主機(jī)通信采用RS485方式，傳輸距離1000m，傳輸采用兩芯屏 蔽電纜。上位機(jī)通過屏蔽電纜連接到系統(tǒng)主機(jī)上，上位機(jī)采用PC機(jī)或工控機(jī)與主機(jī)通信， 上位機(jī)與主機(jī)之間以485總線方式傳輸，上位機(jī)與主機(jī)之間加信號隔離，主機(jī)內(nèi)部設(shè)有高 速光耦對信號隔離。3、優(yōu)點(diǎn)及效果
本發(fā)明提出的這種避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn) 采用避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，使得安裝方便，避免探頭和主機(jī)之間的連接線繁 雜等問題，利用離散傅立葉方法去除諧波，提高測量精度。實(shí)驗(yàn)變壓器電壓測量和探頭測量 同步進(jìn)行，使整個測量過程更接近于理想狀態(tài)，有利于工程人員分析數(shù)據(jù)。工程人員可以在 PC機(jī)或工控機(jī)對測量系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，操作人員更加安全。測量數(shù)據(jù)通過軟件處理生成 表格、描繪曲線等，提高了工作效率。


圖1為本發(fā)明整體示意圖2為本發(fā)明電壓測量探頭結(jié)構(gòu)示意圖3為電壓測量探頭上端蓋打開時的結(jié)構(gòu)示意圖4為電壓測量探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖5為電壓測量探頭安裝到避雷器時的示意圖6為主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖7為主機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖8為主機(jī)外部結(jié)構(gòu)示意圖9為電壓測量探頭內(nèi)部電路連接示意圖10為主機(jī)內(nèi)部電路連接示意附件1為利用本發(fā)明進(jìn)行測量時的參數(shù)設(shè)置界面；
附件2為利用本發(fā)明進(jìn)行測量時的實(shí)驗(yàn)界面。附圖標(biāo)記說明
1 一電壓測量探頭；2—主機(jī)；3—上端蓋；4一下端蓋；5—天線；6—避雷器；7—電阻 片；11 一外殼；12—無線模塊；13—電壓測量及變換電路；14一圓孔；15—電源開關(guān)；16— 電源指示燈；17—電池；18—撥碼開關(guān)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明 一種避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，其特征在于如圖1中所示，該系統(tǒng)主要包括避雷 器內(nèi)部分布電壓測量探頭1和主機(jī)2，如圖2中所示，電壓測量探頭1由外殼11和內(nèi)部電 路構(gòu)成，電壓測量探頭1的內(nèi)部電路包括MCU、無線模塊12和電壓測量及變換電路13，外殼11為采用工程塑料制成的圓餅形狀；主機(jī)2主要由MCU、無線模塊NRF24L0PA、信號測量及 變換電路和遠(yuǎn)程通信電路構(gòu)成。如圖8所示，主機(jī)2為鋁外殼，天線5外置；該系統(tǒng)還包括 可以與主機(jī)2進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的上位機(jī)，上位機(jī)軟件可以與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在PC機(jī)或工 控機(jī)上顯示，具有控制主機(jī)發(fā)出電壓采集命令，使各電壓測量探頭同時采集信號，并取回各 電壓測量探頭的測量值以及主機(jī)所測量的變壓器電壓值的功能。所述分布電壓測量探頭至少為1個。

如圖5所示，所述電壓測量探頭1設(shè)置在避雷器6內(nèi)部，穿插到電阻片7中，如圖3 中所示，外殼11分上下兩個端蓋，上端蓋3的上面和下端蓋4的下面均是由圓形電路板粘 合而成，電路板一側(cè)敷銅并使銅箔外露，便于外殼上下端面與電阻片良好接觸，電路板另一 側(cè)通過導(dǎo)線接入電壓測量探頭1內(nèi)部電路，使避雷器泄漏電流流過探頭內(nèi)部測量電路，夕卜 殼11側(cè)面開有圓孔14，電壓測量探頭1內(nèi)部的電源開關(guān)15伸入圓孔14中，電源開關(guān)15下 方設(shè)有電源指示燈16 ；在電源開關(guān)15打開時，可以通過圓孔14看到電源指示燈16點(diǎn)亮。如圖4中所示，所述電壓測量探頭1的內(nèi)部電路由MCU、無線模塊12、電壓測量及 變換電路13、電源開關(guān)15、電源指示燈16、電池17和撥碼開關(guān)18構(gòu)成；MCU和無線模塊12 均由電池17供電，撥碼開關(guān)18設(shè)置地址并由MCU讀取并儲存，MCU采用C8051低功耗芯片， 可以通過SPI方式對無線模塊12NRF24L01進(jìn)行操作；電壓測量及變換電路13采用電阻取 樣，把信號進(jìn)行變換及放大處理過的電壓波形進(jìn)入MCU內(nèi)部進(jìn)行A/D/轉(zhuǎn)換；電源開關(guān)15伸 入外殼11下端蓋4側(cè)面的圓孔14中，電源開關(guān)15下方設(shè)有電源指示燈16 ；電池17采用 3. 6V，容量450mAH的工控電池；NRF24L01無線模塊12為GFSK單收發(fā)芯片，內(nèi)置鏈路層，自 動應(yīng)答及自動重發(fā)功能1或2Mbps地址及CRC檢驗(yàn)功能數(shù)據(jù)傳輸率，可用于跳頻，工作 電壓1. 9-3. 6V;撥碼開關(guān)18用于選擇各探頭地址，地址范圍為1 64。如圖6中所示，主機(jī)2具有變壓器電壓測量功能，與各個電壓探頭進(jìn)行無線數(shù)據(jù)交 換；外部接口為DB9針口和卡隆接口，通信電纜通過DB9針口接入主機(jī)2，卡隆接口與變壓 器二次側(cè)抽頭連接，用于變壓器電壓信號測量。如圖7中所示，主機(jī)2電路部分有電源電路、 第二 MCU、第二無線模塊NRF24L0PA、信號測量及變換電路和遠(yuǎn)程通信電路；電源可以采用4 節(jié)1. 5V AAA電池，經(jīng)穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成正負(fù)電源供給放大器和通信電路使用；第二 MCU通過 SPI方式控制第二無線模塊NRF24L0PA ；信號測量及變換電路把變壓器二次側(cè)電壓變換成 0-2. 5V電壓，送入第二 MCU進(jìn)行A/D變換，經(jīng)通信電纜傳給上位機(jī)，主機(jī)2通信采用RS485 方式，傳輸距離1000m，傳輸采用兩芯屏蔽電纜。上位機(jī)采用PC機(jī)或工控機(jī)與主機(jī)通信，上 位機(jī)與主機(jī)2通信加信號隔離以防高電壓沖擊，信號隔離采用設(shè)置在主機(jī)2內(nèi)部的高速光 耦實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)與主機(jī)2之間以485總線方式傳輸。上位機(jī)軟件采用Delphi編寫，可以通過附件1和附件2中所示的界面設(shè)置所要測 試避雷器的等級；采集電壓測量探頭1的地址；更改測量系數(shù)；輸出測量曲線及報表等，并 且具有對各探頭多次校驗(yàn)功能，使無線測量系統(tǒng)傳輸可靠。上位機(jī)軟件安裝到PC機(jī)或工控機(jī)上，通過設(shè)置上位機(jī)界面各項(xiàng)參數(shù)，對應(yīng)所要測 量的試品，上位機(jī)通過屏蔽電纜連接到系統(tǒng)主機(jī)2上，上位機(jī)發(fā)出測量命令后，主機(jī)2采集 變壓器二次電壓，同時主機(jī)2通過無線傳輸方式命令各個電壓測量探頭1采集電壓。成功 采集后上位機(jī)發(fā)出讀取主機(jī)數(shù)據(jù)命令，首先主機(jī)2把所測量的電壓值送到上位機(jī)，經(jīng)軟件 計(jì)算出變壓器的實(shí)際值，而后上位機(jī)依次發(fā)出對各探頭讀取數(shù)據(jù)命令，各個電壓測量探頭1通過無線方式把所測的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)2，主機(jī)2通過RS485方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。上位機(jī)的 軟件立即分析出避雷器電壓分布情況，并且形成曲線，生成數(shù)據(jù)報表。在信號處理上，本發(fā)明應(yīng)用傅立葉變換法，對采集的電壓信號進(jìn)行分析計(jì)算，過濾 出干擾諧波算出準(zhǔn)確的基波電壓，從而保證測量精度?？紤]信號中包含有高次諧波及噪聲的情況，可將信號X(t)表示為
權(quán)利要求
1.一種避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)主要包括避雷器內(nèi)部電壓 分布測量探頭(1)和主機(jī)(2)，電壓測量探頭(1)由外殼(11)和內(nèi)部電路構(gòu)成，電壓測量探 頭(1)的內(nèi)部電路包括MCU、無線模塊(12)和電壓測量及變換電路(13)，外殼(11)為采用 工程塑料制成的圓餅形狀；主機(jī)(2)主要由第二 MCU、第二無線模塊NRFML0PA、信號測量及 變換電路和遠(yuǎn)程通信電路構(gòu)成；主機(jī)(2)為鋁外殼，天線(5)外置；該系統(tǒng)還包括可以與主 機(jī)(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的上位機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，其特征在于所述分布電壓 測量探頭(1)至少為1個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，其特征在于所述電壓測量 探頭(1)設(shè)置在避雷器(6)內(nèi)部，穿插到電阻片(7)中，外殼(11)分上下兩個端蓋，上端蓋 (3)的上面和下端蓋(4)的下面均是由圓形電路板粘合而成，電路板一側(cè)敷銅并使銅箔外 露，電路板另一側(cè)接入電壓測量探頭(1)內(nèi)部電路；外殼(11)側(cè)面開有圓孔(14)，電壓測量 探頭(1)內(nèi)部的電源開關(guān)(15)伸入圓孔(14)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，其特征在于電路板另一側(cè) 接入電壓測量探頭(1)電壓測量及變換電路(13)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，其特征在于所述 電壓測量探頭(1)的內(nèi)部電路由MCU、無線模塊(12)、電壓測量及變換電路(13)、電源開關(guān)(15)、電源指示燈(16)、電池(17)和撥碼開關(guān)(18)構(gòu)成；無線模塊(12)分別與電池(17)、 撥碼開關(guān)(18)和電源開關(guān)(15)相連；MCU和無線模塊(12)均由電池(17)供電，撥碼開關(guān) (18)設(shè)置地址并由MCU讀取并儲存，MCU采用C8051低功耗芯片；無線模塊(12)為NRF24L01 無線模塊，采用內(nèi)置鏈路層的GFSK單收發(fā)芯片；電壓測量及變換電路(13)與MCU相連；電 源開關(guān)(15)伸入外殼(11)下端蓋(4)的圓孔(14)中，電源開關(guān)(15)下方設(shè)有電源指示燈(16);電池(17)采用3.6V，容量450mAH的工控電池；用于選擇各探頭地址的撥碼開關(guān)(18) 的地址范圍為1 64。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，其特征在于具有變壓器電 壓測量功能的主機(jī)(2)與電壓測量探頭(1)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)交換；外部接口為DB9針口和卡 隆接口，通信電纜通過DB9針口接入主機(jī)(2 )，卡隆接口與變壓器二次側(cè)抽頭連接；主機(jī)(2 ) 電路部分有電源電路、第二 MCU、第二無線模塊NRFML0PA、信號測量及變換電路、遠(yuǎn)程通信 電路；電源采用4節(jié)1. 5V電池，第二 MCU與第二無線模塊NRFML0PA相連，第二 MCU經(jīng)通信 電纜傳給上位機(jī)，主機(jī)(2)通信采用RS485方式，傳輸距離1000m，傳輸采用兩芯屏蔽電纜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，其特征在于上位機(jī)通 過屏蔽電纜連接到系統(tǒng)主機(jī)(2)上，上位機(jī)采用PC機(jī)或工控機(jī)與主機(jī)(2)通信，上位機(jī)與主 機(jī)(2)之間以485總線方式傳輸，上位機(jī)與主機(jī)(2)之間加信號隔離，主機(jī)(2)內(nèi)部設(shè)有高 速光耦對信號隔離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種避雷器電壓分布無線測量系統(tǒng)，應(yīng)用無線傳輸?shù)姆椒?，使避雷器各?jié)點(diǎn)電壓同步采集，主機(jī)可以測量出變壓器的電壓，并且電壓的采集與各電壓測量探頭對避雷器節(jié)點(diǎn)電壓的采集只相隔0.6ms，不會影響測量的準(zhǔn)確性。在信號處理上應(yīng)用離散傅立葉變換法，對采集的電壓信號進(jìn)行分析計(jì)算。過濾出干擾諧波算出準(zhǔn)確的基波電壓，從而保證測量精度。
文檔編號G08C17/02GK102033184SQ201110022620
公開日2011年4月27日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者張軍陽, 朱鈺, 王茂軍, 耿寶宏, 鐘丹田, 高強(qiáng) 申請人:東北電力科學(xué)研究院有限公司, 遼寧東科電力有限公司