一種10kv變壓器二次電流自動採集無線傳輸裝置製造方法
2023-09-19 17:28:00 2
一種10kv變壓器二次電流自動採集無線傳輸裝置製造方法
【專利摘要】本發明提出的是一種10KV變壓器二次電流自動採集無線傳輸裝置。相電壓和相電流分別通過電壓互感器和電流互感器經由電流/電壓轉換電路和精密全波整流電路與單片機電路連接，電源電路為單片機提供電源，在單片機上分別連接有GSM模塊和液晶顯示器。本發明採集裝置不僅能根據需要隨時檢測變壓器二次電壓、電流的即時數據，而且能方便地通過GSM模塊，以發簡訊方式進行採集結果的無線傳輸，便於對變壓器二次電流、電壓的遠距離監控。當需要電流電壓數據時，使用者發送一條信息，GSM模塊收到信息後會自動發送數據到指定的手機上，並通過液晶LCD12864顯示出來。適宜作為變壓器二次電流採集和無線傳輸的裝置應用。
【專利說明】-種10KV變壓器二次電流自動採集無線傳輸裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的是一種高電壓、大電流採集、傳輸裝置，用於10KV變壓器二次側電 流和二次側線電壓或相電壓的即時數據採集與傳輸，並通過GSM模塊進行數據無線傳輸， 具有遠距離控制通訊功能。具體說是一種10KV變壓器二次電流自動採集無線傳輸裝置。
【背景技術】
[0002] 現有的電壓、電流採集裝置多是基於電壓電流互感器和轉換電路等組成的複合 體，通過電壓互感器和電流互感器採集高電壓大電流電路中的電壓和電流即時數據，通過 處理，用於顯示或進一步操作。現有的電壓、電流採集裝置的工作方式是需要數據時人為地 使採集電路工作或者連續採集，具體的採集結果也多是用於靜態顯示，而無法進行遠距離 控制通訊。
[0003] 原有的工作方式使得電壓、電流採集裝置的工作效率較低，節能性相對較差，另外 處理器實時性差、控制策略簡單，當需要採集數據時不能較快地實施採集，在實時性要求較 高的場合達不到要求。
[0004] 此外當處於遠距離工作環境時，無法得到採集的數據結果，不能實現對採集結果 的遠距離監控。這也限制著電壓、電流採集裝置的應用，在高電壓大電流的10KV變壓器工 作狀態檢測時，對安全性來說是一個隱患。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有的變壓器二次側電壓、電流採集裝置的不足，本發明提出了一種 10KV變壓器二次電流自動採集無線傳輸裝置。該裝置通過採集相電壓和相電流，然後經過 電壓互感器和電流互感器與電流/電壓轉換電路和精密全波整流電路與單片機連接，單片 機分別與電源電路、GSM模塊和液晶顯示器連接，解決變壓器二次電流自動採集與無線傳輸 的技術問題。
[0006] 本發明解決技術問題所採用的方案是： 相電壓和相電流分別通過電壓互感器和電流互感器經由電流/電壓轉換電路和精密 全波整流電路與單片機電路連接，電源電路為單片機提供電源，在單片機上分別連接有GSM 模塊和液晶顯示器。
[0007] 相電壓採集來自於A/B/C三相，相電流採集也來自於A/B/C三相。
[0008] 積極效果，本發明採集裝置不僅能根據需要隨時檢測變壓器二次電壓、電流的即 時數據，而且能方便地通過GSM模塊，以發簡訊方式進行採集結果的無線傳輸，便於對變壓 器二次電流、電壓的遠距離監控。當需要電流電壓數據時，使用者發送一條信息，GSM模塊 收到信息後會自動發送數據到指定的手機上，並通過液晶LCD12864顯示出來。適宜作為變 壓器二次電流採集和無線傳輸的裝置應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發明總電路方框圖 圖2為本發明LH10-10C0512-02電源模塊原理圖 圖3為本發明濾波部分原理圖 圖4為本發明LH10-10B05電源模塊原理圖 圖5為本發明Atmegal6單片機接口電路圖 圖6為本發明最小系統的復位電路圖 圖7為本發明最小系統的晶振電路圖 圖8為本發明電壓檢測電路圖 圖9為本發明電流檢測電路圖 圖10為本發明電流電壓轉換電路圖 圖11為本發明精密全波整流電路圖 圖12為本發明反向求和電路圖 圖13為本發明GSM模塊電路圖 圖14為本發明液晶顯不電路圖 圖中，1.電源電路，2.單片機，3.GSM模塊，4.液晶顯示器，5.相電壓，5.1.電壓互感 器，5.2.電流/電壓轉換電路，5. 3.精密全波整流電路，6.相電流，6.1.電流互感器。
【具體實施方式】
[0010] 據圖1所示，相電壓5和相電流6分別通過電壓互感器5. 1和電流互感器6. 1經 由電流/電壓轉換電路5. 2和精密全波整流電路5. 3與單片機2電路連接，電源電路1為 單片機提供電源，在單片機上分別連接有GSM模塊3和液晶顯示器4。
[0011] 相電壓採集來自於A/B/C三相，相電流採集也來自於A/B/C三相。
[0012] 器件參數： 採用Atmegal6單片機512位元組EEPROM，1K字節SRAM，32個通用I/O口，32個通用工作 寄存器，工作電壓4.5 - 5. 5V，正常模式電流1.1mA，空閒模式電流0.35mA GSM模塊電流消耗：睡眠時3.0mA，閒置時10. 0mA，通話時300mA(最高2.0A)，掉 電時100iiA 互感器技術參數： 電壓互感器HWPT01: 2mA/2mA 電流互感器KHCT911L: 150A/5AHWCT:5A/5mA 系統的工作原理： 電壓信號與電流信號經過電流/電壓轉換電路，在經精密全波整流電路送至單片機， 單片機經A/D採樣計算三相電壓、電流的有效值，測得數據可以通過GSM模塊發送到手機上 (當需要電流電壓數據時，使用者發送一條信息，GSM模塊收到信息後會自動發送數據到指 定的手機上），並通過液晶IXD12864顯示出來。
[0013] 電路組成： 1)電源電路，如圖2、3和4所示，在系統中，Atmegal6單片機工作電壓為5V，而在電壓、 電流檢測與轉換電路中運算放大器基準電壓分別選定為+12V和-12V。因此電源電路部分 採用了LH10-10C0512-02電源模塊和LH10-10B05電源模塊，電壓紋波小、性價比高。通過 LH10-10C0512-02電源模塊得到+5V、+12V、-12V，用於系統供電。通過LH10-10B05電源模 塊得到+5V電壓，給GSM模塊供電。
[0014] 2)最小系統電路，如圖5所示，該10KV變壓器二次電流自動採集無線傳輸裝置採 用Atmegal6單片機作為主控晶片，Atmegal6是基於增強的AVRRISC結構的低功耗8位 CMOS微控制器。由於其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmegal6的數據吞吐 率高達lMIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。
[0015]Atmegal6AVR內核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都 直接與算邏單元（ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的 寄存器。這種結構提高了代碼效率，並且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數據 吞吐率。埠A作為A/D轉換器的模擬輸入端。埠A為8位雙向I/O口，具有可編程的內 部上拉電阻。其輸出緩衝器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用 時，若內部上拉電阻使能，埠被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統時 鍾還未起振，埠A處於高阻狀態。在該10KV變壓器二次電流自動採集無線傳輸裝置中， 採集到的電壓電流信號經過轉換電路的處理，最終經過單片機的PA口進行A/D轉換。基本 的AVR硬體線路，包括復位線路、晶振線路、ISP下載接口、JTAG仿真接口和電源。
[0016] (1)復位線路的設計，如圖6所示，Atmegal6已經內置了上電復位設計。並且在 熔絲位裡，可以控制復位時的額外時間，故AVR外部的復位線路在上電時，可以設計得很簡 單：直接拉一隻10K的電阻到VCC即可（R5)。為了可靠，再加上一隻0.luF的電容（C5)以 消除幹擾、雜波。當AVR在工作時，按下S0開關時，復位腳變成低電平，觸發AVR晶片復位。
[0017] (2)晶振電路的設計，如圖7所示，Atmegal6已經內置RC振蕩線路，可以產生1M、 2M、4M、8M的振蕩頻率，實際應用時，如果你不需要太高精度的頻率，可以使用內部RC振蕩。 即這部分不需要任何的外圍零件。然而，內置的畢竟是RC振蕩，在一些要求較高的場合，t匕 如要與RS232通信需要比較精確的波特率時，建議使用外部的晶振線路。早期的90S系列， 晶振兩端均需要接22pF左右的電容。Atmegal6系列實際使用時，這兩隻小電容不接也能正 常工作。
[0018] 3)檢測與轉換單元 該檢測與轉換單元包括電壓檢測電路、電流檢測電路、電流電壓轉換電路、精密全波整 流電路組成，完成變壓器二次側電壓和電流值的採集和轉換，便於送到主控系統中。
[0019]A)電壓檢測電路，如圖8所示，電壓檢測電路部分採用電流型電壓互感器進行電 壓信號的採集，經過電流電壓轉換電路和精密全波整流電路，進行電壓轉換，最後經過反向 求和電路得到所需的電壓信號。
[0020] B)電流檢測電路，如圖9所示，電壓檢測電路部分採用電流互感器進行電流信號 的採集，經過電流電壓轉換電路和精密全波整流電路，進行電流轉換，最後經過反向求和電 路得到所需的電流信號。
[0021]C)電流電壓轉換電路，如圖10所示，在互感器採集到信號以後都進行了電流電壓 轉換，電壓互感器採用的是電流型的，因此在電壓互感器和電流互感器採集信號之後都需 要把電流信號轉換為電壓信號。以電壓互感器採集A相電壓後為例，對其電流電壓轉換電 路和工作原理： 工作原理如下：工頻交流電的A相經過精密電流型電壓互感器後，感應出微弱的電流 信號，最大輸出值2mA。經過米樣電阻R24後，把電流信號轉換成電壓信號。
[0022] D)精密全波整流電路，如圖11所示，由於電流電壓轉換電路部分輸出的是交流電 壓，需要通過整流電路，將其轉變成直流電壓。考慮到整流部分的精確性和結構的簡易性， 該部分選用精密全波整流電路。
[0023] 工作原理如下： 當U1>0時，必然使集成運算放大器的輸出端U0〈0,從而導致二極體D25導通，D24截 止。此時該部分電路實現反相比例運算，輸出電壓心=，在該電路中由 電阻關係可知= -CA。
[0024] 當U1〈0時，必然使輸出端U0>0,從而使二極體D24導通，D25截止，R66中電流為 零，因此輸出電壓^"2 = 0。
[0025] 因此，可以利用反相求和電路將U2與U1的負半周波形相加，就可以實現全波整 流。
[0026] E)反向求和電路，如圖12所示，該部分電路是由運算放大器組成的反向加法器電 路，輸入部分分別為電壓電流轉換部分的輸出U1，精密全波整流電路的輸出U2,利用反向 求和電路配合整流部分可以實現全波整流，得到所需的直流電壓，便於送到單片機進行數 據處理。
[0027] 工作原理如下： 該部分反相求和電路的輸入電壓分別為電流電壓轉換電路的輸出電壓U1，精密全波整 流電路的輸出電壓U2,該部分的輸出則為U3。利用運算放大器的運算方法可以得到該部 分電路的輸入輸出關係：口3 。由電路中的電阻值可以得 至ij: M。
[0028] 當U1>0時，由上述精密全波整流電路部分可以得到：L72 =-仍，而結合本部分 的電壓關係W=-2C/2 -W可以得到丨73=21/1-[/1=[/I;當U1〈0時，由上述精密全波整流電 路部分可以得到：C/2 = 0 ,而結合本部分的電壓關係可以得到,即完成了精密全波 整流電路部分負半周波形相加，實現了全波整流，同時起到反相器作用。
[0029] 4)GSM電路，如圖13所示，該10KV變壓器二次電流自動採集無線傳輸裝置的創新 點之一就是利用GSM模塊，把採集到的變壓器二次側的電壓和電流的即時數值以簡訊方式 發送到工作人員的手機上，即當需要電流電壓數據時，使用者發送一條信息，GSM模塊收到 信息後會自動發送數據到指定的手機上，便於工作人員在非現場操作的情況下對變壓器的 工作情況進行遠距離監控。GSM部分利用集成的GSM模塊。
[0030] 5)顯示電路 該裝置不僅能利用GSM模塊，以簡訊方式在非現場操作的情況下進行變壓器二次側電 壓、電流信號的採集與傳輸，而且還有液晶LCD12864顯示部分電路，對採集的結果進行現 場顯示。利用液晶顯示，便於工作人員在現場操作時進行參照。
[0031] 工作過程： 三個電流型電壓互感器的一次繞組和被測電路並聯，二次繞組應和所接的測量儀表、 繼電保護裝置或自動裝置的電壓線圈並聯，同時要注意極性的正確性。三個電流互感器的 接線應遵守串聯原則，即一次繞阻應與被測電路串聯。
[0032] 在正常工作時，通過電壓互感器和電流互感器，對10KV變壓器兩端的電壓和電流 信號進行採集。得到的微弱信號經由電流電壓轉換電路統一轉換為電壓信號，再經過運算 放大器部分對微弱信號進行放大。將放大後的電壓信號通過精密全波整流電路進行整流， 配合反向求和電路，得到正向的直流電壓信號。將上述六路直流電壓信號依次接到單片機 的PA0至PA5 口，進行A/D轉換和存儲，便於系統進行數據處理。經過數據處理後，由單片 機系統控制液晶顯示部分，將檢測的六路電壓電流信號在液晶上顯示出來，便於工作人員 在現場操作時進行參照。
[0033] 當工作人員處於非現場操作的情況下，又想得到變壓器二次側電壓和電流的值， 以便於對變壓器的工作情況進行監控時，就可以通過手機發送簡訊，進行數據查詢。當GSM 模塊收到信息後會自動地將系統監測到的變壓器二次側的電流電壓數據發送到指定的手 機上，這對於非現場操作情況下的工作人員是十分方便的。有了這種10KV變壓器二次電流 自動採集無線傳輸裝置，工作人員可以隨時隨地了解指定變壓器的工作信息，便於遠距離 監控和通訊。
[0034] 本發明針對以往電壓電流採集裝置的薄弱環節，同時也是較大的安全隱患，作出 了全面的分析，並依次給出了有效的解決方案。針對10KV變壓器二次側電壓、電流信號的 採集，效果較好。另外，元器件性價比高，體積封裝小、易於集成控制板。
[0035] 本發明提出的技術方案可直接對傳統接觸器進行改造，通用性極強，已基本完成 硬體測試，具有較大的應用價值。
[0036] 特點： 變壓器二次側電壓、電流採集裝置通過Atmegal6單片機最小系統、電源電路、GSM模塊 電路、顯示電路、電壓互感器和電流互感器電路、電壓電流轉換電路、精密全波整流電路相 結合，具有如下優點： 1)具有六路互感器裝置，可以短時間內分別對三相電的電壓和電流進行互感器檢測。 通過電壓電流轉換電路和精密全波整流電路，送至單片機控制系統。
[0037] 2)採用Atmegal6單片機最小系統作為主控系統，電路簡單，控制效果好。佔用空 間較小，結構緊湊，集成度較高，便於應用到變壓器系統中。採用液晶LCD12864用於顯示檢 測結果，便於現場的監控。
[0038] 3)針對非現場的監測，採用了GSM模塊，能夠將檢測結果以發簡訊方式進行採集 結果的無線傳輸，便於對變壓器二次電流、電壓的遠距離監控。當需要電流電壓數據時，使 用者發送一條信息，GSM模塊收到信息後會自動發送數據到指定的手機上。
[0039] 4)經濟性較好，採用Atmegal6單片機作為主控晶片，價格不高，系統總體的成本 也不高，應用性較好。
【權利要求】
1. 一種10KV變壓器二次電流自動採集無線傳輸裝置，其特徵是：相電壓（5 )和相電流 (6)分別通過電壓互感器（5. 1)和電流互感器（6. 1)經由電流/電壓轉換電路（5. 2)和精 密全波整流電路（5. 3)與單片機（2)電路連接，電源電路（1)為單片機提供電源，在單片機 上分別連接有GSM模塊（3)和液晶顯示器（4); 相電壓採集來自於A/B/C三相，相電流採集也來自於A/B/C三相。
【文檔編號】G01R19/25GK104330613SQ201410526287
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月8日 優先權日:2014年10月8日
【發明者】李軍, 郭鳳儀, 賀樹平, 趙飛, 孫濤, 高洪鑫, 王喜利, 王丹 申請人:國網遼寧省電力有限公司葫蘆島供電公司, 國家電網公司, 遼寧工程技術大學