測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器的製作方法

2023-05-04 17:16:16

專利名稱：測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型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，屬於電力設備技術領域。
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係數大於標準規定，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，其傳感頭一般採用無源裝置，將其測量的電流強 度調製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 採集方法實時性差，無法得到所測得的電流波形並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。
發明內容
本實用新型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，其採用
MSP430F149單片機作為信號採集晶片，輔之以信號調理電路和電光轉換電路，實時採 集電流信號發送至低壓側信號處理單元，並採用金屬全屏蔽結構，相比以前電位分布試 驗設備採用的傳感頭，本實用新型所涉及的電流傳感器所採集的信號傳送至低壓側信號 處理單元後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係數。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幹擾能力強等特 點。
本實用新型的技術方案是 一種測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其特 徵在於在金屬外殼中，取樣電阻保護電路、信號調理電路、信號採集電路、電光轉換 電路順序電連接，電池模塊分別與信號調理電路、信號採集電路、電光轉換電路連接並提供電源。
如上所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其特徵在於取樣電阻保 護電路由瞬態電壓抑制二級管構成，瞬態電壓抑制二級管與取樣電阻並聯。
如上所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其特徵在於信號採集電 路採用MSP430F149單片機作為信號採集和通信晶片，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位數位訊號，經過編碼處理後通過串口發送至電光轉換電路。
如上所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其特徵在於通過電光轉
換電路後的二進位數位訊號，採用單根光纖通道傳送至低壓側信號處理單元進行進一步 數據處理。
如上所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其特徵在於做為屏蔽的 鋁金屬外殼，外形和避雷器原有金屬墊塊形狀一致。
本實用新型的工作原理本實用新型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於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後續信號調理電路；電流傳感器工作在高電壓下，電路中有可 能會出現短暫的浪湧電流和浪湧電壓現象，為此，在信號的輸入端並聯瞬態電壓抑制二 級管做為取樣電阻保護電路，避免後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並聯；信號調理電路對電壓信號進行濾波後送入MSP430F149 單片機的A/D轉換器進行模數轉換，MSP430F149單片機對採集的數據進行處理，通過 串口發送出二進位數字電平信號，然後通過電光轉換電路，用光纖將數據從高壓側的懸 浮電位發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位訊號解調，並進行相應處理，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。
本實用新型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、信號採集 電路、電光轉換電路連接並提供電源。另外，由於測量是在高電壓、強電磁場的惡劣環 境下進行的，現場存在大量幹擾信號，為了不使被測信號和電流傳感器電路受到影響，本實用新型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，有效抑制電磁幹擾，屏蔽複雜的電磁場環境，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，可以儘量 降低電流傳感器的弓I入對原有金屬氧化物避雷器電位分布的影響。
本實用新型的有益效果本實用新型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採集流過避雷器 金屬氧化物電阻片的全電流，並通過光纖傳輸系統將採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的信息。具有良好的實時 性、精度高、功耗低，並在試驗現場惡劣的電磁環境下具有良好的電磁兼容性能和抗幹 擾能力強。


圖l，本實用新型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1中信號調理電路的電路原理圖。
圖4,圖1中信號採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。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型電流傳感器做詳細的說明。 本實用新型實施例電流傳感器在鋁外殼中，如圖l所示，取樣電阻保護電路、信號
調理電路、信號採集電路、電光轉換電路順序電連接，電池模塊分別與信號調理電路、
信號採集電路、電光轉換電路連接並提供電源。信號釆集電路採用MSP430F149單片機，
它包含A/D轉換器和串口。
本實用新型實施例的電流傳感器為有源傳感器，置於高懸浮電位，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湧保護器，取樣電阻保護電路由瞬態電壓抑制二級管TVS構成，TVS與取樣電阻並聯，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，為信號採集 電路採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 理後的信號輸出至信號採集電路。
參見圖4，信號採集電路採用MSP430F149單片機作為信號採集和通信晶片，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位數位訊號，經過編碼處理後 通過串口發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 步數據處理。信號採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 口採集，經單片機處理後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 發送的信號，發光端接光纖。L為光纖傳輸距離，HFBR2412為光電轉換器。
參見圖6，鑑於MSP430F149單片機在整個測量過程中需要用於信號的採集和傳輸 等，為確保準確測量流過避雷器電阻片的電流數據，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節組成 軟體流程
信號採集電路的工作是由預先編寫並寫入MSP430F149單片機的程序來控制，程序 流程圖如圖2所示，MSP430F149單片機啟動後，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 採集要求，並關閉不必要的模塊以降低功耗。
第二步信號採樣並進行A/D轉換。
第三步判斷是否已完成50個採樣電的A/D轉換，如果是，則進行第四步，如果 尚未完成，進入循環繼續採樣直到完成50個點的採樣。 第四步打包發送50個採樣點的數據。
第五步判斷50個採樣點中的最大與最小值，並剔除幹擾信號。 第六步發送此輪循環中50個採樣電的最大與最小值。
第七步 一個採樣點的處理過程結束，返回第二步進行下一採樣點電流信號的採集 循環。
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，其特徵在於在金屬外殼中，取樣電阻保護電路、信號調理電路、信號採集電路、電光轉換電路順序電連接，電池模塊分別與信號調理電路、信號採集電路、電光轉換電路連接並提供電源。
2、 根據權利要求1所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其 特徵在於取樣電阻保護電路由瞬態電壓抑制二級管構成，瞬態電壓抑制二級管 與取樣電阻並聯。
3、 根據權利要求2所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其 特徵在於信號採集電路採用MSP430F149單片機作為信號採集和通信晶片，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位數位訊號，經過編 碼處理後通過串口發送至電光轉換電路。
4、 根據權利要求3所述的測量避雷器電位分布不均勻性的電流傳感器，其 特徵在於通過電光轉換電路後的二進位數位訊號，採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據處理。
5、 根據權利要求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，其特徵在於作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。
專利摘要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，置於高懸浮電位，其包括電池模塊、取樣電阻保護電路、信號調理電路、信號採集電路、電光轉換電路，信號採集電路中採用MSP430F149單片機，它又包括A/D轉換器和串口，該電流傳感器實時採集電流信號發送至低壓側信號處理單元，並採用金屬全屏蔽結構，相比以前電位分布試驗設備採用的傳感頭，本實用新型採集的信號傳送至低壓側信號處理單元後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係數。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幹擾能力強等特點。
文檔編號G01R19/00GK201259517SQ200820191008
公開日2009年6月17日 申請日期2008年9月24日 優先權日2008年9月24日
發明者左中秋, 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