專利名稱：一種隔離式高壓泄漏電流測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)電子儀器測控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種隔離式高壓泄 漏電流測量裝置。
背景技術(shù)：
高壓泄露電流測量裝置用于在高電壓發(fā)生裝置的高壓輸出端測量輸出電流，在電 力系統(tǒng)中，可廣泛用于氧化鋅避雷器交接及預防性試驗，還可用于油斷路器、變壓器繞組的 泄露電流試驗。目前有兩種方法測量輸出電流一、采用微安表進行測量由于微安表工作時處于高壓場強中，無法從低壓端供電，現(xiàn)在普遍采用電池供電， 生產(chǎn)廠家為了延長電池使用壽命，微安表的顯示部分采用LCD顯示屏。LCD顯示屏雖然能節(jié) 電，但是也存在如下無法避免的缺點(1)顯示屏的視角都不是很大，操作人員需要正視微安表的顯示屏才能看清楚；(2)當有陽光時，基本無法看清楚，而相關(guān)操作多在戶外進行，晴朗天氣時，在陽光 照射下采用已有的泄漏電流表無法看清讀數(shù)；(3)顯示數(shù)字小，亮度低，距離大于2米時不容易看清楚，而在做避雷器試驗時，直 流高壓發(fā)生器最高輸出電壓在150kV以上，安全距離至少應該保證2米。由于存在以上缺點，在實際運用中，操作人員需在如何看清微安表的數(shù)字上用去 無謂的時間，甚至會因為要看清數(shù)字，操作人員要盡量靠近高壓端，嚴重影響現(xiàn)場工作的效 率和安全。二、在高壓發(fā)生裝置的低壓側(cè)估算目前幾乎所有直流高壓發(fā)生器控制箱上的輸出電流測量均采用這種方式。由于泄 漏電流值很小，屬于微安級電流，再加上高壓發(fā)生裝置分布參數(shù)復雜，導致此種間接測量的 方式精確度很低，影響對測量狀況的準確判斷。

實用新型內(nèi)容針對上述問題，本實用新型提供了一種隔離式高壓泄漏電流測量裝置，其可以使 操作人員在遠離高壓設(shè)備的情況下，快速準確地獲取測量數(shù)據(jù)，從而提高了高壓泄漏電流 測量的效率和安全性。本實用新型所提供的一種隔離式高壓泄漏電流測量裝置，包括高壓端測量模塊， 低壓端顯示模塊，其特征在于所述高壓端測量模塊和所述低壓端顯示模塊兩個模塊通過 光纖連接，所述光纖用于將所述高壓端測量模塊和所述低壓端顯示模塊隔離，所述高壓端 測量模塊的測量數(shù)據(jù)通過所述光纖傳輸?shù)剿龅蛪憾孙@示模塊。所述高壓端電流測量模塊包括用于拾取高壓端電流信號的信號采樣電路；用于預 處理拾取到的高壓端電流信號的信號調(diào)理電路；用于將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的A/D轉(zhuǎn)換電路；用于通過光纖發(fā)送測量數(shù)據(jù)的高壓端光纖接口電路；和用于對數(shù)字化的電流信號進行 處理，并通過所述高壓端光纖接口電路發(fā)送到低壓端顯示模塊的高壓端單片機處理電路所述低壓端電流顯示模塊包括用于接收所述高壓端測量模塊發(fā)送過來的測量數(shù) 據(jù)的低壓端光纖接口電路；用于處理接收到的測量數(shù)據(jù)，并將該測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為顯示信號 的低壓端單片機處理電路；和用于顯示可讀取的顯示信號的顯示電路。所述的顯示電路采用的是LED顯示。所述高壓端測量模塊的信號采樣電路設(shè)有一個保護電路，該保護電路包括一個增 壓電阻，一個限流電感線圈和一個采樣電阻串聯(lián)，并與一個電容，一個放電管分別并聯(lián)。所述高壓端測量模塊的信號采樣電路設(shè)有一個保護電路，該保護電路包括一個增 壓電阻，一個限流電感線圈和一個采樣電阻串聯(lián)，并與一個電容，一個放電管分別并聯(lián)。所述A/D轉(zhuǎn)換電路選用精度為18位或以上的A/D轉(zhuǎn)換器。所述A/D轉(zhuǎn)換電路選用精度為18位或以上的A/D轉(zhuǎn)換器。所述顯示電路采用紅色LED顯示。所述顯示電路中，在顯示部分加蓋一層面板薄膜。本實用新型的有益效果在于通過在高壓端加裝光纖數(shù)據(jù)傳輸，在低壓端通過 LED顯示的方法，使得操作人員可在距離高壓設(shè)備較遠的安全區(qū)域，方便可靠得讀取測量數(shù) 據(jù)。同時，光纖發(fā)送數(shù)據(jù)與無線傳輸數(shù)據(jù)相比，光纖是良好的絕緣介質(zhì)，可以滿足絕緣要求， 并且光纖通過光電轉(zhuǎn)換傳輸信號，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，不會受電磁干擾影響。

圖1為本實用新型的隔離式高壓泄漏電流測量裝置的示意圖；圖2為高壓端測量模塊的系統(tǒng)圖；圖3為信號采樣電路原理圖；圖4為信號調(diào)理電路原理圖；圖5為A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖；圖6為高壓端單片機處理電路原理圖；圖7為高壓端光纖接口電路原理圖；圖8為低壓端顯示模塊的系統(tǒng)圖；圖9為低壓端光纖接口電路原理圖；圖10為低壓端單片機處理電路原理圖；圖11為LED顯示電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型可以通過以下的實施例來做進一步詳細說明，參見圖1至圖11所示。如圖1所示，本實用新型所提供的一種隔離式高壓泄漏電流測量裝置包括高壓端 測量模塊，低壓端顯示模塊，所述高壓端測量模塊和所述低壓端顯示模塊兩個模塊通過光 纖連接，所述高壓端測量模塊的測量數(shù)據(jù)可通過所述光纖傳輸?shù)剿龅蛪憾孙@示模塊，從 而將所述高壓端測量模塊和所述低壓端顯示模塊隔離。圖2是高壓端測量模塊的系統(tǒng)圖。如圖2所示，所述高壓端測量模塊包括信號采樣電路，信號調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，高壓端單片機處理電路，和高壓端光纖接口電路，其 中，高壓端信號被信號采樣電路拾取以后，進入信號調(diào)理電路進行預處理，之后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn) 換電路，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由高壓端單片機處理電路進行處理，高壓端單片機處理電 路同時負責把數(shù)字化的電流信號通過高壓端光纖接口電路發(fā)送到低壓端電流顯示模塊。圖3-圖7所示的是高壓端測量模塊的硬件設(shè)計原理圖，結(jié)合附圖，分別對高壓端 電流測量模塊的各個電路進行敘述。1.信號采樣電路信號采樣電路負責把泄漏電流信號轉(zhuǎn)換為0 2V的電壓信號，以便于后級電路處 理。圖3中虛線框中是信號采樣部分電路。本部分電路元件包括接線端子J100，瞬態(tài)抑 制二極管D100，濾波電容C100，取樣電阻R100，電感L100，和輔助電阻RlOl。泄漏電流信號由接線端子JlOO的1號管腳引入采樣電路，由接線端子JlOO的2 號管腳引出。正常情況下，泄漏電流的信號幅值為O 5mA。瞬態(tài)抑制二極管DlOO的作用 是防止過電壓信號損壞后級電路，其動作電壓為6. 0V，超出這一幅值將導致瞬態(tài)抑制二極 管DlOO導通，從而將輸入信號限幅。電容ClOO的作用是濾除電流信號中的高頻干擾成分。 取樣電阻RlOO把電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，當泄漏電流的信號幅值為0 5mA時，取樣電 阻RlOO兩端的采樣電壓為0 2V(電流值和電阻值的乘積)。當因被測物擊穿或其他原因 造成泄漏電流突然增大時，突變電流將在電感LlOO的兩端產(chǎn)生過電壓，從而加速瞬態(tài)抑制 二極管DlOO的動作，達到保護后級電路的目的。RlOl是輔助電阻，它和RlOl共同作用，從 而保證在電流輸入超范圍時，能使瞬態(tài)抑制二極管DlOO動作。2.信號調(diào)理電路經(jīng)過所述信號采樣電路得到的電流信號是浮接差分信號，為了滿足后級電路的處 理要求，需要把差分信號轉(zhuǎn)化成單端信號，并且信號的幅值要滿足A/D轉(zhuǎn)換器的要求。圖4 虛線框中所示的是信號調(diào)理電路的具體原理圖。電阻R104和電阻R105為差分信號運算放大器UlOO提供輸入端保護，防止過大的 信號輸入損壞UlOO，阻值都是IOK歐姆。電容C103、C105、C 102用于濾除干擾信號，容值分 別是0. 01uF、0. 022uF、0. OluF0電阻R106的阻值為100K歐姆，其作用是為運算放大器UlOO 的輸入級提供偏流通路，保證運算放大器UlOO正常工作。本實施例中所采用的運算放大 器型號為AD623，其是一款精密低噪聲儀表放大器，它把泄漏電流的差分信號轉(zhuǎn)換為單端信 號，方便A/D轉(zhuǎn)換器處理。將運算放大器電路部分增益設(shè)定為1，當泄漏電流為0 5mA時， 采樣電阻RlOO兩端電壓為0 2V，基AD623的輸入端壓差為0 2V，由于增益為1，AD623 的輸出端(6號管腳)的對信號地電壓為0 2V，這一電壓信號再經(jīng)過由電阻R107(2.94K 歐姆)和電阻R102(1K歐姆)組成的電阻分壓器分壓，信號調(diào)理部分輸出的最終信號為電 阻R104和電容C104兩端的電壓，幅值為0 0. 508V,這一電壓范圍符合后級A/D轉(zhuǎn)換器 0 0. 512V的輸入要求。電容C 104用于濾除電路噪聲，容值為O.OluF。3. A/D轉(zhuǎn)換電路信號經(jīng)過所述信號調(diào)理電路以后，進入A/D轉(zhuǎn)換電路，把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。本 實施例中，A/D轉(zhuǎn)換器的型號是MAX132，它是18位高精密轉(zhuǎn)換器。本實用新型所提供的 隔離式高壓泄漏電流測量裝置的測量范圍是0 5mA，所以采用18位AD測量精度可達到 0.019uA。[0047]測量精度=信號最大測量值/218 = 5mA/262144 = 0. 019uA實際應用中，本實用新型所提供的隔離式高壓泄漏電流測量裝置只需要精確到0. IuA,即MAX132完全滿足精度要求。圖4中虛線右邊部分是A/D轉(zhuǎn)換電路。如圖5所示，U102是A/D轉(zhuǎn)換器MAX132，CY100是為其提供工作時鐘的晶振，頻率 是32768Hz，Clll和C112是起振電容，都是20pF。C108, C110, Rlll是A/D轉(zhuǎn)換器正常工 作必須的輔助元件。UlOl是電壓基準源MAX872，它能提供高穩(wěn)定度的2. 5V基準電壓，圖4 中 C106(0. IuF)和 ElOO (IOuF)是 MAX872 的輸出濾波電容，R109 (120K 歐姆)，R108(100K 歐姆可調(diào)電阻)，RllO (40. 2K電阻)組成電阻分壓器，負責把MAX872產(chǎn)生的2. 5V電壓基準 轉(zhuǎn)換為655mV電壓基準，提供給A/D轉(zhuǎn)換器MAX132，滿足MAX132的工作要求。MAX132提供了串行輸出接口以及相應的控制信號，單片機通過這些信號控制 MAX132的工作并讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。4.高壓端單片機處理電路高壓端單片機處理電路負責把所述A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換得到的泄漏電流信號通過 光纖發(fā)送到低壓顯示模塊。本實施例中，單片機采用C8051F330，處理速度可達25MIPS，內(nèi) 置8K FLASH，17個IO 口及硬件增強型UART，同時內(nèi)置滿足UART操作的內(nèi)部晶振，通過這些 資源將設(shè)計做到簡單靈活。圖6所示的是高壓端單片機處理電路，如圖5所示，U104是單片機C8051F330。 D102是一綠色LED，用于指示單片機的工作狀態(tài)。U103是一個蜂鳴器，用于在測量值超過限 制時發(fā)出報警信號。QlOO是三極管9013，用于驅(qū)動蜂鳴器。Rl 14 (1K歐姆)，Cl 16 (IOuF)， Cl 17(0. IuF)組成單片機上電復位電路，用于系統(tǒng)初上電時復位單片機。J103是用于給單 片機編程的接插件。C114(10uF)，C115(0. IuF)是用于單片機供電管腳的去耦電容。單片 機的P0. 4和P0. 5兩個管腳用于光纖通信，P0. 4負責發(fā)送信號，P0. 5負責接收信號。5.高壓端光纖接口電路圖7所示的是高壓端光纖接口電路。本實施例中，高壓端光纖接口采用的是 HFBR-1522發(fā)送器和HFBR-2522接收器，通信速率可達IMBd，距離可達45米。高壓端測量 模塊的測量數(shù)據(jù)通過光纖在低壓端顯示模塊隔離地被顯示和讀取，光纖可達45米的長度 完全可以滿足工作人員安全和方便獲得數(shù)據(jù)的需要。圖7中R112(220歐姆)用于限制電流，ElOl (IOuF)，C101 (0. IuF)用于電源濾波， DlOl用于保護光纖發(fā)送器，防止反向電壓過大損壞發(fā)送器。C113(0. IuF)也是用于電源濾波。圖8是低壓端顯示模塊的系統(tǒng)圖。如圖8所示，所述低壓端顯示模塊包括低壓端 光纖接口電路，低壓端單片機處理電路，和LED顯示電路，其中，低壓端顯示模塊通過光纖 接收來自高壓端測量模塊的測量數(shù)據(jù)，該測量數(shù)據(jù)經(jīng)過低壓端單片機處理單元進行處理， 轉(zhuǎn)化為顯示信號，通過LED顯示電路顯示。圖9-圖11所示的是低壓端顯示模塊的硬件設(shè)計原理圖，結(jié)合附圖，分別對低壓端 顯示模塊的各個電路進行敘述。6.低壓端光纖接口電路低壓端光纖接口電路和高壓端光纖接口電路，除元件標號不同外，其他完全相 同，如圖9所示，高壓端光纖接口采用的同樣是HFBR-1522發(fā)送器和HFBR-2522接收器，R203(220歐姆)用于限制電流，E200(10uF)，C203(0. IuF)用于電源濾波，D201用于保護光 纖發(fā)送器，防止反向電壓過大損壞發(fā)送器。C204(0. IuF)也是用于電源濾波。7.低壓端單片機處理電路低壓端單片機處理部分負責把光纖傳輸過來的信號接收并解碼，進而輸出到數(shù)碼 管進行顯示。本實施例中，低壓端單片機處理電路的單片機也采用C8051F330。圖10所示的是 低壓端單片機處理部分電路圖。D200是一個LED，負責指示單片機的工作狀態(tài)。顯示信號 由Pl 口引出，顯示的段碼由P0. 1、P0. 2、P0.6、P0. 7四個管腳引出。單片機的P0. 4和P0. 5 兩個管腳用于光纖通信，P0. 4負責發(fā)送信號，P0. 5負責接收信號。8. LED顯示電路本實施例中的LED顯示電路采用了 4個數(shù)碼顯示管，可以顯示4位有效數(shù)字。圖11所示的是LED顯示部分電路。單片機把顯示信號發(fā)送給鎖存器 SN74AHC573DW，鎖存器用于鎖存顯示信號并驅(qū)動LED數(shù)碼管，其驅(qū)動電流可達20mA，可保證 LED高亮度顯示。由于鎖存器的應用，可以進行靜態(tài)顯示，保證顯示不閃爍。R200，R201， R202，R203都是220歐姆電阻，用于限制流入數(shù)碼管的電流，使其不至于燒壞數(shù)碼管。在本實用新型的最佳實施例中，采用紅色LED，壽命長，亮度高，便于在強光和黑暗 中看清顯示數(shù)字。進一步地，在LED的顯示部分加蓋一層面板薄膜，加薄膜后顯示效果更見清晰。根據(jù)本實用新型所提供的高隔離式壓泄漏電流測量裝置，通過光纖隔離，把高壓 端的測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)降碗姸?，并且低電位端通過LED數(shù)碼管顯示，從而可以使操作人員遠 離高電壓輸出端，并可清晰讀取測量數(shù)據(jù)，保證操作人員安全。應當可以理解，在不偏離其精神和中心特征的情況下本實用新型可以其它形式實 現(xiàn)。因此這里的實施例和具體的實施方式是示意性并不是限制性，并且本實用新型并不限 定在這里給出的詳細描述中。
權(quán)利要求一種隔離式高壓泄漏電流測量裝置，包括高壓端測量模塊，低壓端顯示模塊，其特征在于所述高壓端測量模塊和所述低壓端顯示模塊兩個模塊通過光纖連接，所述光纖用于將所述高壓端測量模塊和所述低壓端顯示模塊隔離，所述高壓端測量模塊的測量數(shù)據(jù)通過所述光纖傳輸?shù)剿龅蛪憾孙@示模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的隔離式高壓泄漏電流測量裝置，其特征在于所述高壓端電流測 量模塊包括用于拾取高壓端電流信號的信號采樣電路；用于預處理拾取到的高壓端電流信 號的信號調(diào)理電路；用于將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的A/D轉(zhuǎn)換電路；用于通過光纖發(fā)送測量 數(shù)據(jù)的高壓端光纖接口電路；和用于對數(shù)字化的電流信號進行處理，并通過所述高壓端光 纖接口電路發(fā)送到低壓端顯示模塊的高壓端單片機處理電路。
3.如權(quán)利要求1所述的隔離式高壓泄漏電流測量裝置，其特征在于所述低壓端電流顯 示模塊包括用于接收所述高壓端測量模塊發(fā)送過來的測量數(shù)據(jù)的低壓端光纖接口電路；用 于處理接收到的測量數(shù)據(jù)，并將該測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為顯示信號的低壓端單片機處理電路；和 用于顯示可讀取的顯示信號的顯示電路。
4.如權(quán)利要求3所述的隔離式高壓泄漏電流測量裝置，其特征在于所述的顯示電路采 用的是LED顯示。
5.如權(quán)利要求1或2所述的隔離式高壓泄漏電流測量裝置，其特征在于所述高壓端測 量模塊的信號采樣電路設(shè)有一個保護電路，該保護電路包括一個增壓電阻，一個限流電感 線圈和一個采樣電阻串聯(lián)，并與一個電容，一個放電管分別并聯(lián)。
6.如權(quán)利要求4所述的隔離式高壓泄漏電流測量裝置，其特征在于所述高壓端測量模 塊的信號采樣電路設(shè)有一個保護電路，該保護電路包括一個增壓電阻，一個限流電感線圈 和一個采樣電阻串聯(lián)，并與一個電容，一個放電管分別并聯(lián)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的隔離式高壓泄漏電流測量裝置，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換 電路選用精度為18位或以上的A/D轉(zhuǎn)換器。
8.如權(quán)利要求7所述的隔離式高壓泄漏電流測量裝置，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換電路 選用精度為18位或以上的A/D轉(zhuǎn)換器。
9.如權(quán)利要求1，2或8所述的隔離式高壓泄漏電流測量裝置，其特征在于所述顯示電 路采用紅色LED顯示。
10.如權(quán)利要求1，2或9所述的隔離式高壓泄漏電流測量裝置，其特征在于所述顯示電 路中，在顯示部分加蓋一層面板薄膜。
專利摘要本實用新型提供了一種隔離式高壓泄漏電流測量裝置，其包括高壓端測量模塊，低壓端顯示模塊，高壓端電流測量模塊和低壓端電流顯示模塊兩個模塊通過光纖連接，光纖可以將高壓端測量模塊的測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)降蛪憾孙@示模塊，從而將高壓端測量模塊和低壓端顯示模塊隔離。本實用新型通過光纖傳輸測量數(shù)據(jù)可以讓操作人員遠離高電壓輸出端，清晰讀取測量數(shù)據(jù)。
文檔編號G01R31/02GK201765287SQ20102019044
公開日2011年3月16日 申請日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者吳劍敏, 周錄波, 黃敏 申請人:上海市電力公司超高壓輸變電公司