專(zhuān)利名稱(chēng)：電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線式電力輸變線路在線檢測(cè)裝置，用以檢測(cè)線路中的電流、電壓、溫升及周波偏差等參數(shù)，以及監(jiān)測(cè)電力線路的運(yùn)行狀態(tài)。
背景技術(shù)：
隨著電力建設(shè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)輸電線路和電力設(shè)備相關(guān)參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)也成為一項(xiàng)必須解決的重要課題。特別是智能型的多功能在線監(jiān)測(cè)裝置更是智能電網(wǎng)和安全供電環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行、檢修管理、提高生產(chǎn)運(yùn)行管理水平的重要技術(shù)手段。目前，在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了多種具有單一功能的在線監(jiān)測(cè)裝置。其中典型的技術(shù)方案有(一)中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)朇N200510047898. 9)中，提出了一種無(wú)線式溫度檢測(cè)裝置，但該裝置只能單一地檢測(cè)輸電線路和電力設(shè)備的局部溫升參數(shù)，而不能檢測(cè)其它的相關(guān)電氣參數(shù)；(二)中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)朇N200610123199. 2)中，提出了一種無(wú)線式帶電顯示閉鎖裝置，但該裝置只能檢測(cè)輸電線路和電力設(shè)備是否處于帶電狀態(tài)，而不能檢測(cè)其它的相關(guān)電氣參數(shù)。綜上所述，現(xiàn)有的技術(shù)方案中缺乏一種綜合性的、多功能的、智能型的在線監(jiān)測(cè)裝置，因此，不能滿(mǎn)足實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種綜合性的、多功能的、智能型的、無(wú)線式的電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，能夠?qū)﹄娏€路和電力設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。該檢測(cè)裝置可以利用同一空間點(diǎn)的電磁場(chǎng)以及裝置中的敏感元器件，使該裝置既能檢測(cè)記錄常規(guī)的停送電次數(shù)、停送電時(shí)間、電流值、電壓值及相關(guān)的電量參數(shù)，又能同時(shí)監(jiān)測(cè)供電線路和電力設(shè)備的常見(jiàn)故障，如大電流超限、相間短路、局部溫升超限、強(qiáng)電侵入、浪涌、落雷等故障事件的發(fā)生。是一種結(jié)構(gòu)小巧，安裝使用方便的無(wú)線式數(shù)字在線監(jiān)測(cè)傳感器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，由殼體及裝在殼體內(nèi)的單片機(jī)電路、電源及控制電路、無(wú)線通訊電路、電壓檢測(cè)電路及裝在殼體外的天線構(gòu)成，其特征在于該監(jiān)測(cè)傳 感器中還含有電流檢測(cè)電路、線路狀態(tài)檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、及時(shí)鐘電路，所述的電流檢測(cè)電路、線路狀態(tài)檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路及時(shí)鐘電路分別通過(guò)數(shù)據(jù)線路與單片機(jī)電路相連接。進(jìn)一步地，所述的電流檢測(cè)電路是由TMR磁場(chǎng)傳感器感應(yīng)檢測(cè)線路電流的。進(jìn)一步地，所述線路狀態(tài)檢測(cè)電路是由線圈、整流器件及阻容元件構(gòu)成的。進(jìn)一步地，所述的溫度檢測(cè)電路是由數(shù)字集成溫度元件及其阻容元件構(gòu)成的。進(jìn)一步地，所述的時(shí)鐘電路是由數(shù)字式時(shí)鐘元件及其阻容元件構(gòu)成的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，利用電場(chǎng)效應(yīng)等元件設(shè)計(jì)的檢測(cè)電路，只利用很小的一個(gè)空間點(diǎn)的電磁場(chǎng)，就能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)線路的停送電狀況，不但可以檢測(cè)電力設(shè)備是否帶電，還能檢測(cè)出高壓帶電設(shè)備的電壓等級(jí)、電流負(fù)載大小，設(shè)備溫升等相關(guān)參數(shù)，并能檢測(cè)出電力線路的短路故障、接地故障、過(guò)電流、過(guò)電壓等故障信號(hào)；本發(fā)明采用AVR單片機(jī)進(jìn)行核心處理數(shù)據(jù)，并配以模糊數(shù)學(xué)算法，具有處理信號(hào)速度快，采集信號(hào)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)；該檢測(cè)裝置體積小巧，使其可以安裝在電力設(shè)備上，而不影響被檢設(shè)備的使用功能；該檢測(cè)裝置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件少，因而降低了裝置的制造成本。


圖I是電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2是電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器的電路原理圖。圖3是電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器的短路故障判定示意圖。圖4是電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器的接地故障判定示意圖。圖5是電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器的過(guò)電流、過(guò)電壓故障判定示意圖。圖6是電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器安裝在高壓母線上的工作示意圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器的結(jié)構(gòu)，由殼體2及裝在殼體2內(nèi)的線路狀態(tài)檢測(cè)電路3、單片機(jī)電路4、電源及控制電路5、電源線路6、數(shù)據(jù)線路7、時(shí)鐘電路8、溫度檢測(cè)電路9、電流檢測(cè)電路10、電壓檢測(cè)電路11及無(wú)線通訊模塊電路12、裝在殼體2外的天線I構(gòu)成，其具體的結(jié)構(gòu)是該檢測(cè)裝置有一個(gè)殼體2，在殼體2的內(nèi)部有一塊PCB電路板13。在PCB電路板13上，焊接引出電場(chǎng)感應(yīng)的元件E，即一塊銅箔感應(yīng)電極，還制有線路狀態(tài)檢測(cè)電路3、單片機(jī)電路4、電源及控制電路5、電源線路6、數(shù)據(jù)線路7、時(shí)鐘電路8、溫度檢測(cè)電路9、電流檢測(cè)電路10、電壓檢測(cè)電路11及無(wú)線通訊模塊電路12及互相之間通訊或電源所用的電路連線。在PCB電路板13上安裝焊接有線路狀態(tài)檢測(cè)電路3、單片機(jī)電路4、電源及控制電路5、電源線路6、數(shù)據(jù)線路7、時(shí)鐘電路8、溫度檢測(cè)電路9、電流檢測(cè)電路10、電壓檢測(cè)電路11及無(wú)線通訊模塊電路12的所有元件。而天線I與無(wú)線通訊模塊電路12在進(jìn)行電氣連接以后，裝在了殼體2的外邊。其中，線路狀態(tài)檢測(cè)電路3是由線圈和阻容元件構(gòu)成的,單片機(jī)電路4、時(shí)鐘電路8、溫度檢測(cè)電路9、電流檢測(cè)電路10、電壓檢測(cè)電路11及無(wú)線通訊模塊電路12是由數(shù)字集成電路器件及其阻容元件構(gòu)成的，電源及控制電路15是由光電器件及其阻容元件構(gòu)成的。本發(fā)明的電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器電氣原理圖如圖2所示。在圖2中，線路狀態(tài)檢測(cè)電路3由電感元件LI，電阻元件Rl R6，二極管Dl D3，晶體三極管Ql構(gòu)成；單片機(jī)電路4由單片機(jī)U3(ATMEGA48V)，電阻元件R25，電容元件C15 C17，晶振元件XTAL2及發(fā)光二極管LED構(gòu)成；電源及控制電路5由U6，U7，U8，電池組BT2，電阻元件R13及R24，電容元件C9 C14，二極管D4構(gòu)成，其中U6為光電器件AQY212EH，U7，U8為MC54HC4066 ;時(shí)鐘電路8由U1，電阻元件R7 R9，晶振元件XTALl，電池組BTl構(gòu)成，其中Ul為DS1302 ;溫度檢測(cè)電路9由U5及電阻元件R14構(gòu)成，其中U5為DS18B20 ;電流檢測(cè)電路10由U4，運(yùn)算放大器0P1，電阻元件R23，電容元件C6 C8構(gòu)成，其中，U4為磁場(chǎng)感應(yīng)器件MMLP57H ；電壓檢測(cè)電路11由場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2，晶體管Q3，電阻元件R21 R22,電位器POTl構(gòu)成；無(wú)線通訊電路12由U9，電阻元件R16 R22，電感元件L2 L6，電容元件C18 C30，晶振元件XTAL3構(gòu)成，其中，U9為通訊器件CCl 100。本發(fā)明的電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器的工作過(guò)程是這樣的I).本發(fā)明的檢測(cè)電力設(shè)備停送電及記錄停送電時(shí)刻的電路，見(jiàn)電壓檢測(cè)電路11。調(diào)整電位器POTl，使晶體管Q3的Vbe〈0. 5V，在外部電場(chǎng)的作用下，場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2的3腳電壓升高，使得晶體管Q3導(dǎo)通，即單片機(jī)U3的引腳中斷PC2電平由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)檢測(cè)標(biāo)定此時(shí)的電力設(shè)備帶電，同理當(dāng)中斷管腳的電平由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，單片機(jī)檢測(cè)標(biāo)定此時(shí)的電力設(shè)備不帶電；本發(fā)明的電路中裝有時(shí)鐘芯片，單片機(jī)可以記錄停送電的時(shí)刻。2).本發(fā)明的檢測(cè)線路電流的電路，見(jiàn)電流檢測(cè)電路10。首先，外部電場(chǎng)作用在磁場(chǎng)感應(yīng)器件U4上，使其切割磁力線，其產(chǎn)生I/V特性的MV信號(hào)，該信號(hào)呈線性變化，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器OPl放大后，再經(jīng)過(guò)電源管理模塊，輸入到單片機(jī)U3的A/D6腳上，單片機(jī)U3計(jì)算 出Uadc6，再通過(guò)查表法，計(jì)算出電流大??；再結(jié)合線路狀態(tài)檢測(cè)電路3，其外部電場(chǎng)作用在電感元件LI上，經(jīng)二極管Dl整流后，分壓至單片機(jī)U3的A/D7腳上，計(jì)算出感應(yīng)電壓大小，再通過(guò)I=U/R，推算出電流大??；上述二者電流經(jīng)單片機(jī)計(jì)算后，得出最趨近實(shí)際線路的電流。3).本發(fā)明的檢測(cè)線路電壓的方法，見(jiàn)電壓檢測(cè)電路11。外部電場(chǎng)作用在感應(yīng)電極E上,場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2輸入E的電場(chǎng)信號(hào),在一定電壓范圍內(nèi)，場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2上的3腳的電壓為0-3V變化，其輸入至單片機(jī)U3的A/D2腳上，計(jì)算出電壓大小。4).本發(fā)明檢測(cè)電力線路故障的電路，見(jiàn)線路狀態(tài)檢測(cè)電路3。外部電場(chǎng)作用在電感元件LI上,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)經(jīng)電阻元件Rl, 二極管Dl整流后作用在電容元件C4上。在線路中電流平穩(wěn)時(shí)，晶體管Ql處于截止?fàn)顟B(tài)，單片機(jī)U3的外中斷腳INTO為高電平；一旦線路中有電流突變時(shí)，晶體管Ql迅速導(dǎo)通，單片機(jī)外中斷腳INTO變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C(jī)響應(yīng)中斷，同時(shí)利用A/D轉(zhuǎn)換，讀取經(jīng)電阻元件R2，R4，R5分壓的線路電壓，計(jì)算電流突變A I，并且利用時(shí)鐘芯片和內(nèi)置時(shí)鐘軟件計(jì)算突變時(shí)間A t和A T，判斷讀取線路的帶電狀態(tài)，從而利用單片機(jī)內(nèi)置的數(shù)學(xué)計(jì)算模型判斷出線路是否發(fā)生過(guò)電壓、過(guò)電流、接地、短路故障，并且可以記錄故障發(fā)生的時(shí)刻。4. I).本發(fā)明的電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，判斷電力線路中發(fā)生短路故障的電流電壓曲線，如圖3所示。線路有電流時(shí)間tl>Kt，正向電流突變率A I/A t>Kc,電路中電流變?yōu)榱愕臅r(shí)間為Ka〈 A T〈Kb，則線路發(fā)生短路故障，其中Kt、Kc、Ka、Kb為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。4. 2).本發(fā)明的電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，判斷電力線路中發(fā)生接地故障的電流電壓曲線，如圖4所示。當(dāng)線路中有電壓，且電流tl>Kh，正向電流突變率Al/At>Kj，電路中電壓下降A(chǔ) U/U>Km,電路中在一段時(shí)間內(nèi)電流電壓不為零Kn〈 A T，則線路發(fā)生接地故障，其中Kh、Kj、Km、Kn為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。4. 3).本發(fā)明的電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，判斷電力線路中發(fā)生過(guò)電流和過(guò)電壓的電流電壓曲線，如圖5所示。在線路中利用檢測(cè)電流和電壓的方法，當(dāng)電流正向變化值A(chǔ) I>Ki，當(dāng)電壓正向變化值A(chǔ)U>Ku，且變化時(shí)間A t>Ks，可以判定線路發(fā)生過(guò)電流或過(guò)電壓現(xiàn)象，其中Ki、Ku、Ks為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。4.4).本發(fā)明的電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，判斷電力線路中強(qiáng)電侵入、浪涌和落雷的方法，是利用檢測(cè)線路中發(fā)生突變電流和突變電壓的方法。當(dāng)電流正向變化值A(chǔ) I>Kp，瞬間電壓正向變化值A(chǔ) U>Kw，且變化時(shí)間A t〈Kz，結(jié)合單片機(jī)內(nèi)置經(jīng)典數(shù)學(xué)模式，可以判定線路發(fā)生強(qiáng)電侵入，浪涌和落雷現(xiàn)象，其中Kp、Kw、Kz為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。5).本發(fā)明的電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，判斷線路中溫度變化值，是利用U5進(jìn)行的。U5是數(shù)字式溫度傳感器件，結(jié)合單片機(jī)U3計(jì)算出的電流，利用單片機(jī)內(nèi)置數(shù)學(xué)模型，繪制時(shí)間、電流、溫升變化曲線。6).本發(fā)明的電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器的安裝方式如 圖6所示。在圖6中，I為本發(fā)明產(chǎn)品封裝后的傳感器，2為高壓母排或?qū)Ь€，3為無(wú)線接收裝置。4為接收裝置的現(xiàn)場(chǎng)總線。傳感器I工作時(shí)，定時(shí)發(fā)出高壓母排或?qū)Ь€2是否帶電及其相關(guān)的電壓、電流等參數(shù)的無(wú)線信號(hào)，接收裝置收到無(wú)線傳輸?shù)膸щ姞顟B(tài)信號(hào)及其它參數(shù)信號(hào)后，利用聲光顯示等手段提醒操作人員，告知被檢設(shè)備的目前運(yùn)行狀況和運(yùn)行參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，由殼體及裝在殼體內(nèi)的單片機(jī)電路、電源及控制電路、無(wú)線通訊電路、電壓檢測(cè)電路及裝在殼體外的天線構(gòu)成，其特征在于該監(jiān)測(cè)傳感器中還含有電流檢測(cè)電路、線路狀態(tài)檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、及時(shí)鐘電路，所述的電流檢測(cè)電路、線路狀態(tài)檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路及時(shí)鐘電路分別通過(guò)數(shù)據(jù)線路與單片機(jī)電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于所述的電流檢測(cè)電路是由磁場(chǎng)感應(yīng)器件U4，運(yùn)算放大器OPl，電阻元件R23，電容元件C6 C8構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于所述線路狀態(tài)檢測(cè)電路是由電感元件LI，電阻元件Rl R6，二極管Dl D3，晶體三極管Ql構(gòu)成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于所述的溫度檢測(cè)電路是由數(shù)字集成溫度元件U5及電阻元件R14構(gòu)成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于所述的時(shí)鐘電路是由數(shù)字式時(shí)鐘元件U1，電阻元件R7 R9，晶振元件XTAL1，電池組BTl構(gòu)成的。
全文摘要
一種高壓電力設(shè)備無(wú)線數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器，由殼體及裝在殼體內(nèi)的單片機(jī)電路、電源及控制電路、無(wú)線通訊電路、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、時(shí)鐘電路、線路狀態(tài)測(cè)電路及裝在殼體外的天線構(gòu)成，該裝置利用同一空間的電磁場(chǎng)和感應(yīng)元器件以及模糊控制的方法，使其既能檢測(cè)記錄常規(guī)的停送電次數(shù)、停送電時(shí)間、電流值、電壓值及相關(guān)的電量參數(shù)，又能同時(shí)檢測(cè)供電線路和電力設(shè)備的常見(jiàn)故障，如大電流超限、相間短路、局部溫升超限、強(qiáng)電侵入、浪涌、落雷等故障事件的一種無(wú)線式數(shù)字監(jiān)測(cè)傳感器。
文檔編號(hào)G01D21/02GK102735289SQ20121023165
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者張世宣, 張景山 申請(qǐng)人:鞍山銀宇電子科技有限公司