本發(fā)明屬于電力設(shè)備絕緣診斷領(lǐng)域，更具體地，涉及一種極化-去極化電流測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

自上世紀80年代以來，交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜憑借其優(yōu)良的熱性能，機械性能，電氣性能以及易于安裝，便于維護的優(yōu)點，開始廣泛地應(yīng)用于我國電力系統(tǒng)中。由于電、熱、水分、機械、外界環(huán)境，化學腐蝕等因素的影響，XLPE電纜在長期運行過程中將會逐漸有水樹生成，發(fā)生絕緣劣化，最終威脅電纜的安全可靠運行。所以，對XLPE電纜進行預(yù)試維護，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行意義重大。

極化-去極化電流法是一種基于介質(zhì)響應(yīng)理論的新型電纜診斷方法，通過對電纜施加直流極化電壓后短接，測量電纜極化/去極化電流，由于電纜絕緣老化程度不同，其極化/去極化電流呈現(xiàn)不同特性，基于這些特性對電纜絕緣狀態(tài)進行診斷。

XLPE電纜絕緣阻值高，使得極化-去極化電流為10^-2～10^-12A量級，然而在現(xiàn)有技術(shù)的極化-去極化電流，常?；烊霃娏业墓ゎl干擾，同時，由于與高壓裝置的隔離與絕緣不良，可能使測量的極化-去極化電流的直流偏置高達nA級別。同時，量程切換速度僅為ms，無法捕捉到極化-去極化電流測量的前期信號，不利于極化-去極化電流信息完整采集。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明公開了一種用于極化-去極化電流測量系統(tǒng)，其目的在于通過減少極化-去極化電流中的干擾信號， 從而提高極化-去極化電流的測量精度。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種極化-去極化電流測量系統(tǒng)，包括保護模塊，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，濾波模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊；

所述保護模塊的輸入端作為所述測量系統(tǒng)的輸入端，用于連接交聯(lián)聚乙烯電纜的金屬屏蔽層，在極化-去極化電流測量的充電階段，將前端電位控制在安全電位以內(nèi)，從而防止初始電流對電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的沖擊破壞；

所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的第一輸入端連接所述保護模塊的輸出端，用于將所述交聯(lián)聚乙烯電纜輸出的極化-去極化電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并輸出；

所述濾波模塊的輸入端連接所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，用于濾除所述電壓信號中的工頻干擾，并將無干擾的電壓信號輸出；

所述AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接所述濾波模塊的輸出端，用于將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸出；

所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端連接所述AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，第一輸出端連接所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的第二輸入端，用于將所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為實際的極化-去極化電流值，并根據(jù)所述極化-去極化電流值向所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出切換信號。

優(yōu)選地，所述測量系統(tǒng)還包括隔離供電模塊，其第一輸出端連接電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，第二輸出端連接濾波模塊，第三輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊，第四輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊，用于分別向所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，濾波模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊提供直流電壓。

作為進一步優(yōu)選地，所述隔離供電模塊包括直流電源以及DC-DC隔離裝置，所述直流電源的輸出端連接所述DC-DC隔離裝置的輸入端，所述DC-DC隔離裝置的第一輸出端作為所述隔離供電模塊的第一輸出端，第二輸出端作為所述隔離供電模塊的第二輸出端，第三輸出端作為所述隔離供 電模塊的第三輸出端，第四輸出端作為所述隔離供電模塊的第四輸出端。

優(yōu)選地，所述保護模塊包括繼電器和放電管，所述繼電器的一端連接所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，另一端與所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的低壓端共地，用于在極化-去極化電流測量的充電階段導(dǎo)通，從而防止初始電流對電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的沖擊破壞；所述放電管與所述繼電器并聯(lián)，用于將所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的前端電位控制在安全電位。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理模塊還用于輸出控制信號，所述測量系統(tǒng)還包括通訊模塊，所述通訊模塊的控制端連接所述數(shù)據(jù)處理模塊的控制端，用于將數(shù)據(jù)處理模塊的控制信號發(fā)送給外部高壓裝置，并把外部高壓裝置的狀態(tài)信號反饋給數(shù)據(jù)處理模塊，同時用于將所述數(shù)據(jù)處理模塊輸出的極化-去極化電流信號發(fā)送給外部處理器。

作為進一步優(yōu)選地，所述通訊模塊由無線通信模塊以及串口通信模塊組成，所述無線通信模塊用于將數(shù)據(jù)處理模塊的控制信號發(fā)送給外部高壓裝置，并把外部高壓裝置的狀態(tài)信號反饋給數(shù)據(jù)處理模塊，所述串口通信模塊用于將極化-去極化電流信號發(fā)送給外部處理器。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列的有益效果：

1、通過保護模塊將交聯(lián)聚乙烯電纜與電流電壓轉(zhuǎn)換模塊相連，防止了測量系統(tǒng)在電纜進行充電和放電開始瞬間，過電流對電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的破壞；

2、通過濾波模塊抑制測量系統(tǒng)中的工頻干擾，避免了工頻干擾對極化-去極化電流信號的影響，從而顯著提高了測量系統(tǒng)的信噪比；

3、優(yōu)選通過數(shù)據(jù)處理模塊直接向模擬開關(guān)輸出切換信號，提高了響應(yīng)速度，避免了機械開關(guān)抖動問題；

4、優(yōu)選通過隔離供電模塊將電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，濾波模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊的直流電壓進行隔離，從而避免了數(shù)據(jù)處理模塊對 模擬電路的干擾，提高了測量系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，同時也防止了共電源造成的電磁干擾。

5、優(yōu)選利用無線通信模塊與高壓裝置交換控制信號，避免了與高壓裝置之間的電氣連接，避免了極化-去極化電流信號對高壓裝置的干擾，保證控制信號的可靠準確。

附圖說明

圖1為實施例1的極化-去極化電流測量系統(tǒng)整體示意圖。

圖2為實施例1的隔離供電模塊示意圖；

圖3為實施例1的保護模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實施例1的電流電壓轉(zhuǎn)換模塊工作原理示意圖；

圖5為實施例1的濾波模塊工作示意圖；

圖6為實施例1的AD轉(zhuǎn)換模塊示意圖；

圖7為實施例1的通訊模塊示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供了一種極化-去極化電流測量系統(tǒng)，包括保護模塊，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，濾波模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊等部分；

所述保護模塊由泄露電流小于10fA的繼電器和放電管并聯(lián)組成，繼電器一端與所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，另一端與所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的低壓端共地，用于在極化-去極化電流測量的充電階段，將前端電位控制在安全電位以內(nèi)，從而防止充電階段的初始電流對電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的沖擊破壞；放電管用于將所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的前端電位控制在安 全電位。

電流電壓轉(zhuǎn)換模塊由模擬開關(guān)以及多個阻值不等的反饋電阻組成，所述模擬開關(guān)用于根據(jù)所述極化-去極化電流的大小選取反饋電阻，并將電流信號轉(zhuǎn)換為施加于所述反饋電阻上的電壓信號；所述多個阻值不等的反饋電阻的阻值在100Ω～1GΩ之間，從而將極化-去極化電流信號轉(zhuǎn)換為-2V～2V的電壓信號。

所述濾波模塊的輸入端連接電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，輸出端連接所述AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，用于濾去所述電壓信號中49.2Hz～50.8Hz的工頻干擾，并將無干擾的電壓信號輸入給AD轉(zhuǎn)換模塊。

所述AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端相連，用于將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入給所述數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)處理(包括將電壓值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)量程的極化-去極化電流值，并減去數(shù)據(jù)對應(yīng)量程的漂移)，將所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為實際的極化-去極化電流值，同時，所述數(shù)據(jù)處理模塊還用于根據(jù)所述極化-去極化電流值，向模擬開關(guān)輸出切換信號，使得模擬開關(guān)選擇合適當前極化-去極化電流值的反饋電阻，從而將電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的電壓信號大小控制在-2V～2V。

該極化-去極化電流測量系統(tǒng)優(yōu)選通過直流電源以及DC-DC隔離裝置隔離供電，所述DC-DC隔離裝置的輸入端連接直流電源的輸出端，第一輸出端連接電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，第二輸出端連接濾波模塊，第三輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊，第四輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊，用于將所述直流電源提供的電壓分別向所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，濾波模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)處理模塊提供直流電壓。

由于通常極化-去極化電流的測量還需要高壓裝置和外部處理器，高壓裝置連接交聯(lián)聚乙烯電纜的線芯，用于向交聯(lián)聚乙烯電纜施加電壓，而外部處理器則對極化-去極化電流值進行處理，數(shù)據(jù)處理模塊還可以分別向高 壓裝置發(fā)送控制信號，并接受高壓裝置反饋的狀態(tài)信號，同時將極化-去極化電流值發(fā)送給外部處理器。此時，需要利用通訊模塊對信號進行傳遞，通常使用無線通信模塊在所述向高壓裝置和電流測量模塊之間，傳遞控制信號并反饋高壓裝置的狀態(tài)信號，同時通訊模塊中的串口通信模塊用于從所述測量系統(tǒng)向外部處理器傳遞所測量的極化-去極化電流信號。

實施例1

本實施例的極化-去極化電流測量系統(tǒng)包括保護模塊，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，濾波模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，通訊模塊以及隔離供電模塊，如圖1所示。

本實施例的隔離供電模塊如圖2所示，包括電源以及DC-DC隔離裝置，電源為市電適配器或者蓄電池這樣的獨立直流電源，該直流電源電壓經(jīng)DC-DC隔離裝置輸出為四路，分別給數(shù)據(jù)處理模塊和模擬電路供電，同時由于模擬電路復(fù)雜，需要±5v，±9，±12三路分別給電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，濾波模塊以及AD轉(zhuǎn)換模塊供電，這樣的隔離避免了由于市電供電不穩(wěn)定或電池供電引線引入的電磁干擾，同時將數(shù)字電路與模擬電路在供電電源上進行隔離，避免相互干擾。

如圖3所示，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的前端通過保護模塊的隔離，與交聯(lián)聚乙烯電纜導(dǎo)體金屬屏蔽層相連，另一端接地。保護模塊由繼電器和放電管并聯(lián)組成，從電纜導(dǎo)體金屬屏蔽層輸出的極化-去極化電流依次通過極低泄露電流繼電器(K)與極低泄露電流的放電管(DT)，從而輸入電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，繼電器和放電管的泄露電流均小于10fA，防止器件自身泄露過大而混入極化-去極化電流，使得測量結(jié)果錯誤；在極化-去極化電流測量開始的前50ms，繼電器導(dǎo)通，放電管放電，將電流電壓轉(zhuǎn)換模塊前端電位鉗制在安全電位5V以內(nèi)，從而避免了前50ms內(nèi)數(shù)百mA電纜充電電流對I/V沖擊破壞。

如圖4所示，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊由模擬開關(guān)(其泄露電流小于10fA， 響應(yīng)速度小于1μs，按減量程規(guī)律切換檔位)和8路反饋電阻(R₀～R₇)組成，其中R₀～R₇的阻值依次為100Ω，1kΩ，10kΩ，100kΩ，1MΩ，10MΩ，100MΩ，1GΩ，對應(yīng)測量的極化-去極化電流量程分別為±20mA，±2mA，±200μA，±20μA，±2μA，±200nA，±20nA，±2nA，極化-去極化電流經(jīng)過該多路開關(guān)，由處理器運算后選擇合適量程，控制模擬開關(guān)導(dǎo)通不同的反饋電阻，數(shù)字快速切換電流量程，從而轉(zhuǎn)換為-2V～2V的電壓信號。

該電壓信號通過濾波模塊濾去49.2Hz～50.8Hz的工頻干擾，從而得到無干擾的電壓信號，本實施例的濾波模塊采用如圖5所示的46dB陷波深度帶阻濾波器，能使極化-去極化電流中的工頻干擾信號衰減250倍，從而防止極化-去極化電流信號被工頻干擾信號掩蓋，導(dǎo)致器件飽和輸出嚴重失真的情況。

無干擾的電壓信號經(jīng)過如圖6所示的AD轉(zhuǎn)換模塊，輸入數(shù)據(jù)處理模塊性。為了減少I/V轉(zhuǎn)換后信號的調(diào)理過程，避免負極信號反相，該AD轉(zhuǎn)換模塊采用24位真雙極性模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7732，比普通數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片精度高，達到24位，具有真雙極型，輸入電壓可以為正負電壓；同時為了充分發(fā)揮該數(shù)模轉(zhuǎn)換器性能，采用外部參考電壓芯片AD780，其溫漂僅為3ppm/℃，噪聲僅為100nV/√Hz，用于給AD7732提供穩(wěn)定的2.5V參考電壓。

數(shù)據(jù)處理模塊不斷依次給AD轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送啟動和讀取兩個AD驅(qū)動控制信號，AD轉(zhuǎn)換模塊會根據(jù)該信號進行采樣轉(zhuǎn)換，然后將得到的數(shù)字信號發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊先減去對應(yīng)量程的零漂(在測量前已校訂得到每個量程零漂)，依據(jù)量程增益反算出對應(yīng)極化-去極化電流值，將此極化-去極化電流值按照通信協(xié)議打包，再將打包后的極化-去極化數(shù)字電流信號通過通訊模塊送到外部處理器，同時還根據(jù)極化-去極化電流值發(fā)送切換信號給模擬開關(guān)，從而選擇合適量程將電流信號轉(zhuǎn)換為合適的電壓信號。

本實施例的通訊模塊為如圖7所示的雙路通信，包括無線通信模塊與串口通信模塊，無線通信模塊采用2.4G無線通信技術(shù)，向高壓模塊交換信號，使得本測量系統(tǒng)與外部高壓在控制通信上進行必要的電氣隔離。串口通信模塊采用差分串口RS485通信與中央處理器相連，比非差分串口RS232通信穩(wěn)定，傳輸距離遠，避免了在變電站這種惡劣電磁環(huán)境下的傳輸誤碼。

本實施例的極化-去極化電流測量系統(tǒng)的工作過程如圖1所示，具體如下：

S1.數(shù)據(jù)處理模塊通過通訊模塊向外部高壓裝置發(fā)送極化-去極化命令，高壓裝置向交聯(lián)聚乙烯電纜加壓，使電纜產(chǎn)生極化-去極化電流，同時將高壓裝置的工作狀態(tài)通過通訊模塊反饋給數(shù)據(jù)處理模塊；

S2.從電纜導(dǎo)體金屬屏蔽層輸出的極化-去極化電流通過保護模塊，進入電流電壓轉(zhuǎn)換模塊；電流通過的前50ms，繼電器導(dǎo)通，放電管放電，將I/V轉(zhuǎn)換電路前端電位鉗制在5V以內(nèi)，然后繼電器斷開，放電管充電，從而避免電纜極化-去極化電流產(chǎn)生的過電流或過電壓對電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的沖擊破壞；

S3.電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的多路模擬開關(guān)默認選擇100Ω的R₀電阻，將極化-去極化電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，該電壓信號通過濾波模塊，濾去工頻干擾信號，從而輸入AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

S4.該數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)處理模塊，先減去對應(yīng)量程的零漂(在測量前已校訂得到每個量程零漂)，依據(jù)量程增益反算出對應(yīng)的極化-去極化電流值，一方面通過極化-去極化電流大小，給量程切換模塊反饋切換信號，使量程切換模塊控制電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的多路模擬開關(guān)切換合適的電阻，從而將電流電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出的電壓信號控制在-2V～2V的量程范圍內(nèi)，另一方面把轉(zhuǎn)換得到的極化-去極化電流值信號，輸送給通訊模塊；

S5.通訊模塊一方面通過串口通信接口與電腦進行通信，電腦會將電流 數(shù)據(jù)進行實時繪圖顯示電流曲線，并依據(jù)電流數(shù)據(jù)分析電纜老化狀態(tài)并生成測量報告。通訊模塊另一方面在步驟S1.中通過無線接口與高壓裝置進行通信，對高壓裝置發(fā)送預(yù)工作，極化，去極化等命令，高壓模塊響應(yīng)這些命令進入與工作，極化，去極化等狀態(tài)，并把高壓模塊的工作狀態(tài)反饋給通信模塊，配合該測量系統(tǒng)完成電纜極化-去極化電流測量。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。