CN103760412A - 单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试***，包括探头部分，所述的探头部分包括一个单片机，单片机分别与信号调理电路、复位和电压监控电路、电源转换电路和电光变换电路连接，信号调理电路输入端连接有多个电流测量探头；电光变换电路通过光纤与多路的光纤接收电路连接，所有的光纤接收电路与上位机连接，上位机与显示屏连接。本发明还公开了一种单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试方法。本发明的装置及方法，解决了高低压干扰和隔离问题；满足微功耗的要求；测试时不会对避雷器本身造成任何损坏。

Description

单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试***及方法

技术领域

本发明属于高压设备测试技术领域，涉及一种单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试***，本发明还涉及一种单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试方法。

背景技术

目前避雷器广泛应用于配电网中，氧化锌避雷器又是一种新型避雷器在电力***中使用越来越多，因此对避雷器的预防性试验也越来越重视。试验项目用交流高压测试有很大的困难，因此氧化锌避雷器测试***的使用是很有必要的。氧化锌避雷器测试***是专门用于检测电力***无间隙式氧化锌避雷器阀片13制造工艺及材料的内部缺陷，测量氧化锌避雷器的泄漏电流。但是，传统避雷器测试***在实际使用中存在功耗过大的问题，使得测试***在一次实验中使用时间短暂，会给实验带来诸多不便。

在环保、低碳的大背景下，微功耗也已成为现代电子***的普遍追求。同时为了延长避雷器测试***的工作时间，进一步研究氧化锌避雷器测试***如何做到微功耗，急需研制一种微功耗氧化锌避雷器测试***及方法，用于电力***中氧化锌避雷器使用前的检测，以便探知氧化锌避雷器阀片13制造工艺及材料的优劣，促使其更稳定、更高效的运作。

发明内容

本发明的目的是提供一种单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试***，解决了现有技术中存在的功耗过大、检测不精准的问题。

本发明的另一目的是提供一种单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试方法。

本发明所采用的技术方案是，一种单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试***，包括探头部分，所述的探头部分包括一个单片机，单片机分别与信号调理电路、复位和电压监控电路、电源转换电路和电光变换电路连接，信号调理电路输入端连接有多个电流测量探头；电光变换电路通过光纤与多路的光纤接收电路连接，所有的光纤接收电路与上位机连接，上位机与显示屏连接。

本发明所采用的另一技术方案是，一种单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试方法，按照以下步骤实施：将各个电流测量探头依次连接在相邻的氧化锌避雷器阀片之间，将检测电压直接加在所连接区段氧化锌避雷器阀片的最两端，将其通过探头部分转化为脉冲信号，通过光纤与上位机部分通信就能测量到阀片的泄漏电流，以此判断氧化锌避雷器阀片的质量状况，在显示屏中显示出来。

本发明的有益效果是，不仅能够精确的测量泄漏电流，而且采用锂电池单独供电，通过光纤进行高低压之间的通信，有效的解决了高低压干扰和隔离问题；同时采用单片机的微功耗设计技术使氧化锌避雷器测试***满足微功耗的要求；该避雷器测试***拥有很高的电阻特性以限制其中的电流，带有高压整流器的功效把交流电转变为直流电，使用避雷器测试***进行测试不会对避雷器本身造成任何损坏。

附图说明

图1是本发明测试***的结构示意图；

图2是本发明测试***进行测试时的安装结构示意图；

图3是本发明测试***中的电源转换电路示意图；

图4是本发明测试***中的电压监控与复位电路示意图；

图5是本发明测试***中的信号调理电路示意图；

图6是本发明测试***中的单片机1和电光变换电路示意图；

图7是本发明测试***中的单片机1的工作流程图。

图中，1.单片机，2.信号调理电路，3.电流测量探头，4.复位和电压监控电路，5.电源转换电路，6.电光变换电路，7.光纤接收电路，8.上位机，9.显示屏，10.探头部分，11.上位机部分，12.40路光纤通道，13.避雷器阀片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试***，包括探头部分10(电位采集端)和上位机部分11，两部分之间通过光纤连接，按照自定义通信协议进行通信。

探头部分10包括一个单片机1，单片机1分别与信号调理电路2、复位和电压监控电路4、电源转换电路5和电光变换电路6连接，信号调理电路2输入端连接有多个电流测量探头3，用于接收所有电流测量探头3的检测电流信号；电光变换电路6通过光纤与上位机部分11连接，上位机部分11包括多路的光纤接收电路7，多路的光纤接收电路7通过光纤与电光变换电路6连接，所有的光纤接收电路7与上位机8连接，上位机8与显示屏9（或其他输出显示设备）连接。

电源转换电路5采用锂电池单独供电。单片机1采用了低功耗单片机MSP430F149型号，在低功耗状态下由锂电池供电，电压和频率都很低，工作电流小于1.3μA，达到了微功耗的要求。同时，MSP430F149型单片机也会使***设计人员能够在保持独一无二的低功率的同时同步连接至模拟信号、传感器和数字组件。与此同时，探头部分和上位机部分之间的通讯采用光纤传输，实现了高、低压干扰和隔离的功能。

如图2所示，本发明方法的实施，依赖于上述的测试***，按照以下方式实施：将各个电流测量探头3依次连接在相邻的氧化锌避雷器阀片13之间，将检测电压直接加在所连接区段氧化锌避雷器阀片13的两端，将其通过探头部分转化为脉冲信号，通过光纤与上位机部分通信就能测量到阀片的泄漏电流，判断氧化锌避雷器阀片13的质量状况，在显示屏中显示出来。通过定期或不定期的检测氧化锌避雷器阀片13老化情况，及时检修或替换老化的氧化锌避雷器阀片13，避免由于氧化锌避雷器阀片13老化而带来的更大故障。上位机部分11可一次性通过40路光纤通道12进行40个位置参数的测量。

图3是本测试***中的电源转换电路5的示意图，电源转换电路5采用锂电池前端单独供电，容量为150mAh/3.6V；锂电池并联有电容C1后接入电源转换芯片（型号是TPS76433）的IN端口和GND端口，电源转换芯片的IN端口与EN端口短接，电源转换芯片的BYPASS端口不用，悬空即可，锂电池通过电源转换芯片将3.6V电压转换为+3.3V从OUT端口输出。由于所用MSP430F149型单片机需要的供电电压是3.3V，故在此电源模块中使用TPS76433电源稳压芯片，将锂电池电压转化为合适的单片机所需要电压。

图4是本测试***中的复位和电压监控电路4的示意图，复位和电压监控电路4包括处理器监视电路芯片（型号是TPS3823），通过电源转换芯片TPS76433转换出来的+3.3V电压一路接入处理器监视电路芯片的VDD端口，+3.3V电压另一路串联电阻R4后接入处理器监视电路芯片的WDI端口，处理器监视电路芯片的

端口与单片机模块的RST复位端口连接以便实现复位功能，处理器监视电路芯片的GND端口接地，该电路为探头部分提供电路初始化和定时电源电压监控，保证单片机得到稳定的供电电压。

图5是本测试***中探头部分的信号调理电路2的示意图，其结构是，包括与电流信号并联的电阻R5，电阻R5一端接GND，电阻R5并联有二极管D2，二极管D2并联有串接的电阻R2和电容C2，电阻R2和电容C2之间的接点通过二极管D1与+3.3V电压连接，同时该接点与单片机中的P6.5端口连接。

信号调理电路2作用是将电流信号经过调理后转化为电压信号，该电路先采集到0～10mA的电流信号，然后经过电阻R5、二极管D2、电阻R2、二极管D1、电容C2将电流信号转化为不超过+3.3V的电压信号，R5进行保护接地，D2将信号整定为单向流通，电阻R2、电容C2、二极管D1使输出口电压信号调理在+3.3V以内，输送进单片机中的P6.5端口进行信号处理。

图6是本测试***中探头部分的单片机1和电光变换电路6的结构，单片机1型号选用MSP430F149，由于该单片机具有超低功耗、强大的处理能力、高性能模拟技术及丰富的片上***模块、***工作稳定和方便高效的开发环境等特点，使得整个氧化锌避雷器泄露电流测试***满足微功耗的要求。单片机的DV_CC端口一路接+3.3V，同时DV_CC端口另一路经并联的电容C5和电容C6接GND，同时单片机的AV_CC端口接3.3V电压为单片机提供供电电压，单片机的DV_SS和AV_SS同时接GND，单片机的晶振输入端口XT2IN和晶振输出端口XT2OUT同时与8M晶振两端连接，8M晶振两端分别通过电容C3及电容C4接GND为单片机提供时钟信号；单片机的P5.0端口接复位和电压监控电路4的WDI端口，实现电压的稳定监控；单片机的P5.2端口与电光转换电路6连接。

电光转换电路6的结构是，包括与单片机的P5.2端口连接的电阻R3，电阻R3与三极管信号输入极连接，三极管负极接地，三极管的信号发射极与光纤发射器连接，光纤发射器另外通过电阻R1与+3.3V电压连接。

经过单片机MSP430F149处理后的电信号从P5.2端口提供给电光变换电路6，通过三极管及光纤发射器将电信号转换为光信号，通过光纤传输给上位机部分进行显示。

如图7所示是本发明测试***探头部分中单片机1的工作流程图，首先对单片机MSP430F149进行***初始化，在变量初始化中定义部分P口为***模块，并且规定P5.2口为输出口。然后对ADC12和定时器进行初始化，程序中使与信号调理电路2相连接的P6.5端口为***模块，清除ADC12中的寄存器。接着在程序中开中断，但在改变设置前先停止A/D转换，然后再启动ADC12进行采样，采样的形式为单通道单次采样，允许中断。开始中断程序时，利用寄存器做延时处理，保证在采样和保持的过程有足够的时间，以确定转换的精度。在实际过程中，对一个正弦波周期采样100个点位，为此在初始化中，将所需设置的点位数100赋给自定义寄存器。然后通过采样得到第一个周波的最大值，再以相同的方法采样63个周期内的最大值，最后求出64个最大值的平均值，进行阈值和平均值的判断比较，延时一段时间输出结果，从P5.2端口输出的数据经过光纤发射器发射出来，上位机部分进行接收并显示，即成。

上位机部分采用C语言编程，预存有主程序，包括计算频率子程序、查表子程序和显示子程序，得到相应的电压、频率变换关系，查表后经过计算得到电压所对应的电流。

本发明方法在程序中，分批、分时段对同样的数据点进行检测，通过多组数据之间的对比关系确定基本数据范围，不再一味追求数据暂时的精确，而是观察数据符合不符合区间范围，来达到测量精度的要求。

本发明方法在实际操作中，将测试***与避雷器阀片13依次串联，接在运行的相线路对地之间，避雷器测试***通过活动套管连接联通线和避雷器，同架空的避雷器一样，测量和显示泄漏电流，为了方便较精确地测量避雷器电位分布，采用基于单片机MSP430F149的峰值电流探头光纤测试方法。

本发明单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试***，用于测量氧化锌避雷器泄漏电流的光电传输及测量，无源探头部分将流过氧化锌避雷器的电流信号转换为光信号，经光纤送入光电转换电路，还原为电信号，电信号经过放大后送入峰值检测回路和数字表头，达到测量氧化锌避雷器电流峰值的目的，根据测量的电流值与阀片特性求得阀片两端电压与电位的分布，以便确定氧化锌避雷器是否正常。

Claims (4)

1.一种单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试***，其特点在于：包括探头部分，所述的探头部分包括一个单片机（1），单片机（1）分别与信号调理电路（2）、复位和电压监控电路（4）、电源转换电路（5）和电光变换电路（6）连接，信号调理电路（2）输入端连接有多个电流测量探头（3）；

所述的电光变换电路（6）通过光纤与多路的光纤接收电路（7）连接，所有的光纤接收电路（7）与上位机（8）连接，上位机（8）与显示屏（9）连接。

2.根据权利要求1所述的单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试***，其特点在于：所述的电源转换电路（5）采用锂电池单独供电。

3.根据权利要求1所述的单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试***，其特点在于：所述的复位和电压监控电路（4）采用TPS3823处理器监视电路芯片。

4.一种单片机微功耗氧化锌避雷器泄漏电流测试方法，利用权利要求1、2或3所述的测试***，其特点在于，按照以下步骤实施：将各个电流测量探头（3）依次连接在相邻的氧化锌避雷器阀片（13）之间，将检测电压直接加在所连接区段氧化锌避雷器阀片（13）的最两端，将其通过探头部分转化为脉冲信号，通过光纤与上位机部分通信就能测量到阀片的泄漏电流，以此判断氧化锌避雷器阀片（13）的质量状况，在显示屏中显示出来。

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