CN104090174A - 线路参数绝缘、核相一体化测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线路参数绝缘、核相一体化测试方法及装置，包括高压直流电源模块[1]、DC-DC模块[2]、信号采集电路[3]、控制处理***[4]，选相控制电路[5]；其选相控制电路[5]可以实现在线路绝缘核相中一次将线路的三相接至仪器的A、B、C端子上，在整个绝缘核相过程中只需操作线路对侧是否接地既可完成线路核相。其特征在于可利用单片机控制高压直流电源[11]驱动电压输出多档位测试电压；通过选相控制电路[42]控制要测试相与高压电源的导通；通过在高压直流测试回路中串联由单片机控制的多采样电阻值I/V转换电路[31]从而实现测量中智能化多量程切换；LCD显示电路[43]和由微型打印机构成的打印模块[44]可将测试数据通过液晶显示、打印输出。

Description

线路参数绝缘、核相一体化测试方法及装置

技术领域

本发明涉及线路核相仪表领域，特指一种线路参数绝缘、核相一体化测试方法及装置。 

技术背景

新发电站并网，新变电站投产前，输变电工程扩建、改造或主设备大修后，竣工投运现场经常要做核相试验，即所谓的定相，包括核对相序和核对相位。核对相序，主要是为了发电机、电动机的正常工作。在电力生产实践中，发电机并网前必须做核对相序和相位的试验，相序和相位不对，发电机是无法并网的，强行并网会造成设备损坏，此类事故的性质是相当严重的。在电网的改造中，也经常注意保持电网原有的相序，以免给用户带来麻烦。 

目前国内高压线路核相均采用有线方式，核相时需要4人进行，一人担任指挥，两人穿绝缘靴、戴绝缘手套担任核相员，一人仪表记录。核相工作根据指挥人员的命令进行，高压操作员将高压引线固定在绝缘棒上，长短适宜，用绝缘棒引高压线接触高压电源点时，动作协调，两人相互照应，以免出现差错，这种操作具有一定危险且操作步骤较多，容易造成误操作。本发明研究了一种线路参数绝缘、核相一体化测试方法及装置以完善和解决现有仅采用摇表核相存在的缺陷和不足。开发一种在线路绝缘核相中一次将线路的三相接至仪器的A、B、C端子上，在整个绝缘核相过程中只需操作线路对侧是否接地既可完成线路核相。 

发明内容

本发明针对上述现有技术的缺点及不足，发明一种体积小、电池容量大、携带方便、具有很强的数据处理能力，能方便地对各类电气设备的绝缘性能进行测试的智能化多功能高压数字绝缘电阻测试仪。 

本发明采用的技术方案为：当测试人员按下开机按钮时，蓄电池与DC-DC模块的供电回路导通，由DC-DC模块对整个装置进行供电，装置开始工作，首先由测试人员通过按键选择需要进行测试的测试电压、测试项目等指令后，单片机根据测试人员的指令通过控制多路开关电路控制高压直流电源的驱动电压从而控制高压直流电源输出电压，选相控制电路控制要测量相导通，使其与线路、保护电阻、I/V电路形成测试回路；然后利用由高压直流电源所提供测试电压，通过信号采集电路将测试回路电流信号转换成该电压信号并进行数据处理后传入单片机；单片机根据接收到的信号快速地对其分析、计算，然后将数据结果传送至LCD显示屏显示并通过控制选相电路判断高压电源与相线间的导通，并依次提示测试人员是否将试验数据等信息打印输出、是否存储本次测试数据；然后提示测量是否完成，测试未完成则继续测量未测试相，测试完成后测试人员选择后完成本次测试。 

作为本发明的进一步改进： 

所述DC-DC模块由2块DC-DC转换芯片组成。由于智能多功能高压兆欧表的整个电子***种各电子元器件的供电电压分别为+5V，-5V和+12V，因此要把蓄电池输出的12V电压变换为***所需要的电压，在变换中我们选用2块DC-DC芯片实现电压的转换，在变换后只要加上电源滤波电路，就可以实现各电子元器件对不同供电电压的需求。

所述高压直流电源模块中，鉴于智能多功能高压兆欧表的电池容量不能太小，在此我们选用12V的蓄电池作为高压电源的供电电源，这样就可以保证***对电池容量的要求。高压电源模块可通过输入12V直流电压，对其进行逆变、倍压、整流转换后可输出0~5000V的直流电压。 

所述多路开关电路由多路开关选择器、继电器、4个分压电阻组成；所述继电器通过接受单片机发出的开断或闭合信号，控制多路开关电路的关断、导通；所述多路开关选择器可通过接受单片机的选路信号，选则导通对应的电压信号回路传入高压直流电源模块作为驱动电压，实现通过单片机控制高压直流电源输入的驱动电压从而控制高压直流电源输出电压的功能。 

所述信号采集电路的由I/V转换电路、放大电路、滤波电路和A/D电路的构成。I/V转换电路由一个标准采样电阻以及继电器组成，可由单片机控制继电器导通相应的采样回路；兆欧表的采样电阻一般不大，流经采样电阻的电流大多数μA级的，所以经采样电阻后得到的是很微弱的信号，同时现场也存在很大的干扰，对放大器的选择就要选用抗干扰能力较强的差分放大器，由于放大电路存在零点漂.移和温度漂移，放大的级数越多，这两种漂移对信号的影响就越大，在这里我们选用一级放大倍数可调的放大电路，跟据测量范围不同选用不同的放大倍数。因为经过放大后所得到的信号还以比较弱的，同时考虑单片机的引脚多少和***对A/D速度的要求，在后面的A/D选择中就选用了低速串行16位的A/D转换器。同时为了减少干扰，在放大和A/D之间加入的低通滤波电路，并可以通过单片机控制调整A/D转换器的放大倍数，从而达到扩大量程的目的。 

所述选相控制电路[5]可以实现在线路绝缘核相中一次将线路的三相接至仪器的A、B、C端子上，在整个绝缘核相过程中只需操作线路对侧是否接地既可完成线路核相。 

本发明具有下述优点： 

本发明可以有效地克服以往大多电子式兆欧表在线路绝缘核相中存在的不足和缺点；在测量时通过一次接线既可完成三相的核相操作。本发明装置具有测量原理简单、适用范围广、操作较安全、简便易用、测量时间短、测量结果准确，更适合于现场工作，且抗干扰能力强，实现了智能化测量等特点，具有较高的推广应用价值。

附图说明

图1为本装置装置的硬件电路原理示意图； 

图2为本装置装置的软件流程示意图；

图3为本装置实施例中高压直流电源的电路原理示意图；

图4 为本装置实施例中DC-DC模块的电路原理示意图；

图5为本装置实施例中I/V转换、差分放大电路原理示意图；

图6为本装置实施例中A/D转换电路原理示意图；

图7为本装置选相控制电路原理图；

图8为本发明实施例中控制处理***的电路原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的智能多功能高压数字绝缘电阻测试仪主要由高压直流电源模块[1]、DC-DC模块[2]、信号采集电路[3]、控制处理***[4]组成。DC-DC模块由DC-DC芯片[21]、DC-DC芯片[22]、蓄电池[20]构成，由两块DC-DC芯片[21]、[22]将蓄电池[20]的电压转换至电子***的工作电压以供电子元器件工作；高压直流电源模块[1]包括高压直流电源[11]与保护电阻[12]，由保护电阻[12]可以有效保证高压直流电源稳定输出电压，减少电压衰减并为高压直流电源[11]提供保护；信号采集电路[3]包括I/V转换电路[31]、差分放大电路[32]、A/D转换电路[33]，该电路可将采集测试数据并进行处理后传输至单片机[40]以供其分析计算；控制处理***[4]由单片机模块[40]、键盘模块 [41]、选相控制电路[42]、LCD显示电路[43]、打印模块[44]组成，由单片机模块[40]对整个装置进行控制和数据分析计算，并可由键盘模块[41]接受测试人员指令进行相应测试，还可通过LCD显示电路[43]、打印模块[44]将测试结果传送给测试人员。 

图2为本发明装置的软件流程示意图。本装置开机后，***进行初始化设置，然后等待测试人员对选择测试相；然后由单片机控制高压直流电源进行工作，通过信号采集电路对信号进行采集和前期处理并将数据传送至单片机中，由单片机对数据进行分析计算后关闭高压直流电源以保证测试安全，然后由单片机控制将测试结果通过LCD显示，依次提示是否打印和是否存储数据，最后提示是否三相测试是否完成，若“否”则重复上述测试步骤，若“是”则结束测试。 

图3为高压直流电源[11]电路图， 13为继电器，14为多路开关选择器。当单片机的P0.0向继电器[13]发送高电平信号后继电器[13]闭合（单片机P0.0向继电器[13]发送低电平信号后可使其开断），使L0导通L1；然后P1.0与P1.1向多路开关选择器[14]发送选路导通信号，当P1.0=0，P1.1=0时，L1与L2导通，Vin与G两端电压为12V，此时高压直流电源输出电压为5000V；当P1.0=0，P1.1=1时，L1与L3导通，Vin与G两端电压为6V，此时高压直流电源输出电压为2500V；当P1.0=1，P1.1=0时，L1与L4导通，Vin与G两端电压为2.4V，此时高压直流电源输出电压为1000V；当P1.0=1，P1.1=1时，L1与L5导通，Vin与G两端电压为1.2V，此时高压直流电源输出电压为500V；通过该模块可由单片机P0.0、P1.0、P1.1对高压直流电源进行开、关、输出电压的控制。 

图4为DC-DC模块[2]，21、22为DC-DC芯片。当S1闭合时，12V蓄电池开始给DC-DC芯片[21]、[22]供电，当DC-DC芯片[21]的Vin和GND之间接入12V的电压时，DC-DC芯片[21]的+Vout端向外提供+5V（VCC，相对0端）的电压，-Vout端向外提供-5V（VEE）的工作电压；当DC-DC芯片[22]的Vin和GND之间接入12V的电压时，DC-DC芯片[21]的+Vout向外提供+12V（相对0端）的电压；采用DC-DC芯片后可将蓄电池的12V电源转变为稳定的+5V、-5V和+12V电压，为整个装置的电子元件提供可靠的工作电压，也具有很强的干扰能力。 

图5为I/V转换电路[31]、放大电路[32]，311是继电器，322是差分放大器。I/V转换电路中R6通过与继电器[311]配合由单片机P0.1控制继电器 [311]选择进行采样及关闭采样，通过在测试回路串联的采样电阻R6可以将测试回路中电流信号I转换成电阻两端的电压信号U，并将其传送至差分放大器 [321]，经差分放大器[321]放大后的信号U＇由OUT传入A/D转换电路中进行数模转换。 

图6所示电路为A/D转换电路[33]，其中331为AD780电压基准芯片，332为AD7715 A/D转换器，Y1为2.4576MHz晶振芯片为U4工作提供时钟信号， 接入单片机P1.2口，接入单片机P1.3口，DOUT接入单片机P1.4口，DIN接入单片机P1.5口，SCLK接入单片机P1.6口，接入单片机P1.7口，图3中的OUT传送的数据接入AIN+从而传入A/D转换器[332]中进行A/D转换。其工作原理如下：当单片机P1.3口发出低电平信号时，A/D转换器[332]开始工作，接受由单片机P1.5口发送的A/D转换控制信号以及单片机P1.6口发送的串行时钟信号，根据控制信号对AIN+口数据进行相应的A/D转换，此时输出变为高电平，待A/D转换完成后，A/D转换器[332]通过向单片机P1.2口发送低电平信号，表示当前A/D转换有效，单片机[40]根据P1.2口接收的低电平信号通过P1.5口向A/D转换器[332]发送读取控制信号，A/D转换器[332]接收到由P1.5发出的读取控制信号后，由DOUT向单片机P1.4口发送A/D转换数据，单片机接收完传送的A/D转换信号后由P1.3口向A/D转换器[332]发送高电平信号，使其停止工作，至此，一次A/D转换工作完成；当单片机所得的A/D转换信号过大或过小时，可由单片机控制P1.5口传输控制信号至AD7715的DIN口，调整A/D转换中的信号放大倍数，并重复上述工作步骤，从而实现了智能化调整量程，提高了测量精度。 

图7所示为本发明装置的线路选择控制[5]原理图。图中D101、D102、D103为型号为IN4007的二极管；K101、K104、K107为型号为SRS-05VDC-SL的继电器，其线圈电压为5V可以开断24V的电压；Q101、Q102、Q103为型号为9014的二极管；K102、K103、K105、K106、K108、K109为型号为HVR24-1A15-150的继电器，其控制电压为24V，可以正常开断10kV的电压，由于线路感应电压可能较大，与线路直接相连时采用两个型号为HVR24-1A15-150的继电器串联；HVOUT端接高压电源保护电阻输出端，A、B、C三个端子分别为线路三相接线端子。在三相线路绝缘核相时，将线路一侧的A、B、C三相线路分别用引线引至仪器的A、B、C三个端子上，然后通知工作人员将线路对侧A相临时接地，待确认对方工作人员撤离到安全区域后，仪器控制处理***打开内部高压电源，然后将P3.4置高电平，继电器K101、K102、K103闭合，开始A上核相，此时测得结果为0则表示A相相序正确，然后再将P3.4置低电平，断开继电器K101、102、103，通知线路对侧工作人员将A相临时接地取下，再将P3.4置高电平，闭合继电器K101、K102、K103，测试A相绝缘，测试完成后将P3.4置低电平，断开继电器K101、K102、K103，再关闭高压电源。然后进行B相和C相的绝缘核相操作，其步骤与A相操作时相同，在这里不再叙述。通过以上操作完成三相线路的绝缘核相，在操作中仪器端不用进行换线，只用在线路对侧进行接地和取接地线既可完成，提高了绝缘核相的效率。 

图8所示为本发明装置的控制处理***[4]电路原理图。13为图3中所示继电器、14、311为多路开关选择器、332为图6中所示16位A/D转换器、41为键盘控制电路、421为线路相序选择开关、441为微型打印机驱动电路、431为LCD液晶显示驱动电路、40为单片机芯片。其具体工作如下：当本发明装置电源开关打开后，测试人员通过键盘控制电路[41]对测试电压进行操作后，由键盘控制电路[41]将测试人员的操作指令通过P3.0~P3.3口传输至单片机中，单片机通过所接收到的数据通过P1.0~P1.1向多路开关选择器[14]传输控制信号选择高压直流电源的输出电压，然后由P0.0向继电器[13]传输信号使高压直流电源开始工作向外界提供所选择档位的直流高压；重复图7简介中的开断继电器步骤；在测量中电压电流信号的处理上，然后通过P0.1控制继电器[331]选择导通，将采样信号通过I/V电路传输至并通过差分放大器 [321]将采样信号进行放大，然后A/D转换器[332]对经差分放大器 [321]放大的信号进行A/D转换并通过P1.4串行传输给单片机 [40]，单片机[40]对该数据进行计算后，将数据结果传输给语音芯片[421]和LCD液晶显示驱动电路[431]，从而将测试结果通过显示输出给测试人员，然后单片机[40]向LCD液晶显示驱动电路[431]发送数据提示测试人员是否进行打印，测试人员通过键盘控制电路[41]进行回应，若“是”，则将测试项目、测试结果等数据传输至微型打印机驱动电路[441]进行打印输出；若“否”，则提示测试人员是否进行数据存储；当测试人员选择数据存储后，单片机[40]将本次测试项目、结果等数据存储在存储器中，方便以后调出查阅，然后单片机提示三相操作是否完成，若未完成则等待测试人员进行下一步测试，若完成则此次操作结束。 

Claims (3)

1.线路参数绝缘、核相一体化测试方法及装置，包括高压直流电源模块[1]、DC-DC模块[2]、信号采集电路[3]、控制处理***[4]，选相控制电路[5]；其特征在于可利用单片机控制高压直流电源[11]驱动电压输出多档位测试电压；通过选相控制电路[42]控制要测试相与高压电源的导通；通过在高压直流测试回路中串联由单片机控制的多采样电阻值I/V转换电路[31]从而实现智能测量中线路绝缘及线路核相；LCD显示电路[43]和由微型打印机构成的打印模块[44]可将测试数据通过液晶显示、打印输出。

2.根据权利要求1所述的线路参数绝缘、核相一体化测试方法及装置，通过其选相控制电路[5]可以实现在线路绝缘核相中一次将线路的三相接至仪器的A、B、C端子上，在整个绝缘核相过程中只需操作线路对侧是否接地既可完成线路绝缘测量及核相。

3.根据权利要求2所述的选相控制电路[5]，由于现场感应电压可能过高，其选相导通电路采用两个型号为HVR24-1A15-150的继电器串联。