CN206178088U - 一种基于stm32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，包括探测模块、CAN总线通信模块、各子节点的微控制器、STM32控制模块。所述探测模块包括依次连接的：磁平衡式电流传感器、信号放大器、A/D转换器，A/D转换器连接各子节点的微控制器，各子节点的微控制器通过CAN总线通信模块连接STM32控制模块，STM32控制模块通过以太网模块连接监测服务器。本实用新型一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，采用32位单片机处理器，可有效提高***分析处理数据的能力。同时高速的CAN总线通信模块设计，可实现***的实时性和抗复杂电磁场环境的抗干扰能力。

Description

一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及嵌入式开发、现场总线技术和高压绝缘领域，特别是一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置。

背景技术

随着电力网络的不断完善，绝缘子作为电力***的重要部件，其在电力网中用量可观，然而运行在户外的绝缘子会受到环境中灰尘的污染，在表面形成污秽层。该污秽层在雨、雾等特殊天气情况下受潮后，极易产生污闪事故。特别是在高压特高压输电中，绝缘子污秽闪络事故已成为输电网络的主要危害之一，由于污闪事故周期长，一般不能通过自动重合闸技术消除，所以给电力***的安全运行带来了极大的隐患。经过研究发现，绝缘子在发生污闪事故时的泄漏电流将显著增加，因此，我们可以通过监测泄漏电流的方法来有效的预防污闪事故频发带来的危害，达到保障电力***安全运行的目的。

目前，根据测量方式的区别，市面上主要有检测电阻加运放和电流互感法，常规的检测电阻加运放和电流互感法存在可靠性和安全性较差，测量精度不够，组网困难等缺点。

发明内容

为了解决现有传统测量的弊端，本实用新型提供一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，其依据霍尔原理，将绝缘子表面泄漏电流产生的磁能通过磁环气隙间的霍尔元件转化为电信号。将采集到的电流信息通过转化电阻变成电压进行程控放大后，由STC89C52微处理器进行A/D转换，转换的结果将通过CAN总线发送至上位STM32单片机分析比对。当电流值达到设定的阈值时，控制模块将控制各子节点继电器切断线路的供电，并将故障信息传送至终端服务器。从而，有效的防止了污闪故障的发生，保证了电力***的安全、高效的运行。

本实用新型采取的技术方案为；

一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，包括探测模块、CAN总线通信模块、各子节点的微控制器、STM32控制模块。所述探测模块包括依次连接的：磁平衡式电流传感器、信号放大器、A/D转换器，A/D转换器连接各子节点的微控制器，各子节点的微控制器通过CAN总线通信模块连接STM32控制模块，STM32控制模块通过以太网模块连接监测服务器。

所述磁平衡式电流传感器用于将绝缘子表面泄漏电流产生的磁能通过磁环气隙间的霍尔元件转化为电信号；信号放大器用于将电信号进行程控放大后，传输给A/D转换器进行A/D转换；各子节点的微控制器用于对形成的数字量进行处理。

所述CAN总线通信模块采用总线型拓扑结构，包括120Ω的双绞屏蔽电缆、CAN总线控制器、CAN总线收发器；双绞屏蔽电缆用于物理线路的搭建；CAN总线控制器、CAN总线收发器用于和各子节点的微控制器配合，完成诸如报文的发送和接收、报文滤波、发送扫描和中断扫描等串行通信任务。

所述STM32控制模块连接键盘模块、显示模块，所述键盘模块、显示模块用来实现人机交互、设定绝缘子泄漏电流的安全阈值。

所述STM32控制模块连接以太网模块，将收集到的各个绝缘子的泄漏电流上传至监测服务器进行远程管理。

所述磁平衡式电流传感器包括霍尔元件，通过霍尔元件将交变的电流信号转变为标准电压信号。

所述各子节点的微控制器连接继电器，STM32控制模块将各子节点的泄漏电流值与阈值相比较，形成控制指令下发各子节点的微控制器，各子节点的微控制器依据控制指令控制继电器的动作，控制线路通断。

本实用新型一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，采用32位单片机处理器，可有效提高***分析处理数据的能力。同时高速的CAN总线通信模块设计，可实现***的实时性和抗复杂电磁场环境的抗干扰能力。泄漏电流的阈值设定灵活，可以根据绝缘子所处环境、气候的变化进行调整，防止***的误报，错误动作的发生。***将各个杆塔绝缘子泄漏电流的信息打包发送至终端服务器，方便查询。

附图说明

图1是本实用新型装置的功能原理图。

图2是本实用新型装置的各子节点的微控制器控制框图。

图3是本实用新型装置的电路原理图。

图4是本实用新型装置的底层节点电路原理图。

具体实施方式

一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，包括探测模块、CAN总线通信模块、各子节点的微控制器、STM32控制模块。

所述探测模块包括依次连接的：磁平衡式电流传感器、信号放大器、A/D转换器。A/D转换器连接各子节点的微控制器，各子节点的微控制器通过CAN总线通信模块连接STM32控制模块，STM32控制模块通过以太网模块连接监测服务器。

所述磁平衡式电流传感器用于将绝缘子表面泄漏电流产生的磁能通过磁环气隙间的霍尔元件转化为电信号。信号放大器用于将电信号进行程控放大后，传输给A/D转换器进行A/D转换。各子节点的微控制器用于对形成的数字量进行处理。

所述CAN总线通信模块采用总线型拓扑结构，包括120Ω的双绞屏蔽电缆、CAN总线控制器SJA1000、CAN总线收发器82C50。双绞屏蔽电缆用于物理线路的搭建。CAN总线控制器、CAN总线收发器用于和各子节点的微控制器配合，完成诸如报文的发送和接收、报文滤波、发送扫描和中断扫描等串行通信任务。

所述STM32控制模块连接键盘模块、显示模块，所述键盘模块、显示模块用来实现人机交互、设定绝缘子泄漏电流的安全阈值。

所述STM32控制模块连接以太网模块，将收集到的各个绝缘子的泄漏电流上传至监测服务器进行远程管理。

所述磁平衡式电流传感器包括霍尔元件，通过霍尔元件将交变的电流信号转变为标准电压信号。

STM32控制模块首先将各个子节点采集的绝缘子的泄漏电流信息打包，并通过以太网模块上传至监测服务器。然后，STM32控制模块将各节点的泄漏电流值与阈值相比较，形成控制指令下发各子节点的微控制器。各子节点的微控制器则依据控制指令控制继电器的动作，达到控制线路通断的目的。

一、探测模块：

1.1磁平衡式电流传感器：KXB_21系列霍尔电流传感器的原变电流在导线周边产生的磁场被聚磁环聚集，并通过磁环气隙中的霍尔原件进行测量并放大输出。

1.2信号放大器：由于绝缘子泄漏电流的通常情况下数值很小，但故障情况下，电流急剧增加。因此，探测模块不仅需要对输入输出端做好隔离，防止信号受到干扰。而且需要通过软件控制放大倍数。图3中采用AD521作为放大隔离芯片，该芯片具有差分输入端口、较高的共模抑制和精确的可编程增益输入输出模块，满足***的要求。

1.3、A/D转换器：A/D转换器主要运用的芯片是ADC0809。ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换芯片。是目前应用比较广泛的A/D转换芯片之一。具有价格低廉，转换速度快与微型处理器接口简单的一系列优点。在8位单片机***里应用广泛。其与STC89C52的硬件连接如图3所示。

1.4、微控制器：图3中，STC89C52的P2.3引脚和P2.4引脚控制差分4通道数字控制模拟开关CD4052来精确的控制AD521的放大倍数，达到程控放大预防信号饱和的目的。

二、CAN总线通信模块：

2.1、CAN总线的物理线路：采用特性阻抗为120Ω的双绞屏蔽电缆，能够有效的抑制干扰。

2.2 、底层节点与CAN总线的接口主要是通过SJA1000 CAN总线控制器芯片和82C50 CAN总线收发器芯片与STC82C52单片机相配合来完成的；STM32控制模块则通过其内置的CAN总线控制器来实现通信的建立。其具体硬件连接方式如图4所示。

三、STM32控制模块：微处理器部分采用STM32F103ZET6芯片，该芯片是基于ARMCortex-M3核心的32 位微控制器。该装置***时钟频率达到了72MHz，是同类产品中性能最高，成本较低，超低功耗的芯片。该芯片在***中主要负责CAN总线底层节点电流信息的汇总和分析，通过将收集到的信息与设定值得比较，对底层节点发出不同的控制指令，从而实现控制线路通断和保证电力***安全运行的目的，此外该芯片还将绝缘子泄漏电流的信息打包通过以太网模块发送至终端服务器，从而实现远程实时监测的目的。

键盘模块和LED显示模块，主要是方便电流阈值的设置，提供人机交互的方式。

Claims (7)

1.一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，包括探测模块、CAN总线通信模块、各子节点的微控制器、STM32控制模块，其特征在于：所述探测模块包括依次连接的：磁平衡式电流传感器、信号放大器、A/D转换器，A/D转换器连接各子节点的微控制器，各子节点的微控制器通过CAN总线通信模块连接STM32控制模块，STM32控制模块通过以太网模块连接监测服务器。

2.根据权利要求1所述一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，其特征在于：所述磁平衡式电流传感器用于将绝缘子表面泄漏电流产生的磁能通过磁环气隙间的霍尔元件转化为电信号；信号放大器用于将电信号进行程控放大后，传输给A/D转换器进行A/D转换；各子节点的微控制器用于对形成的数字量进行处理。

3.根据权利要求1所述一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，其特征在于：所述CAN总线通信模块采用总线型拓扑结构，包括双绞屏蔽电缆、CAN总线控制器、CAN总线收发器；双绞屏蔽电缆用于物理线路的搭建；CAN总线控制器、CAN总线收发器用于和各子节点的微控制器配合，完成报文的发送和接收、报文滤波、发送扫描和中断扫描串行通信任务。

4.根据权利要求1所述一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，其特征在于：所述STM32控制模块连接键盘模块、显示模块，所述键盘模块、显示模块用来实现人机交互、设定绝缘子泄漏电流的安全阈值。

5.根据权利要求1所述一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，其特征在于：所述STM32控制模块连接以太网模块，将收集到的各个绝缘子的泄漏电流上传至监测服务器进行远程管理。

6.根据权利要求1所述一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，其特征在于：所述磁平衡式电流传感器包括霍尔元件，通过霍尔元件将交变的电流信号转变为标准电压信号。

7.根据权利要求1所述一种基于STM32单片机的绝缘子泄漏电流在线监测装置，其特征在于：各子节点的微控制器连接继电器，STM32控制模块将各子节点的泄漏电流值与阈值相比较，形成控制指令下发各子节点的微控制器，各子节点的微控制器依据控制指令控制继电器的动作，控制线路通断。