一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控用數(shù)據(jù)采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及變電站接地網(wǎng)故障檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控用數(shù)據(jù)采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]變電站接地網(wǎng)腐蝕狀況直接關(guān)系到各種電氣設(shè)備和設(shè)施的安全與穩(wěn)定運行，接地設(shè)備需要低阻抗途徑保持與大地的電氣連接。傳統(tǒng)的接地網(wǎng)監(jiān)測裝置僅僅是通過向接地網(wǎng)注入大電流，電流可以達到幾十甚至上百安，但是由于接地網(wǎng)本身具有良好的導(dǎo)電性，電阻比較小，傳統(tǒng)的檢測裝置的測量精度往往不能夠滿足要求，對于接地網(wǎng)的腐蝕狀況分析存在嚴重的誤差判定。同時由于電流比較大，對于裝置的自身的容量和絕緣性能要求極為高，造成整個設(shè)備的體積比較龐大和對供電電源容量要求較高，不利于戶外的接地網(wǎng)檢測試驗。對于操作人員而言，必須嚴格按照規(guī)程進行操作，稍有不慎極易發(fā)生觸電事故。同時由于接地網(wǎng)地表條件往往比較惡劣，傳統(tǒng)設(shè)備難以到現(xiàn)場進行運行。
[0003]在對數(shù)據(jù)進行分析處理上，傳統(tǒng)設(shè)備只是局限于測量N組電壓數(shù)據(jù)，僅僅利用電流與電壓的關(guān)系對接地電阻大小進行計算，數(shù)據(jù)信息量太少，計算結(jié)果具有很大誤差，以及沒有對現(xiàn)有接地網(wǎng)進行數(shù)字化歸檔、因此很難做出較為準確的壽命評估。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控用數(shù)據(jù)采集裝置，能夠精確地采集變電站接地網(wǎng)各支路的電壓值，為后期的三維數(shù)字化監(jiān)控提供有力數(shù)據(jù)；還能為每個被檢測的接地網(wǎng)建立數(shù)字化檢測檔案，實現(xiàn)對接地網(wǎng)狀態(tài)的長期跟蹤。
[0005]本實用新型采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置，包括微控制器、可調(diào)直流恒流源、電流通道切換開關(guān)模塊、多通道接線插座、電壓通道切換開關(guān)模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和無線通信模塊，微控制器通過自身外設(shè)的D/A轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號控制可調(diào)直流恒流源輸出不同大小的電流；可調(diào)直流恒流源的電流輸出端連接到電流通道切換開關(guān)模塊的電流注入通道切換開關(guān)上，電流通道切換開關(guān)模塊的電流輸出端連接到多通道接線插座的電流注入接口上，多通道接線插座的電流輸出端用于連接被測接地網(wǎng)的節(jié)點，多通道接線插座的電流輸出接口連接到電壓通道切換開關(guān)模塊上，電流通道切換開關(guān)模塊和電壓通道切換開關(guān)模塊的受控端均連接微處理器的控制端，電流通道切換開關(guān)模塊和電壓通道切換開關(guān)模塊的開斷均受微控制器控制；電壓通道切換開關(guān)模塊的電壓輸出端連接信號處理模塊的信號輸入端，信號處理模塊的信號輸出端連接微控制器的信號輸入端，微控制器的第一信號輸出端連接數(shù)據(jù)存儲模塊的數(shù)據(jù)輸入端，微控制器的第二信號輸出端通過無線通信模塊連接上位機。
[0007]所述的可調(diào)直流恒流源包括對產(chǎn)生的恒壓信號輸出進行濾波的濾波電路、用于消除電路中各芯片供電電源對輸出直流恒流源干擾的減法電路、用于增加輸出直流恒流源穩(wěn)定性的電壓反饋電路、用于最終產(chǎn)生直流恒流源電流的精密電阻、運算放大器、對各芯片進行供電的電源和用于直流恒流源校準以確保直流恒流源穩(wěn)定性的檢流電阻；所述減法電路的反相輸入端通過濾波電路連接微控制器的數(shù)字信號輸出端，微控制器用于產(chǎn)生一個恒壓信號并通過反饋信號對恒壓信號的輸出進行調(diào)整，減法電路的同相輸入端連接對各芯片供電電源的正供電管腳，減法電路的輸出端連接電壓反饋電路的反相輸入端；精密電阻一端連接電壓反饋電路的同相輸入端，精密電阻的另一端同時連接對各芯片供電電源的正供電管腳和檢流電阻一端，檢流電阻的另一端通過運算放大器與微控制器的一個輸出I/o管腳連接。
[0008]所述的電流通道切換開關(guān)模塊包括電流注入通道切換控制模塊、多通道模擬開關(guān)、多路三極管陣列和多路繼電器陣列，多通道模擬開關(guān)、多路三極管陣列和多路繼電器陣列均通過電流注入通道切換控制模塊連接微控制器的控制端，多通道模擬開關(guān)中的每一個模擬開關(guān)的電流注入端均連接可調(diào)直流恒流源的電流輸出端，每一個模擬開關(guān)的輸出端分別對應(yīng)連接到多路三極管陣列中的對應(yīng)三極管的基極，每一個三極管的集電極分別對應(yīng)連接到多路繼電器陣列中的對應(yīng)繼電器的控制端，每一個繼電器的輸出端連接到多通道接線插座的電流注入接口上。
[0009]所述的電壓通道切換開關(guān)模塊的組成元器件與電流通道切換開關(guān)模塊的相同，且連接關(guān)系與電流通道切換開關(guān)模塊的連接關(guān)系相對稱。
[0010]所述的信號處理模塊包括電壓隔離電路、低通濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，電壓隔離電路的信號輸入端連接到電壓通道切換開關(guān)模塊上，電壓隔離電路的信號輸出端連接電壓隔離電路的信號輸出端連接低通濾波電路的信號輸入端，低通濾波電路的信號輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換電路連接連接微處理器。
[0011]所述的數(shù)據(jù)存儲模塊采用SD卡存儲器。
[0012]所述的微控制器采用ARM單片機，微處理器還連接顯示屏和按鍵。
[0013]本實用新型通過微控制器控制輸出的電流大小，再通過自帶的D/A模塊輸出模擬電壓信號進入可調(diào)直流恒流源，以保證注入接地網(wǎng)的電流精度，測量相應(yīng)的支路上的電壓，利用電流通道切換開關(guān)模塊、多通道接線插座和電壓通道切換開關(guān)模塊將獲得的電壓信號通過文件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行存儲，存儲在SD卡中，不僅可以有效緩沖數(shù)據(jù)，以便與上位機無線通信再發(fā)射數(shù)據(jù)，而且也可以直接對存儲卡中數(shù)據(jù)進行讀取，以滿足不同用戶的實際需求。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的電路原理框圖；
[0015]圖2為本實用新型的可調(diào)直流恒流源電路原理框圖；
[0016]圖3為本實用新型的電流通道切換開關(guān)模塊、多通道接線插座和電壓通道切換開關(guān)模塊的連接關(guān)系框圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1、2和3所示，本實用新型包括微控制器、可調(diào)直流恒流源、電流通道切換開關(guān)模塊、多通道接線插座、電壓通道切換開關(guān)模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和無線通信模塊，微控制器通過自身外設(shè)的D/A轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號控制可調(diào)直流恒流源輸出不同大小的電流；可調(diào)直流恒流源的電流輸出端連接到電流通道切換開關(guān)模塊的電流注入通道切換開關(guān)上，電流通道切換開關(guān)模塊的電流輸出端連接到多通道接線插座的電流注入接口上，多通道接線插座的電流輸出端用于連接被測接地網(wǎng)的節(jié)點，多通道接線插座的電流輸出接口連接到電壓通道切換開關(guān)模塊上，電流通道切換開關(guān)模塊和電壓通道切換開關(guān)模塊的受控端均連接微處理器的控制端，電流通道切換開關(guān)模塊和電壓通道切換開關(guān)模塊的開斷均受微控制器控制；電壓通道切換開關(guān)模塊的電壓輸出端連接信號處理模塊的信號輸入端，信號處理模塊的信號輸出端連接微控制器的信號輸入端，微控制器的第一信號輸出端連接數(shù)據(jù)存儲模塊的數(shù)據(jù)輸入端，微控制器的第二信號輸出端通過無線通信模塊連接上位機，上位機用于進行三維成像和接地網(wǎng)的狀態(tài)評估。
[0018]所述的可調(diào)直流恒流源包括對產(chǎn)生的恒壓信號輸出進行濾波的濾波電路、用于消除電路中各芯片供電電源對輸出直流恒流源干擾的減法電路、用于增加輸出直流恒流源穩(wěn)定性的電壓反饋電路、用于最終產(chǎn)生直流恒流源電流的精密電阻、運算放大器、對各芯片進行供電的電源和用于直流恒流源校準以確保直流恒流源穩(wěn)定性的檢流電阻；所述減法電路的反相輸入端通過濾波電路連接微控制器的數(shù)字信號輸出端，微控制器用于產(chǎn)生一個恒壓信號并通過反饋信號對恒壓信號的輸出進行調(diào)整，減法電路的同相輸入端連接對各芯片供電電源的正供電管腳，減法電路的輸出端連接電壓反饋電路的反相輸入端；精密電阻一端連接電壓反饋電路的同相輸入端，精密電阻的另一端同時連接對各芯片供電電源的正供電管腳和檢流電阻一端，檢流電阻的另一端通過運算放大器與微控制器的一個輸出I/o管腳連接。
[0019]微控制器采用ARM單片機，具有可編程功能。微處理器還連接顯示屏和按鍵。通過對微控制器的編程實現(xiàn)直流恒流源的產(chǎn)生；由于由微控制器編程產(chǎn)生的直流恒定電壓具有很好的穩(wěn)定性，所以由此產(chǎn)生的直流恒流源也具有很好的穩(wěn)定性。
[0020]所述濾波電路是截止頻率為1Hz的二階低通濾波電路。所述減法電路的增益值為I。濾波電路為了消除電源干擾，保證信號的不會放大或者縮小。而電壓反饋電路的同相輸入端和反相輸入端輸入電壓相等，所以精密電阻兩端的電壓即為微控制器編程產(chǎn)生的恒定電壓。所述精密電阻為高精度功率電阻，阻值為I Ω~0.5Ω。由于微控制器輸出的電壓較小，所以電阻需要選取對應(yīng)較小的電阻。
[0021]所述檢流電阻的阻值為0.1 Ω，其兩端的電壓反饋至微控制器進行直流恒流源電流輸出校準。
[0022]基于微控制器的可調(diào)直流恒流源產(chǎn)生方法，包括以下幾個步驟:
[0023]Α:通過編程使微控制器的一個I/O端口產(chǎn)生并輸出一個恒壓信號，并把該恒壓信號輸送至濾波電路處理后得到一個單一頻率的恒壓信號；
[0024]B:將經(jīng)過濾波處理后的單一頻率的恒壓信號輸送至減法電路的反相輸入端，減法電路的同相輸入端連接各芯片的正電源供電管腳，通過減法電路消除各芯片供電電源對直流恒流源的干擾影響；
[0025]C:通過減法電路的輸出端把正電源與微控制器輸出的恒壓信號的差值輸出到電壓反饋電路的反相輸入端；由于電壓反饋電路的反向輸入端與同相輸入端電壓相等，相當于將上述差值接到精密電阻的一端，精密電阻的另一端連接正電源，這樣便使微控制器控制輸出的恒壓信號間接加載在精密電阻上，通過歐姆定律在精密電阻上產(chǎn)生直流恒流信號;
[0026]D:檢流電阻首先將精密電阻上產(chǎn)生直流恒流信號轉(zhuǎn)化為檢壓恒壓信號，然后通過運算放大器把此檢壓恒壓信號放大到與設(shè)定產(chǎn)生的微控制器輸出恒壓信號相等，再將放大后的檢壓恒壓信號反饋至微控制器；
[0027]E:微控制器對檢