一種真空開關真空度在線監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種真空開關真空度在線監測系統，包括全量程傳感器、三相離子柱、信號處理顯示電路板、發光二極管電路板和硅光太陽能電池板，所述三相離子柱的輸入端與全量程傳感器的輸出端相連，三相離子柱的輸出端與信號處理顯示電路板的輸入端相連，信號處理顯示電路板的輸出端與發光二極管電路板的輸入端相連，發光二級管電路板的輸出端與硅光太陽能電池板的輸入端相連，還包括信號采集器和信號處理器，所述信號采集器與發光二極管電路板與信號處理器紅外連接，在信號采集器之前的電路上設有雙選通開關。本實用新型解決了一次和二次回路的隔離問題，消除了安全隱患，消除了信號采集端三相之間的相互干擾。
【專利說明】一種真空開關真空度在線監測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種真空開關真空度在線監測系統，屬于在線監測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]真空開關在低壓及中壓領域是極有前途的一種開關器件。真空開關作為新一代先進的開關設備，在我國目前電網改造中得到廣泛的應用。真空開關滅弧室的真空度是決定其電氣性能的主要因素之一，滅弧室內真空度的劣化，不僅降低了真空開關長期耐受系統電壓的能力和在運行過程中耐受內、外過電壓的能力，而且極難有效地斷開故障電流，因此，迫切需要對運行中真空開關的真空度進行監測。
[0003]目前，對真空開關真空度的測試方法從大的方面來說，可分為離線監測和在線監測兩大類。
[0004]離線監測的方法有很多，而且發展得也比較成熟；其中，磁控放電法是一種重復性較好的定量測量方法。離線監測的最大的弊端就是該檢測方法必須是在斷電情況下進行檢測，不能實時監測真空度，無法真正意義上排除因真空度降低而造成的危險。
[0005]而在線監測由于要在不改動開關主體結構及運行狀態的前提下，隨時監測其真空度的變化，因此，要實現真空度的直接測量，還存在很多的難點。
[0006]用于真空度在線監測的間接方法主要有電光變換法、耦合電容法等。
[0007]電光變換法是基于“電光效應”原理，利用某些光學兀件如Pockels兀件在電場中能改變光學性能，從而把與真空度對應的電場變化轉換成光通量的變化，但該方法的主要問題是光學元件的工作穩定性差、成本高。
[0008]耦合電容法是根據局部放電測量原理提出來的。若當被測真空滅弧室的帶電觸頭至中間屏蔽罩間的耐壓強度由于真空度降低而下降，則當工頻電壓從零點升至某一值時，帶電觸頭和屏蔽罩之間的等值電容發生放電，該局部放電信號可通過位于屏蔽罩與接地箱殼之間的兩個局部放電探頭進行在線監測。這種方法的主要問題是其測量的靈敏度還有待于進一步地驗證。
[0009]此外，常見的真空滅弧室真空度測試方法還有:工頻耐壓法、觀察法、火花計法、吸氣劑顏色變化的判定法、磁控放電法等等。
[0010]總的來說，真空度在線監測是在高壓端通過如圖1所示的取樣電阻處取得采樣電壓，然后，通過信號采集、處理、傳輸、顯示完成的。從信號采集端到信號處理端包括兩個的傳輸通路，一個是信號傳輸通路，另外一路為光能傳輸通路。但是，采集端存在泄漏高壓的可能，一旦發生故障，對操作人員的人生安全造成極大的威脅，所以在操作人員一側必須增加強而有效的高壓隔離措施，以保證操作人員的人生安全。信號傳輸通路的高壓隔離相對比較容易，如可以通過紅外方式或者是光纖方式，電源供電傳輸通路的供電則比較麻煩，小體積變壓器要隔離如此高的電壓幾乎是不現實的。
[0011]如申請號為201210039152.3，名稱為《一種真空開關真空度在線監測系統》的中國發明專利，其公開了，在高壓端通過取樣電阻獲取反映真空開關真空度的真空度傳感信號，然后通過信號采集板轉換為數字的真空度傳感數據，采集到的真空度傳感數據通過紅外信號發送出去；在低壓端通過紅外信號接收模塊接收來自高壓端的紅外信號，得到采集的真空度傳感數據，并傳輸到信號處理、顯示電路板進行處理，顯示出監測的真空開關真空度，實現在線監測。在本發明中包括兩個的傳輸通路，一個是信號傳輸通路，另外一路為光能傳輸通路，實現了高壓端即信號采集端到低壓端即操作人員一側的電氣隔離，提高了操作的安全性。
[0012]但是，這該公開文件中，還存在一下一些不足之處:
[0013]1.該在線監測系統是在電壓區間上進行一個點的采集，然后再與各級電壓進行比較，最后進行顯示，具有偶然誤差性，偶然誤差會帶來錯誤顯示；
[0014]2.采用普通的采集芯片，達不到采集要求；
[0015]在信號采集器上，信號取樣端和采集、模數轉換回路的地不是同一個地；取樣端的地是我們平常的大地，信號是以負電壓信號的方式輸入；進入采集器后，該電路上有一個公共的地，該地為虛擬的地，兩個地不一樣。再該在線監測系統中，將兩者直接連接，導致采集的三相信號相互耦合，即取樣端三相相當于共正，若兩個地連接后又相當于共負，直接連接將產生相互的干擾。
【發明內容】
[0016]本發明的目的在于:提供一種真空開關真空度在線監測系統，解決現有在線監測系統安全性不高，尤其是存在偶然性誤差并且信號采集容易受到干擾的技術問題，從而能有效的解決上述現有技術中存在的問題。
[0017]本發明的目的是通過下述技術方案來實現:一種真空開關真空度在線監測系統，包括全量程傳感器、三相離子柱、信號處理顯示電路板、發光二極管電路板和硅光太陽能電池板，所述三相離子柱的輸入端與全量程傳感器的輸出端相連，三相離子柱的輸出端與信號處理顯示電路板的輸入端相連，信號處理顯示電路板的輸出端與發光二極管電路板的輸入端相連，發光二級管電路板的輸出端與硅光太陽能電池板的輸入端相連，還包括信號采集器和信號處理器，所述信號采集器與發光二極管電路板與信號處理器紅外連接，在信號采集器之前的電路上設有雙選通開關。
[0018]作為優選，還包括單片機，單片機上設有人機交互按鈕和液晶顯示器。
[0019]作為進一步優選，所述三相離子柱包括絕緣外殼、依次緊固在絕緣外殼內的串、并聯電阻、二極管、取樣電阻和隔離電阻。
[0020]作為進一步優選，信號采集器的信號采集端到信號處理器的信號接收端之間設有兩路通路，分別為由位于中部隔離帶分隔而成的光能傳輸通路和紅外信號傳輸通路。
[0021]本在線監測系統在信號取樣后進入采集器前增加了雙選通開關，任何時候只有一相的選通開關閉合接通，另外兩相均斷開，徹底切斷了耦合通路，保證了信號的正確性。
[0022]另外，信號處理器把所有的物理電壓信號都轉化為數字信號，把物理量數字化，然后通過傳輸后取平均值，從而消除了偶然誤差帶來的錯誤顯示，同時采用高精度的采集芯片，將處理過的數據通過紅外發送端發送，同時將紅外傳輸通路與發光二極管能量傳輸通路隔離，使二者能量通路之間沒有相互的干擾，保證信號傳輸的精度要求。
[0023]綜上所述，本真空開關真空度在線監測系統保證了與一次側的高壓電氣隔離，保障了二次側操作人員的人生安全，同時，兩路傳輸通路的隔離能夠有效的消除二者之間的干擾，提高信號的傳輸精度，消除信號的傳輸誤差，真正的實現了與高壓端電氣隔離、高精度的在線真空度信號采集系統。
[0024]與現有技術相比，本發明的有益效果:本發明真空開關真空度在線監測系統具備如下的優點:
[0025]1.信號采集器與信號處理器之間信號以紅外方式傳送，解決了一次和二次回路的隔離問題，消除了安全隱患；
[0026]2.增加了選通開關，消除了信號采集端三相之間的相互干擾，通過現有單片機控制選通開關的動作，實現三相信號的讀取。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明真空開關真空度在線監測系統的離子柱圖；
[0028]圖2是本發明真空開關真空度在線監測系統的實際接線圖；
[0029]圖3是本發明真空開關真空度在線監測系統的系統流程圖；
[0030]圖4是本發明真空開關真空度在線監測系統的系統結構圖；
[0031]圖5是本發明信號取樣回路形成的通道。
【具體實施方式】
[0032]下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明。
[0033]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了相互排斥的特質和/或步驟以外，均可以以任何方式組合，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換，即，除非特別敘述，每個特征之一系列等效或類似特征中的一個實施例而已。
[0034]如圖1-5所示，本發明真空開關真空度在線監測系統包括以下主要部件:
[0035]信號采集器，采用高精度采集芯片采集電信號，將處理過后的數據通過紅外發送端發送，同時，將紅外傳輸通路與發光二極管能量傳輸通路隔離。
[0036]雙選通開關，設置于信號取樣后進入信號采集器前；消除信號采集端三相之間的相互干擾，通過現有單片機控制選通開關的動作，實現三相信號的讀取。
[0037]雙選通開關，通過現有單片機控制選通開關的動作，實現三相信號的正確讀取，消除了信號采集端三相之間的相互干擾。該雙選通開關的存在解決了如現有申請號為201210039152.3，名稱為《一種真空開關真空度在線監測系統》的中國發明專利中存在的三相之間信號相互干擾的問題，在本發明中，如圖5所示，采用在信號輸入端加選通開關的辦法得以解決，即:當采集模塊開始工作時，通過單片機控制選通開關，其中一相導通，另外兩相斷開，將這一相的信號送入單片機處理，按事先設定好的時序依次循環，這樣就成功避免了三項之間相互干擾的問題，保證了采集數據的正確性以及系統的可靠性。另外由于電路要求低電壓、低功耗，對器件的選擇有很大的局限性。
[0038]具體來說，選用由美國ADI生產的ADG888: 0.4 Ω、CMOS、雙通道雙刀雙擲開關器件。它具有低功耗(〈0.1uW)和小尺寸特性，在工作溫度范圍(-40°C至+125°C)內，導通電阻小于0.6 Ω。[0039]信號處理器，將信號采集器傳送來的物理電壓信號轉化為數字信號，把物理量數字化后取平均值，再通過紅外線傳輸給信號處理、顯示電路板，進行信號處理、顯示和實時監測。
[0040]發光二極管電路板和一桂光太陽能電池板，信號處理、顯本電路板為發光二極管電路板進行供電，其內的發光二極管發光，使電能轉換為光能，硅光太陽能電池板中的電池接收光照，再使光能轉換為電能；硅光電池獲得能量后向采集器中的儲能電容充電；當儲能電容上的電壓達到預定值后，信號采集模板開始工作，進行信號采集，并將采集到的數據通過紅外發光二極管發送給LED陣列電路板，LED陣列電路板將信號傳輸到信號處理、顯示電路板。
[0041]全量程傳感器，用以獲取真空開關真空度的高壓傳感信號。
[0042]三相離子柱，一端與全量程傳感器的高壓傳感信號相連，另一端接地，且其取樣電阻兩端作為信號采集端，獲取反映真空開關真空度的真空度傳感信號；該三相離子柱包括絕緣外殼、依次緊固在絕緣外殼內的串、并聯電阻、二極管、取樣電阻和隔離電阻。
[0043]信號處理、顯示電路板；信號處理、顯示電路板連續接收數個信號采集電路板的信號，并將采集到的信號按時間進行存儲、顯示并按要求向上位機傳送。
[0044]另外，還包括單片機，單片機上設有人機交互按鈕和液晶顯示器；通過人機交互按鈕，可以更加有效的根據實際情況來進行在線監測調控；用液晶顯示屏替代原來的數碼管和發光二極管，直觀顯示三相真空度和相應的真空等級。
[0045]該單片機的主控器采用美國TI處理芯片MSP430F149或者MSP430F122。
[0046]其中:MSP430F149是一種新型的混合信號處理器，采用了美國德州儀器(TexasInstruments)公司最新低功耗技術(工作電流為0.1-400 pA)，它將大量的外圍模塊整合到片內，具有如下特點:
[0047]1.低電壓、超低功耗:工作電壓3.3V，等待方式下工作電流為1.3 w A，在RAM保持關閉工作方式下工作電流僅為0.1A。
[0048]2.具有12位的模數轉換器(ADC12)，可以得到很高的精度，并且省去了使用專門的模數轉換器給設計電路板帶來的麻煩。
[0049]3.擁有大容量的存儲空間:存儲器方面包括多達60k ROM和2k RAM，存儲空間完全可以滿足程序及數據的需要。
[0050]4.兩通路串行通信接口:可用于與計算機進行異步或同步串行通信。
[0051]5.硬件乘法器:該乘法器獨立于CRJ進行乘法運算的操作，在提高乘法運算速度的同時也提升了 CPU的利用效率。
[0052]6.串行在系統編程:通過仿真器對程序進行下載，并通過專用軟件對程序及單片機的工作狀態進行監控，極大地方便了程序的調試。
[0053]本發明的工作流程:
[0054]考慮到最終量產時信號采集電路板所需的功率很小，采集的頻率也不會太頻繁，為此我們在該采集板上安裝一塊小功率的硅光電池太陽能板，為采集板進行供電。
[0055]太陽能電池板是通過超高亮發光二極管照明來提供能量，具體系統流程如圖3所示:當要讓信號采集板工作時先用信號處理、顯示電路板為超高亮發光二極管電路板進行供電，發光二極管發光，使電能轉換為光能，硅光電池接收光照，再使光能轉換為電能，硅光電池獲得能量后再向儲能電容充電，當電容上的電壓達到預定值后信號采集電路板開始工作，并將采集到的數據通過紅外發光二極管發送給LED電路板，最后傳輸到信號處理、顯示電路板。
[0056]信號處理、顯示電路板收到信號后本次采集活動結束，用于能量傳送的發光二極管熄滅，信號采集電路板無電停止工作。
[0057]信號處理、顯示電路板可以用相同的方法連續接收多個信號采集電路板的信號，并將采集到的信號按時間進行存儲、顯示、和按要求向上位機傳送。這樣，只要信號采集電路板和信號處理、顯示電路板的空氣隔離距離能夠保證，就充分確保了二者之間的電氣隔離，能夠做到即使采集端發生故障，高壓串擾到信號采集電路板，也能保證信號處理、顯示端的操作人員的人生安全，解決了其在線真空度檢測的安全性這一最重要的因素。
[0058]綜上所述，本實施例所述的真空開關真空度在線監測系統具備如下的優點:
[0059]1.低功耗:采用美國TI處理芯片MSP430F149或者MSP430F122進行控制處理。
[0060]2.高壓隔離:采用光隔離技術，確保系統操作的安全性。
[0061]3.高精度:采用高精度的采樣芯片和AD處理，保證精度。
[0062]4.準確性；采用高級的微處理芯片，保證準確性。
[0063]5.安全可靠:有多種軟件和硬件保護。
[0064]6.體積小，易攜帶。
[0065]7.外殼精致美觀。
[0066]以上對本發明進行了詳盡介紹，本文中應用了具體個例對本發明的結構進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。對本發明的變更和改進將是可能的，而不會超出附加權利要求規定的構思和范圍。
【權利要求】
1.一種真空開關真空度在線監測系統，包括全量程傳感器、三相離子柱、信號處理顯示電路板、發光二極管電路板和硅光太陽能電池板，所述三相離子柱的輸入端與全量程傳感器的輸出端相連，三相離子柱的輸出端與信號處理顯示電路板的輸入端相連，信號處理顯λΚ電路板的輸出端與發光二極管電路板的輸入端相連，發光二級管電路板的輸出端與桂光太陽能電池板的輸入端相連，其特征在于:還包括信號采集器和信號處理器，所述信號采集器與發光二極管電路板與信號處理器紅外連接，在信號采集器之前的電路上設有雙選通開關。
2.如權利要求1所述的真空開關真空度在線監測系統，其特征在于:還包括單片機，單片機上設有人機交互按鈕和液晶顯示器。
3.如權利要求2所述的真空開關真空度在線監測系統，其特征在于:所述三相離子柱包括絕緣外殼、依次緊固在絕緣外殼內的串、并聯電阻、二極管、取樣電阻和隔離電阻。
4.如權利要求1或者2或者3中任一所述的真空開關真空度在線監測系統，其特征在于:信號采集器的信號采集端到信號處理器的信號接收端之間設有兩路通路，分別為由位于中部隔離帶分隔而成的光能傳輸通路和紅外信號傳輸通路。
【文檔編號】H01H33/668GK203607326SQ201320818021
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】王軍, 趙廣慧, 茍小平 申請人:成都旭順電子有限責任公司