接地网节点电压智能测量系统技术方案

一种接地网节点电压智能测量系统，其特征是：该系统由数据采集终端（３）和与之串行通信的上位计算机（４）构成，所述数据采集终端（３）包括单片机（６）、显示器（１１）、模数转换器（８）和前置抗干扰电路（１０），所述显示器（１１）、模数转换器（８）通过其通信接口与单片机（６）的数据线相连接，所述前置抗干扰电路（１０）的输出端与模数转换器（８）的输入接口连接。本实用新型专利技术采用软硬件嵌入式模块化设计体系结构，系统功能突出表现了变电所接地网断点检测的业务特点，利用电子化的检测手段代替现有人工检测，实现了对接地网腐蚀诊断业务功能最大限度的扩展和完善。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力系统检测设备，具体说是一种接地网节点电压智能测量系 统。
技术介绍
接地网的导体埋设于地下，常因施工时焊接不良及漏焊、土壤多年的腐蚀、接地短 路电流电动力作用等原因造成地网导体及接地引线的腐蚀断裂，导致使其电气性能下降。 当系统接地短路时，会引起地电位异常升高或分布不均，严重威胁电气设备和运行人员的 安全。随着我国电力容量的增大和电压等级的升高，近年来国内屡屡发生因接地网导体腐 蚀断裂而引发的重大电力运行事故。随着变电站容量的不断扩大，对接地网安全运行的要 求越来越严格，对接地体的热稳定性的要求也就越高，过去一般是在发现接地电阻不合格 或出现事故后，通过开挖来查找接地网的电气连接故障点或腐蚀段，但这种方法具有盲目 性、工作量大、速度慢，受现场运行限制的缺点。故电力系统迫切需要找到一种不停电、不需 开挖即能方便准确检测接地网腐蚀情况和断点位置的方法。由于目前接地网的数据测量是 用手工完成，具有较大的工作强度和不精准性，所以本系统旨在利用智能化的测量手段来 替代目前的手工测量实现接地网节点电压的在线测量和断点的智能诊断。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种利用嵌入式技术实现接地网节点电 压的智能测量，即利用智能数据采集终端同时采集接地网各测试节点的多路信号，经高精 度模数转换器后，通过USB接口将数据送入上位计算机上进行处理、判断、分析和显示。所述接地网节点电压智能测量系统，其特征是该系统由数据采集终端和与之串 行通信的上位计算机构成，所述数据采集终端包括单片机、显示器 、模数转换器和前置 抗干扰电路，所述显示器、模数转换器通过其通信接口与单片机的数据线相连接，所述前 置抗干扰电路的输出端与模数转换器的输入接口连接。上述系统有如下优化方案所述单片机带有USB2. 0收发器和串行接口引擎SIE， 通过单片机的USB接口与上位计算机USB接口连接。所述单片机是FX2系列芯片。所述模数转换器是Σ - Δ型24位高精度模数转换器。所述模数转换器带有SPI串行接口，并通过SPI串行接口与单片机的输入接口连接。所述前置抗干扰电路包括串联连接的前置限幅电路和前置抗干扰电路。所述显示器是包括液晶显示模块的液晶显示器或者是带有分离的液晶显示模块 的液晶显示器。所述数据采集终端带有电源转换模块，所述电源转换模块的型号是LM1117，其输 入端与USB接口的5V电源线相连，输出连接单片机电源端。3本技术采用软硬件嵌入式模块化设计体系结构，系统功能突出表现了变电所 接地网检测的业务特点，利用电子化的检测手段代替现有人工检测，实现了对接地网腐蚀 诊断业务功能最大限度的扩展和完善。系统设计遵循开放性准则，开放性表现在数据采集系统、数据库管理系统及应用 分析系统的开放特性，数据之间的交换和电源采用了业界的通讯标准USB协议。系统设计突出变电所接地网的业务特点，采用相对独立的模块化软硬件的结构， 标准化、结构化输入/输出参数接口，并为将来系统更新开展新预留出接口，既满足系统功 能的灵活性，又具有很好的可扩充性、可移植性和可维护性。附图说明图1是本技术整体系统示意图，图2是本技术电路结构框图。图中1_激励源，2-接地网，3-数据采集终端，4-上位计算机，5-电源转换模块， 6-单片机，7-存储器，8-模数转换器，9-高精度电位器，10-前置抗干扰电路，11-显示器。具体实施方式以下结合附图对本技术进一步说明如图1中所示是本技术的系统应用 结构，所表现的是在接地网2通过激励源1注入多种大电流的情况下，任意节点测量，能够 抗工频干扰地测量数据并通过USB传输到计算机的实时测量系统。如图2中所示是接地网 节点电压智能测量系统，该系统由数据采集终端3和与之串行通信的上位计算机4构成，所 述数据采集终端3包括单片机6、显示器11、模数转换器8和前置抗干扰电路10，所述显示 器11、模数转换器8通过其通信接口与单片机6的数据线相连接，所述前置抗干扰电路10 的输出端与模数转换器8的输入接口连接。 所述单片机6带有USB2. 0收发器和串行接口引擎SIE，通过单片机6的USB接口 与上位计算机4USB接口连接。所述单片机6是FX2系列芯片。以外扩的EEPROM存储器7作为PID/VID程序的 装载源。所述模数转换器8是Σ -Δ型24位高精度模数转换器。以高精度电位器9作为 其基准电压源。所述模数转换器8带有SPI串行接口，并通过SPI串行接口与单片机6的输入接 口连接。所述前置抗干扰电路10包括串联连接的前置限幅电路和前置抗干扰电路。所述显示器11是包括液晶显示模块的液晶显示器或者是带有分离的液晶显示模 块的液晶显示器。所述数据采集终端3带有电源转换模块5，所述电源转换模块的型号是LM1117，其 输入端与USB接口的5V电源线相连，输出连接单片机6电源端。接地网节点电压智能测量系统硬件实现数据的采集、测量、显示以及和PC的USB 通信。主要包括以下几个部分a)预处理电路b)数据转换模块c)系统控制模块4d) USB通信模块e)液晶显示模块f)存储模块g)电源转换模块下面介绍优化的实现方案1.预处理电路为防止源信号中过高的尖峰浪涌及工频干扰影响采集电路，在采集电路前端首先 进行信号预处理。处理电路由两部分组成前置限幅电路采用2个稳压二极管反向串联组成保护电路，实现稳压限幅，避免 瞬时冲击电压或电流对整个硬件电路造成伤害。前置抗干扰电路设计电路较简单、性能较好的Π型RC复式滤波电路先对信号进 行简单滤波，有效滤除50ΗΖ工频干扰。2.数据转换模块采用两片Anolog公司的Σ _ Δ A/D转换器AD7718实现10路数据的采集和转换， 它兼有反馈比较和积分式的特征，能很好的抑制现场环境的工频干扰。将两片AD7718模拟 输入配置成5通道差分输入。AD7718需要外接32ΚΗΖ晶振。采用一片AD780向两片AD7718提供+2. 5V高精度基准电压。3.系统控制及USB通信模块系统控制模块采用CYPRESS公司的符合USB2. 0标准的FX2系列芯片CY7C68013A， 其包括USB2.0收发器，串行接口引擎(SIE)和增强型51内核。它控制两片AD的数据采集， 将采集结果显示在液晶上，并和PC之间通过USB2. 0高速接口进行通信，将采集结果上传至 PC以便腐蚀诊断软件进行计算诊断。CY7C68013A从E2PR0M中读取PID/VID程序。当在预先选出的接地网引出线两端加入10-30A直流电流时，利用智能数据采集 终端同时采集接地网测试节点的多路信号，经高精度模数转换器后，将24bit数字信号通 过SPI接口传输到USB控制器(CY7C68013)，然后通过USB接口将数据送入PC机上进行处 理、判断和分析。同时，通过CY7C68013的I2C接口 SLC和SDA将数据送入液晶显示器。通 过AD7718内置的积分器和滤波器，以及前端的滤波电路，能有效的抑制强电磁场环境下对 地网的干扰，尤其能很好的抑制工频信号的干扰，使得采集到的数据达到精准、稳定、可靠 的要求。本系统有如下优势利用嵌入式技术实现数据的智能测量1、完全嵌入MCU核，与C++、汇编语言完美结合。2、面向对象，并可扩展US本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接地网节点电压智能测量系统，其特征是：该系统由数据采集终端（３）和与之串行通信的上位计算机（４）构成，所述数据采集终端（３）包括单片机（６）、显示器（１１）、模数转换器（８）和前置抗干扰电路（１０），所述显示器（１１）、模数转换器（８）通过其通信接口与单片机（６）的数据线相连接，所述前置抗干扰电路（１０）的输出端与模数转换器（８）的输入接口连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚尧，金涛，许刚，邓万婷，喻亚非，
申请(专利权)人：湖北省电力试验研究院，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]