专利名称：电容器运行监测预警仪表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电容器运行监测预警仪表，尤其是一种具有数据存储和报警值设定的电容器运行监测预警仪表。
背景技术：
对于高低压电力电容器装置，国标规定必须具有以下几种保护:过电流保护，过电压保护，低电压保护，不平衡保护，谐波超限保护。目前市场上的电容器保护装置有分立元件和综合保护两种方式，分立元件方式是由电流继电器，电压继电器，时间继电器和中间继电器等组成保护系统，采用元件众多，安装接线和调试均不方便，基本处于淘汰。综合保护是采用数字化方法，将各个保护功能集中在电子电路板上，由中央处理器计算并输出动作信号。上述保护方式只是针对已经发生的电容器故障，当故障电流或者电压达到保护设定值时，保护装置动作。实际上在保护动作之前，电容器的故障已经发生，损坏已经形成，保护的作用只是切断故障电路，防止故障进一步扩大。目前电容器保护装置的缺点是不能对电容器的非正常运行状态进行检测和预警。因为电容器从不正常状态到故障形成，保护跳闸有一个发展过程，如果能够对不正常状态进行检测并预警，提醒运行管理人员及时处理，则可以减少损失，保证电容器装置的安全运行。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有数据存储和监测预警功能的电容器运行监测预警仪表。为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:一种电容器运行监测预警仪表，其关键技术在于:其包括键盘、电流采样电路、电压采样电路、模数转换器U1、装有计算和快速傅里叶级数分析(FFT)软件的中央处理器U2、LCD显示器、通讯模块以及存储有报警定值的可编程存储器U3;所述电流采样电路和电压采样电路的输出端分别与模数转换器Ul的相应输入端连接，所述模数转换器Ul与中央处理器U2双向连接，中央处理器U2的输出端与LCD显示器的相应输入端连接，所述中央处理器U2通过数据总线与可编程存储器U3连接。所述中央处理器U2的型号为STM32F103RET6 ;所述可编程存储器U3的型号为AT45DB081DSV。所述模数转换器Ul采用三相电能计量芯片，其型号为ATT7022D。所述通讯模块型号为RSM485 ;所述IXD显示器的型号为CX16012801S-VA。所述电流采样电路由A相、B相和C相三相相同的电路组成；所述电压采样电路也由A相、B相和C相三相相同的电路组成；其中电流采样电路的A相包括电流互感器、电阻R2、R4、R6、R8、RlO以及电容Cl和C2，所述电阻R2与电流互感器的二次侧LI并联，所述电流互感器的二次侧LI 一端经电阻R4接模数转换器Ul的3脚、其另一端经电阻R8接模数转换器Ul的4脚，所述电容Cl接在模数转换器Ul的3脚与地之间，所述电容C2接在模数转换器Ul的4脚与地之间，所述电阻R6接在模数转换器Ul的3脚和11脚之间，所述电阻RlO接在模数转换器Ul的4脚和11脚之间；所述电压采样电路的A相包括电阻R1、R3、R7、R9、R5和Rl I以及电容Cl 1、C22，所述A相的VA、VN端分别依次经电阻Rl和R3、R7和R9接模数转换器Ul的13脚、14脚，所述电容Cll接在模数转换器Ul的13脚与地之间，所述电容C22接在模数转换器Ul的14脚与地之间，所述电阻R5接在模数转换器Ul的13脚和11脚之间，所述电阻Rll接在模数转换器Ul的14脚和11脚之间。所述中央处理器U2的36脚接可编程存储器的I脚，所述中央处理器U2的34脚接可编程存储器U3的2脚，所述中央处理器U2的33脚接可编程存储器U3的4脚，所述中央处理器U2的35脚接可编程存储器U3的8脚。采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本实用新型通过设置的可编程存储器可以将电流电压数据以及谐波的数据存储，并将实测值与设定的报警值进行比较，当实测值达到报警值时，发出报警信号，提醒运行人员及时检查，排除故障隐患；本实用新型可设定的报警项目为:过电流，过电压，低电压，电流不平衡，电压不平衡，谐波电压和谐波电流，其设定数值根据不同需要确定，报警项目可以全部设定，也可以针对特定用途选择其中的几项进行设定。IXD显示器可以同步显示电流电压值，功率值以及谐波电流电压的柱状图，以便观察电容器装置的运行状况；中央处理器内安装有傅里叶级数分解软件，可以求出信号中的谐波分量，以便查看电能质量。本实用新型填补了电容器保护预警的空白，具有极大的技术和经济价值。
图1是本实用新型的硬件连接框图；图2是本实用新型的电路原理图；图3是本实用新型的软件流程框图图4是电流历史记录图；图5是电压历史记录图；图6是电流谐波直方图；图7是电压谐波直方图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。 参见附图1、附图2和附图3，本实用新型包括键盘、电流采样电路和电压采样电路、模数转换器U1、装有计算和快速傅里叶级数分析软件(FFT)的中央处理器U2、IXD显示器、通讯模块以及可编程存储器U3，可编程存储器U3内存储有各种报警设置值；所述电流采样电路和电压采样电路的输出端分别与模数转换器Ul的相应输入端连接，所述模数转换器Ul与中央处理器U2双向连接，中央处理器U2的输出端与IXD显示器的相应输入端连接，所述中央处理器U2通过数据总线与可编程存储器U3连接。其中，所述中央处理器的型号为STM32F103RET6 ;所述可编程存储器的型号为AT45DB081DSVo所述模数转换器采用三相电能计量芯片，其型号为ATT7022D。所述通讯模块型号为RSM485 ;所述LCD显示器的型号为HG12864-15AF。参见附图2，所述电流采样电路由A相、B相和C相三相相同的电路组成，其中A相包括电流互感器、电阻R2、R4、R6、R8、RlO以及电容Cl和C2，所述电阻R2与电流互感器的二次侧LI并联，所述电流互感器的二次侧LI 一端经电阻R4接模数转换器Ul的3脚、其另一端经电阻R8接模数转换器Ul的4脚，所述电容Cl接在模数转换器Ul的3脚与地之间，所述电容C2接在模数转换器Ul的4脚与地之间，所述电阻R6接在模数转换器Ul的3脚和11脚之间，所述电阻RlO接在模数转换器Ul的4脚和11脚之间。其中电流采样电路的8相包括电流互感器1^2、电阻1 12、1 14、1 16、1 20、R18以及电容C3和C4 ;电流采样电路的C相包括电流互感器L3、电阻R22、R24、R28、R26、R30以及电容C5和C6。参见附图2，所述电压采样电路由A相、B相和C相三相相同的电路组成,其中A相包括电阻Rl、R3、R7、R9、R5和Rl I以及电容Cl 1、C22，所述A相的VA、VN端分别依次经电阻Rl和R3、R7和R9接模数转换器Ul的13脚、14脚，所述电容Cll接在模数转换器Ul的13脚与地之间，所述电容C22接在模数转换器Ul的14脚与地之间，所述电阻R5接在模数转换器Ul的13脚和11脚之间，所述电阻Rll接在模数转换器Ul的14脚和11脚之间。电压采样电路的B相包括电 阻R13、R15、R17、R19、R21和R23以及电容C33、C44 ;电压采样电路(:相包括电阻1 25、1 27、1 29、1 31、1 33 和 R35 以及电容 C55、C66。所述中央处理器的36脚接可编程存储器的I脚，所述中央处理器的34脚接可编程存储器的2脚，所述中央处理器的33脚接可编程存储器的4脚，所述中央处理器的35脚接可编程存储器的8脚。参见附图2和附图3，电流互感器二次侧三相采样电流Ia、Ib、Ic信号分别与模数转换器的输入端连接。三相采样电压Ua、Ub、Uc信号分别与模数转换器的输入端连接。模数转换器Ul采用六通道双极输入19位A/D转换器ATT7022D芯片，其将电流电压的模拟量转换为数字量，然后送至中央处理器U2进行计算处理。中央处理器U2外接有实时时钟集成电路、RSM485通讯模块和外键接口。中央处理器U2的数字信号输出端与IXD显示器连接。中央处理器U2和可编程存储器U3之间经过SPI连接，中央处理器U2通过FFT软件实时分析计算，得出基波和2 31次谐波的幅值。中央处理器Ul —方面通过锁存器将计量参数保存在可编程存储器U3中，其存储有电流电压及相关谐波值；另一方面将各计量参数输出至IXD显示器(160*128)，通过显示屏进行显示，当外部有数据传输要求时，向485通讯模块传输数据，即通过RSM485通讯模块和PC机相连，可以对仪表进行相关设置和数据传输，计量数据传送至PC机上，由PC机管理软件进行管理。RSM485接口最多可连接128块仪表，通信距离达1.5公里。参见附图3，其为工作流程框图，电流电压的实测值与存储的设定值进行比较，当实测值大于设定值时，经过累计和延时后，对该事件进行记录，同时控制仪表内置继电器闭合，导通报警电路。各种报警项目采取“或”关系执行。操作人员可以通过事件查询功能，确定报警原因，以便采取相应措施。超限数据也可以通过RS485通信口传到管理计算机进行记录。参见附图4和附图5，工作时，电流电压值历史数据的表述方式采用图形方式，纵轴为有效值，按伏(V)，安培(A)或者千安培(kA)千伏(kV)的幅值刻度，横轴为24小时的时间刻度，电流电压值根据幅值和时间进行整点定时记录。在第24小时结束时，将24小时记录的数据存入可编程存储器U3。当需要查看以前某一天的历史数据时，通过历史数据查询功能，通过机内的万年历确认日期，该天的数据即显示在屏幕上。调取历史数据时，并不影响仪表的正常测量和记录。历史数据共存储365天，采取循环存储的方式，即存储满365天后，最近24小时数据存入时，覆盖第一个24小时的数据。参见附图6和附图7，在对模数转换后的数字量进行基波计量的同时，由中央处理器对RMS值进行快速傅里叶级数(FFT)变换，求出信号中的谐波分量，本实用新型可以对谐波全频谱分析到2 — 31次，即对奇数次和偶数次谐波均进行谐波分析。2-31次谐波值以柱状图的形式在液晶屏上显示，纵轴按百分数表示谐波的含量，横轴表示2-31次谐波次数，谐波的含量以柱状图的形式表示(HRi%，HRu%)，显示屏上同时显示基波电流(A，kA)、电压(V，kV)，以及分析区间(2-31)的总的谐波畸变率(THDi%，THDu%)。数据的采样频率为
3.2K/秒，当24小时结束时，仪表计算出24小时内3相中各次谐波的95%概率大值，最小值和平均值，存入可编程存储器U3。当需要查看以前某一天的谐波数据时，通过历史数据查询功能，通过机内的万年历确认日期，该天的各种数据即显示在屏幕上。调取历史数据时，并不影响仪表的正常测量和记录。历史数据共存储365天，采取循环存储的方式，即存储满365天后，最近24小时数据存入时，覆盖第一个24小时的数据。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.一种电容器运行监测预警仪表，其特征在于:其包括键盘、电流采样电路、电压采样电路、模数转换器U1、装有计算和快速傅里叶级数分析软件的中央处理器U2、IXD显示器、通讯模块以及存储有报警定值的可编程存储器U3;所述电流采样电路和电压采样电路的输出端分别与模数转换器Ul的相应输入端连接，所述模数转换器Ul与中央处理器U2双向连接，中央处理器U2的输出端与IXD显示器的相应输入端连接，所述中央处理器U2通过数据总线与可编程存储器U3连接。
2.根据权利要求1所述的电容器运行监测预警仪表，其特征在于:所述中央处理器U2的型号为STM32F103RET6 ;所述可编程存储器U3的型号为AT45DB081DSV。
3.根据权利要求1所述的电容器运行监测预警仪表，其特征在于:所述模数转换器Ul采用三相电能计量芯片，其型号为ATT7022D。
4.根据权利要求1所述的电容器运行监测预警仪表，其特征在于:所述通讯模块型号为RSM485 ;所述IXD显示器的型号为CX16012801S-VA。
5.根据权利要求3所述的电容器运行监测预警仪表，其特征在于:所述电流采样电路由A相、B相和C相三相相同的电路组成；所述电压采样电路也由A相、B相和C相三相相同的电路组成； 其中电流采样电路的A相包括电流互感器、电阻R2、R4、R6、R8、RlO以及电容Cl和C2，所述电阻R2与电流互感器的二次侧LI并联，所述电流互感器的二次侧LI 一端经电阻R4接模数转换器Ul的3脚、其另一端经电阻R8接模数转换器Ul的4脚，所述电容Cl接在模数转换器Ul的3脚与地之间，所述电容C2接在模数转换器Ul的4脚与地之间，所述电阻R6接在模数转换器Ul的3脚和11脚之间，所述电阻RlO接在模数转换器Ul的4脚和11脚之间； 所述电压采样电路的A相包括电阻R1、R3、R7、R9、R5和Rll以及电容Cll、C22，所述A相的VA、VN端分别依次经电阻Rl和R3、R7和R9接模数转换器Ul的13脚、14脚，所述电容Cll接在模数转换器Ul的13脚与地之间，所述电容C22接在模数转换器Ul的14脚与地之间，所述电阻R5接在模数转换器Ul的13脚和11脚之间，所述电阻Rll接在模数转换器Ul的14脚和11脚之间。
6.根据权利要求2所述的电容器运行监测预警仪表，其特征在于:所述中央处理器U2的36脚接可编程存储器的I脚，所述中央处理器U2的34脚接可编程存储器U3的2脚，所述中央处理器U2的33脚接可编程存储器U3的4脚，所述中央处理器U2的35脚接可编程存储器U3的8脚。
专利摘要本实用新型公开了一种电容器运行监测预警仪表，其包括键盘、电流电压采样电路、模数转换器、装有计算和快速傅里叶级数分析软件中央处理器、LCD显示器、通讯模块以及存储有报警定值的可编程存储器；所述电流电压采样电路的输出端与模数转换器的相应输入端连接，所述模数转换器与中央处理器双向连接，中央处理器的输出端与LCD显示器的相应输入端连接，所述中央处理器通过数据总线与可编程存储器连接。本实用新型设有可编程存储器以及计算和超限报警软件，从而具有数据存储和超限报警功能，这样就可以根据需要设定各项预警值，为电容器的安全运行提供保障。
文档编号G01R31/00GK203069704SQ20132002991
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月21日 优先权日2013年1月21日
发明者贾保军 申请人:贾保军