带电作业绝缘斗臂车泄漏电流报警装置的制作方法

本发明涉及一种泄漏电流检测装置,具体地说，涉及一种带电作业绝缘斗臂车泄漏电流报警装置，属于电力电子技术领域。

背景技术：

目前，10kv配网不停电作业正在大规模普及开展，“能带不停”既是社会经济发展的需要，也是国家电网公司大力推行的惠民政策。

在与各供电企业交流以及咨询相关研究机构的不停电培训基地得知，开展10kv配网不停电作业基本采用利用绝缘斗臂车进行中间电位作业方式。在利用绝缘斗臂车进行不停电作业中，由于现有泄漏电流检测装置体积大、安装繁琐，安装在车辆上以后，严重影响作业效率和作业安全，所以绝大部分作业车辆尚未安装泄露电流检测装置。由此在带电作业过程中，给施工作业带来一定的安全隐患。

为解决此类安全隐患，本发明设计了一种带电作业绝缘斗臂车泄漏电流报警装置，通过嵌入报警装置内部的电流检测单元实时检测作业过程中线路对绝缘斗臂车和人员的泄漏电流大小，并通过装置处理器对电流信号计算处理，当超过500ua时，装置及时告警，尽量减少安全隐患发生。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种绝缘斗臂车泄漏电流报警装置，克服了现有车载泄流电流检测装置的缺陷，采用本发明后，不仅解决了车载泄流电流检测装置安装繁琐、影响作业安全的问题，能够对带电作业绝缘斗臂车进行作业过程中进行实时报警的目的，结构小巧，方便使用，检测准确。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：带电作业绝缘斗臂车泄漏电流报警装置,包括内部电压测量电路、互感器信号预处理电路和泄漏电流检测电路。

一种优化方案，还包括模数转换接口电路。

进一步地，所述泄漏电流检测电路、互感器信号预处理电路、内部电压测量电路、模数转换接口电路均连接电源及锂电池保护电路。

进一步地，所述内部电压测量电路，用来测量传感器输出的电压有效值；模拟电压波形由σ-δ转换器以时钟频率/分频比为：/8sps的速度采样。

进一步地，所述互感器信号预处理电路包括电流检测单元，所述电流检测单元包括二极管d1、二极管d2，电感线圈l1，可调电阻p1，电容c1和tvs管t1，电感线圈l1的一端连接互感器j1，电感线圈l1的另一端分别连接tvs管t1的一端、可调电阻p1的一端，tvs管t1的另一端连接互感器j2，可调电阻p1的另一端也连接互感器j2，tvs管t1的另一端还连接泄漏电流检测电路，可调电阻p1的滑动端分别连接二极管d1的一端、二极管d2的一端、电容c1的一端，互感器j2还连接二极管d1的另一端、二极管d2的另一端、电容c1的另一端和泄漏电流检测电路。

进一步地，所述泄漏电流检测电路，包括二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6、二极管d7、稳压二极管t2，发光二极管op1，可调电阻p2，电阻r1、电阻r2和电容c2；二极管d3的一端分别连接二极管d4的一端和互感器信号预处理电路，二极管d3的另一端连接二极管d5的一端；二极管d4的另一端分别连接电容c2的一端、可调电阻p2的一端和二极管d6的一端，二极管d6的另一端分别连接二极管d5的另一端和电流检测单元，二极管d5的另一端还分别连接电容c2的另一端、可调电阻p2的另一端、稳压二极管t2的一端和发光二极管op1的一脚，稳压二极管t2的另一端分别连接可调电阻p2的另一端和电阻r1的一端，电阻r1的一端连接发光二极管op1的另一脚，发光二极管op1的第三脚分别连接电阻r2的一端和二极管d7的一端，电阻r2的另一端连接电源vcc，二极管d7的另一端接单片机中断引脚；发光二极管op1的第四脚接地。

进一步地，所述模数转换接口电路包括集成电路u1、集成电路u2、集成电路u3，所述集成电路u1的x0、y0脚接传感器输出信号的负端和正端。

进一步地，所述集成电路u1的13脚接电阻r1的一端，电阻r1的另一端分别连接c2的一端、电容c4的一端和集成电路u2的15脚，集成电路u1的3脚连接接电阻r2的一端，电阻r2的另一端分别连接电容c3的一端、电容c4的另一端和集成电路u2的16脚，电容c3的另一端连接电容c2的另一端，电容c3的另一端还接地；集成电路u1的9脚接电阻r3的一端,集成电路u1的10脚接电阻r4的一端，电阻r3和电阻r4均接地；集成电路u1的6脚接地。

进一步地，所述集成电路u2的1脚连接石英晶体振荡器的一端，石英晶体振荡器的另一端连接集成电路u1的24脚，集成电路u2的9脚和10脚均接地，集成电路u2的12脚连接电容c5的一端，电容c5的另一端接地；集成电路u2的13脚和4脚均接地，集成电路u2的8脚接电阻r5的一端，电阻r5的另一端接电阻r6的一端，电阻r6的另一端接地，电阻r6的一端连接集成电路u2的17脚，集成电路u2的8脚还接地，集成电路u2的20脚连接电阻r7的一端，电阻r7的另一端连接集成电路u3的11脚；集成电路u2的19脚连接电阻r8的一端，电阻r8的另一端连接集成电路u3的5脚；集成电路u2的7脚连接电阻r9的一端，电阻r9的另一端连接集成电路u3的4脚；集成电路u2的5脚连接电阻r10的一端，电阻r10的另一端连接集成电路u3的3脚；集成电路u2的6脚连接电阻r11的一端，电阻r11的另一端连接集成电路u3的2脚；集成电路u2的21脚连接电阻r12的一端，电阻r12的另一端连接集成电路u3的1脚；集成电路u2的14脚连接电阻r14的一端，电阻r14的另一端分别连接集成电路u2的3脚和电容c1的一端，电容c1的另一端接地，集成电路u2的14脚接地。

进一步地，还包括显示电路，所述显示电路包括集成电路d1、扬声器sm1、电容c1和灯泡e1；所述集成电路d1的23、32、33、35、36、46脚接地，集成电路d1的34脚接灯泡e1，集成电路d1的37、38脚接电源，集成电路d1的43脚接电容c1的一端、电容c1的另一端接地，集成电路d1的9脚接扬声器sm1的1脚，集成电路d1的10脚接扬声器sm1的2脚，集成电路d1的11脚接扬声器sm1的3脚，集成电路d1的12脚接扬声器sm1的6脚，扬声器sm1的4脚接地。

本发明采用上述技术方案，实现了一种绝缘斗臂车泄漏电流报警装置，与现有泄露电流检测装置相比，具有以下优点：从结构上改变泄漏电流检测装置；该装置可广泛适用于现有10kv绝缘斗臂车，结构小巧，方便使用，检测准确；克服了现有车载泄流电流检测装置的缺陷，不仅解决了车载泄流电流检测装置安装繁琐、影响作业安全的问题，能够对带电作业绝缘斗臂车进行作业过程中进行实时报警的目的；当泄漏电流大于500ua时会立刻报警，适用于10kv各类型的绝缘斗臂车，克服了现有车载泄流电流检测装置过大、安装繁琐、使用不方便、影响作业安全的问题，并且可以实现实时在线检测，保证了作业人员的安全。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1是本发明实施例中带电作业绝缘斗臂车泄漏电流报警装置的装置结构框图；

附图2是本发明的互感器信号预处理电路及泄漏电流检测电路图；

附图3是模数转换接口电路图；

附图4是内部电压测量原理图；

附图5是电源及锂电池保护电路图；

附图6是显示电路图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1带电作业绝缘斗臂车泄漏电流报警装置

如图1所示，本发明提供一种带电作业绝缘斗臂车泄漏电流报警装置，包括电源及锂电池保护电路、互感器信号预处理电路、泄漏电流检测电路、模数转换接口电路、内部电压测量电路、显示电路，其中：

电源及锂电池保护电路，用于保护蓄电池出现过压、过流、短路时的损坏，提供各电路需要的工作电源；

互感器信号预处理电路，由二极管、分压电位器和限幅二极管及去耦电容等组成。

泄漏电流检测电路，用于检测通过绝缘斗臂车的泄漏电流信号强度，主要由后端的二极管整流电路和光电耦合隔离电路来完成。

模数转换接口电路，通过模拟开关分时切换将预处理后的信号接入芯片1，进行σ-δ型模数转换、滤波器、放大器和计算有效值；

内部电压测量电路，主要利用a/d转换、放大和滤波功能，来测量传感器输出的电压有效值。

显示电路，主要包括spi通信程序、i²c通信程序、芯片1数据读写程序、显示程序和校准数据存储等基本功能子程序电源及锂电池保护电路，用于保护蓄电池出现过压、过流、短路时的损坏，提供各电路需要的工作电源；

泄漏电流检测电路、互感器信号预处理电路、内部电压测量电路、模数转换接口电路、显示电路均连接电源及锂电池保护电路。

如图2-6所示，所述互感器信号预处理电路包括电流检测单元，

所述电流检测单元包括二极管d1、二极管d2，电感线圈l1，可调电阻p1，电容c1和tvs管t1，

电感线圈l1的一端连接互感器j1，

电感线圈l1的另一端分别连接tvs管t1的一端、可调电阻p1的一端，

tvs管t1的另一端连接互感器j2，

可调电阻p1的另一端也连接互感器j2，

tvs管t1的另一端还连接泄漏电流检测电路，

可调电阻p1的滑动端分别连接二极管d1的一端、二极管d2的一端、电容c1的一端，

互感器j2还连接二极管d1的另一端、二极管d2的另一端、电容c1的另一端和泄漏电流检测电路。

所述泄漏电流检测电路，包括二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6、二极管d7、稳压二极管t2，发光二极管op1，可调电阻p2，电阻r1、电阻r2和电容c2。

二极管d3的一端分别连接二极管d4的一端和电流检测单元，二极管d3的另一端连接二极管d5的一端；

二极管d4的另一端分别连接电容c2的一端、可调电阻p2的一端和二极管d6的一端，

二极管d6的另一端分别连接二极管d5的另一端和电流检测单元，

二极管d5的另一端还分别连接电容c2的另一端、可调电阻p2的另一端、稳压二极管t2的一端和发光二极管op1的一脚，

稳压二极管t2的另一端分别连接可调电阻p2的另一端和电阻r1的一端，

电阻r1的一端连接发光二极管op1的另一脚，

发光二极管op1的第三脚分别连接电阻r2的一端和二极管d7的一端，电阻r2的另一端连接电源vcc，二极管d7的另一端接单片机中断引脚；

发光二极管op1的第四脚接地。

将有泄漏电流或其它强干扰窜入时的高输出电压通过电容c1和二极管d3、d4、d5、d6来保护后续电路，分压电位器p2用来调节进入芯片1的输入电压，与软件配合调试到恰当的分压比简化软件中的计算程序。

芯片1的型号为stm32f103。

由于斗臂车泄漏电流允许的最大允许值为500ua，当泄漏电流大于允许值时，传感器j1与传感器j2的输出电压会远远大于正常的输出电压，导致二极管t1整流电路有输出，从而驱动光电耦合隔离器工作，使二极管d7的两端对于单片机都属于低电平范畴，将互感器信号预处理电路中的d7“接单片机中断”引脚并联接到单片机的中断引脚，相当于执行逻辑与操作，发生放电会导致单片机的中断引脚处于低电平状态从而触发中断，电阻r2的“接单片机i/o”端接到单片机的普通i/o口。中断发生后通过中断处理程序读取相关的i/o口状态，判断是否泄漏电流过大。

所述模数转换接口电路包括集成电路u1、u2、u3，电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5和电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13，所述集成电路u1的x0、y0脚接传感器输出信号的负端和正端。

集成电路u1的型号为stm32f103c8t6,集成电路u2的型号为cp2101、集成电路u3的型号为esp32。

集成电路u1的13脚接电阻r1的一端，电阻r1的另一端分别连接c2的一端、电容c4的一端和集成电路u2的15脚，集成电路u1的3脚连接接电阻r2的一端，电阻r2的另一端分别连接电容c3的一端、电容c4的另一端和集成电路u2的16脚，电容c3的另一端连接电容c2的另一端，电容c3的另一端还接地。

集成电路u1的9脚接电阻r3的一端,集成电路u1的10脚接电阻r4的一端，电阻r3和电阻r4均接地；集成电路u1的6脚接地。

集成电路u2的1脚连接石英晶体振荡器的一端，石英晶体振荡器的另一端连接集成电路u1的24脚，集成电路u2的9脚和10脚均接地，集成电路u2的12脚连接电容c5的一端，电容c5的另一端接地；集成电路u2的13脚和4脚均接地，集成电路u2的8脚接电阻r5的一端，电阻r5的另一端接电阻r6的一端，电阻r6的另一端接地，电阻r6的一端连接集成电路u2的17脚，集成电路u2的8脚还接地，集成电路u2的20脚连接电阻r7的一端，电阻r7的另一端连接集成电路u3的11脚；

集成电路u2的19脚连接电阻r8的一端，电阻r8的另一端连接集成电路u3的5脚；

集成电路u2的7脚连接电阻r9的一端，电阻r9的另一端连接集成电路u3的4脚；

集成电路u2的5脚连接电阻r10的一端，电阻r10的另一端连接集成电路u3的3脚；

集成电路u2的6脚连接电阻r11的一端，电阻r11的另一端连接集成电路u3的2脚；

集成电路u2的21脚连接电阻r12的一端，电阻r12的另一端连接集成电路u3的1脚；

集成电路u2的14脚连接电阻r14的一端，电阻r14的另一端分别连接集成电路u2的3脚和电容c1的一端，电容c1的另一端接地，集成电路u2的14脚接地。

通过将泄漏电流测量互感器的输出信号接入采样预处理电路处理，通过模拟开关分时切换将其中一路预处理后的信号接入芯片1，经该芯片的σ-δ型模数转换、滤波器、放大器和有效值计算模块处理后，获得电压有效值存入芯片内部的有效值寄存器，由单片机通过spi接口读取芯片1内部相应的寄存器获知转换结果。

所述内部电压测量电路，利用芯片1的a/d转换、放大和滤波功能，来测量传感器输出的电压有效值。芯片1的内部测量电压的原理如图4所示，模拟电压波形由σ-δ转换器以（时钟频率/分频比）/8sps的速度采样，后经高速数字低通滤波器对数据进行低通滤波，以去除调制器输出的高频噪声，数据接下来通过fir补偿滤波器，以补偿通过低通滤波器后产生的幅值损耗。通道提供一个可选的高通滤波器hpf，它可以加入信号通路，以在有效值、电能计算之前除去电流、电压信号中的直流成分（该滤波器可通过使能寄存器中的特定位启动），滤波后瞬态电压的数字量将基于dc偏移量寄存器（进行加法运算）和增益寄存器（进行乘法运算）进行偏移量、增益调整。经过偏移量和增益调整，24位瞬态数据采样值存入瞬态电压和电流寄存器，用户可通过接口从其中读出采样数据。有效值则利用最近的n个瞬态电压采样值计算，这些值可从电压有效值寄存器中读出。

所述显示电路包括集成电路d1、扬声器sm1、电容c1和灯泡e1。集成电路d1的型号为：stc15f2k60s2。

所述集成电路d1的23、32、33、35、36、46脚接地，

集成电路d1的34脚接灯泡e1，集成电路d1的37、38脚接电源，集成电路d1的43脚接电容c1的一端、电容c1的另一端接地，集成电路d1的9脚接扬声器sm1的1脚，集成电路d1的10脚接扬声器sm1的2脚，集成电路d1的11脚接扬声器sm1的3脚，集成电路d1的12脚接扬声器sm1的6脚，扬声器sm1的4脚接地。

设备上电后，显示模块读取系统配置文件，进行检测，所有功能都正常后按照核心cpu配置的报警输出信号源和端口号进行连接，建立数据链路，为报警信息的发送建立数据通道，接收报警信号后发送报警指示。

所述电源及锂电池保护电路1包括集成电路d4、mos管d3a、mos管d3b、锂电池bt1a、锂电池bt1b、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c5、电容c6。集成电路d4的型号为epm570t。

所述集成电路d4的1脚接mos管d3a的4脚，集成电路d4的2脚接mos管d3b的2脚，集成电路d4的3脚电阻r4的一端，电阻r4的另一端接地，集成电路d4的4脚接电阻r3的一端、电容c6的一端；电阻r3的另一端接锂电池bt1a的负极和锂电池bt1b的正极，电容c6的另一端接锂电池bt1b的负极和集成电路d4的6脚，

集成电路d4的5脚接电阻r2的一端和电容c5的一端，电阻r2的另一端接锂电池bt1a的正极和集成电路d4的3脚，电容c5的另一端接集成电路d4的6脚。

集成电路d4的1脚控制mos管d3a打开和关闭锂电池bt1a和锂电池bt1b的放电通道，当出现过流、短路等损坏锂电池的异常情况发生时电阻r4出现过电压报警，报警信号传输到集成电路d4的3脚触发1脚关断mos管的输出，停止对外放电，从而保护锂电池因较大电流对外放电造成的发热甚至爆炸危险的发生，当锂电池bt1a和锂电池bt1b因正常使用导致的电压过低，低于设备正常工作的电压后，电阻r4检测到欠压信号输出到集成电路d4的4脚触发1脚关断mos管d2的输出，停止对外放电，保护锂电池不会出现严重欠压而影响使用寿命。由于锂电池bt1a和锂电池bt1b串联在一起的电压高于电路正常工作电压，所以使用集成电路d4将高电压转换为设备正常工作的电压，并且再次隔离电源两端的信号产生的相互串扰，提高电源系统的稳定性。

本发明公开了一种绝缘斗臂车泄漏电流报警装置，从结构上改变泄漏电流检测装置；该装置可广泛适用于现有10kv绝缘斗臂车，结构小巧，方便使用，检测准确；克服了现有车载泄流电流检测装置的缺陷，不仅解决了车载泄流电流检测装置安装繁琐、影响作业安全的问题，能够对带电作业绝缘斗臂车进行作业过程中进行实时报警的目的；当泄漏电流大于500ua时会立刻报警，适用于10kv各类型的绝缘斗臂车，克服了现有车载泄流电流检测装置过大、安装繁琐、使用不方便、影响作业安全的问题，并且可以实现实时在线检测，保证了作业人员的安全。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。