一种具有过电压测量功能的特高频局放信号模拟装置的制作方法

本实用新型涉及电压诊断装置领域，更具体地，涉及一种具有过电压测量功能的特高频局放信号模拟装置。

背景技术：

局部放电试验具有较高的灵敏度。对于新设计和制造的高压电气设备，通过局部放电测量可以及时发现绝缘中的薄弱环节，防止设计与制造工艺上的差错及材料的使用不当，是鉴别产品绝缘或设备运行可靠性的一种重要方法，它能发现耐压试验无法发现的设备缺陷。局部放电测试是当前电力设备预防性试验的重要项目之一。

在GIS设备局部放电测试中，当GIS设备内部发生局部放电时，首先要由局放测试仪的传感器接收，再由局放测试仪予以分析和处理。由于现在的局放测试传感器厂家众多，产品良莠不齐，很多传感器因为质量问题，其灵敏度很低，这样便可能造成以下问题即：

当GIS设备使用这种传感器来接收局放信号时，当GIS设备内部发生了局放，可能该传感器无法检测到这种信号。

GIS局放测试仪一般测试局放信号中的高频部分，而高频信号在传播过程中会衰减比较大，当GIS设备内部发生局放时，可能因为传感器的装设位置较远，而检测不到这种局放信号。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有GIS局放测试仪的缺陷，提供了一种新的具有过电压测量功能的特高频局放信号模拟装置。本实用新型可模拟高电压幅值的特高频局部放电，用来检测GIS局放测试传感器是否能正常工作；具有过电压检测功能，能有效防止由于局放信号电压过高二导致后续电路损坏。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种具有过电压测量功能的特高频局放信号模拟装置，包括微处理芯片、信号发生器、第一驱动放大电路、恒压源、电压检测模块、充电电阻、放电电阻、第一继电器、第二继电器、第一电容、第三继电器、第二驱动电路和模数转换模块，其中，

所述的微处理芯片的第一输出端与信号发生器的输入端电连接；

所述的微处理芯片的第二输出端与第二驱动电路的输入端电连接；

所述的第二驱动电路的输出端与第三继电器的控制端电连接；

所述的信号发生器的输出端与驱动放大电路的输入端电连接；

所述的驱动放大电路的输出端与第一继电器的控制端电连接；

所述的驱动放大电路的输出端与第二继电器的控制端电连接；

所述的第一继电器的动作逻辑与第二继电器动作逻辑相反；

所述的恒压源的输出端与充电电阻的一端电连接；

所述的恒压源的输出端与电压检测模块的输入端电连接；

所述的电压检测模块的输出端与模数转换模块的输入端电连接；

所述的模数转换模块的输出端与微处理芯片的输入端电连接；

所述的充电电阻的另一端与第一继电器的开关侧的一端电连接；

所述的第一继电器的开关侧的另一端与电容的一端电连接；

所述的第一电容的另一端接地；

所述的第一继电器的开关侧的另一端与第二继电器的开关侧的一端电连接；

所述的第二继电器的开关侧的另一端与放电电阻的一端电连接；

所述的第三继电器的开关侧的一端连接电源；

所述的第三继电器的开关侧的另一端与恒压源的输入端电连接；

所述的放电电阻的另一端接地。

本实用新型工作过程如下：

通过微处理芯片控制信号发生器输出方波信号，通过第一驱动放大电路进行功率放大后控制第一继电器和第二继电器进行开断，由于第一继电器和第二继电器的工作逻辑相反，因此当第一继电器闭合，第二继电器断开时，恒压源通过充电电阻给电容进行充电；当第一继电器断开，第二继电器闭合时，充电后的电容通过放电电阻进行放电吗，从而模拟一个局部放电的发生过程，对传感器进行测试。同时，通过电压检测模块对恒压源的输出电压进行检测，将检测的模拟信号经过模数转换模块转换为检测的数字信号，检测的数字信号发送至微处理芯片。当微处理芯片检测恒压源的输出电压超出阈值时，输出信号通过第二驱动放大电路进行功率放大后控制第三继电器断开，切断恒压源的电源端，实现过电压保护。

在一种优选的方案中，所述的电压检测模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一运算放大器和低通滤波电路，其中，

所述的第一电阻的一端作为电压检测模块的输入端，第一电阻的另一端与第二电阻的一端电连接；

所述的第二电阻的另一端接地；

所述的第一电阻的一端与第三电阻的一端电连接；

所述的第一电阻的另一端与第四电阻的一端电连接；

所述的第三电阻的另一端与第一运算放大器的同相输入端电连接；

所述的第四电阻的另一端与第一运算放大器的反相输入端电连接；

所述的第三电阻的另一端与第五电阻的一端电连接；

所述的第四电阻的另一端与第六电阻的一端电连接；

所述的第五电阻的另一端接地；

所述的第六电阻的另一端与第一运算放大器的输出端电连接；

所述的第一运算放大器的输出端与低通滤波电路的输入端电连接，低通滤波电路的输出端作为电压检测模块的输出端。

在一种优选的方案中，所述的第一运算放大器是ADA4096。

本优选方案中，ADA4096是轨到轨运放，具有输入过压保护功能，对于高于或低于供电轨的电压32 V以内的范围，不会发生反相或闩锁。当采集端发生突然断路或者其他问题引起了采集电压过大时，会对测试装置进行过电压保护。

在一种优选的方案中，所述的低通滤波电路包括第一可调电容、第二可调电容、第三可调电容、电感，其中，

所述的电感的一端作为第一低通滤波电路的输入端，电感的另一端作为第一低通滤波电路的输出端；

所述的电感的一端与第一可调电容的一端电连接；

所述的第一可调电容的另一端接地；

所述的电感的一端与第二可调电容的一端电连接；

所述的电感的另一端与第二可调电容的另一端电连接；

所述的电感的另一端与第三可调电容的一端电连接；

所述的第三可调电容的另一端接地。

在一种优选的方案中，所述的恒压源包括同相比例运算电路、分压电路、比例电流源和三极管，其中，

所述的比例电流源的输出端作为特高频局部放大信号发生器的信号输出端，

所述的分压电路的输出端通过电阻与同相比例运算电路的反相输入端电连接；

所述的比例电流源的输出端通过电阻与同相比例运算电路的同相输入端电连接；

所述的同相比例运算电路的输出端通过电阻与三极管的基极电连接；

所述的比例电流源的输出端与三极管的集电极电连接。

在一种优选的方案中，第一驱动放大电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一二极管、第二二极管、第一NPN三极管、第一PNP三极管，其中，

所述的第一二极管的阴极作为第一驱动放大电路的输入端，第一二极管的阳极与第八电阻的一端电连接；

所述的第八电阻的另一端与第一NPN三极管的基级电连接；

所述的第八电阻的另一端与第七电阻的一端电连接；

所述的第七电阻的另一端接正电源；

所述的第一NPN三极管的集电极接正电源；

所述的第一NPN三极管的发射极与第一PNP三极管的发射极电连接，第一NPN三极管的发射极作为第一驱动放大电路的输出端；

所述的第一二极管的阴极与第二二极管的阳极电连接；

所述的第二二极管的阴极与第一PNP三极管的基极电连接；

所述的第二二极管的阴极与第九电阻的一端电连接；

所述的第九电阻的另一端接负电源；

所述的第一PNP三极管的集电极接负电源。

本优选方案中，第一驱动放大电路用于提高输出功率。

在一种优选的方案中，第二驱动放大电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第三二极管、第四二极管、第二NPN三极管、第二PNP三极管，其中，

所述的第三二极管的阴极作为第二驱动放大电路的输入端，第三二极管的阳极与第十一电阻的一端电连接；

所述的第十一电阻的另一端与第二NPN三极管的基级电连接；

所述的第十一电阻的另一端与第十电阻的一端电连接；

所述的第十电阻的另一端接正电源；

所述的第二NPN三极管的集电极接正电源；

所述的第二NPN三极管的发射极与第二PNP三极管的发射极电连接，第二NPN三极管的发射极作为第二驱动放大电路的输出端；

所述的第三二极管的阴极与第四二极管的阳极电连接；

所述的第四二极管的阴极与第二PNP三极管的基极电连接；

所述的第四二极管的阴极与第十二电阻的一端电连接；

所述的第十二电阻的另一端接负电源；

所述的第二PNP三极管的集电极接负电源。

本优选方案中，第二驱动放大电路用于提高输出功率。

在一种优选的方案中，所述的过电压诊断装置还包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，其中，

所述的第一稳压二极管的阳极与电压检测模块的输出端电连接；

所述的第一稳压二极管的阴极接电源；

所述的第二稳压二极管的阴极与电压检测模块的输出端电连接；

所述的第二稳压二极管的阳极接地。

本优选方案，第一稳压二极管和第二稳压二极管实现稳压的功能。

在一种优选的方案中，所述的特高频局放信号模拟装置还包括显示模块，所述的显示模块的输入端与微处理芯片的第三输出端电连接。

本优选方案中，显示模块用于显示恒压源的输出电压的相关信息。

在一种优选的方案中，所述的特高频局放信号模拟装置还包括数据存储器，所述的数据存储器的输入端与微处理芯片的第四输出端电连接。

本优选方案中，数据存储器，用于存储恒压源的输出电压的相关信息。

在一种优选的方案中，所述的微处理芯片是MSP430F149。

本优选方案中，MSP430F149主频最高可达8MHz，具有功耗低、运算快的特点。

在一种优选的方案中，所述的第一继电器、第二继电器和第三继电器是5V继电器。

本优选方案中，采用微型继电器通过高电流通过继电器接点，可能造成接点损坏，所以需要5V继电器。

在一种优选的方案中，所述的信号发生器是ICL8038。

在一种优选的方案中，所述的第一电容是高频瓷片电容。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

1、模拟高电压幅值的特高频局部放电，用来检测GIS局放测试传感器是否能正常工作，有效保障了电力设备的安全；

2、具有过电压检测功能，能有效防止由于局放信号电压过高二导致后续电路损坏。

附图说明

图1为实施例的模块图。

图2为实施例的恒压源电路图。

图3为实施例的低通滤波电路图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种具有过电压诊断功能的特高频局放信号模拟装置，包括MSP430F149、ICL8038、第一驱动放大电路、第二驱动放大电路、AD7920、第一5V继电器、第二5V继电器、充电电阻、充电电阻、放电电阻、恒压源、电压检测模块、第三5V继电器、LCD显示模块、TF卡和高频瓷片电容，其中，

MSP430F149的第一输出端与ICL8038的输入端电连接；

MSP430F149的第二输出端与第二驱动放大电路的输入端电连接；

第二驱动放大电路的输入端与第三5V继电器的控制端电连接；

MSP430F149的第三输出端与LCD显示模块的输入端电连接；

MSP430F149的第四输出端与TF卡的输入端电连接；

ICL8038的输出端与第一驱动放大电路的输入端电连接；

第一驱动放大电路的输出端与第一5V继电器的控制端电连接；

第一驱动放大电路的输出端与第二5V继电器的控制端电连接；

第一5V继电器的动作逻辑与第二5V继电器动作逻辑相反；

恒压源的输出端与充电电阻的一端电连接；

恒压源的输出端与电压检测模块的输入端电连接；

电压检测模块的输出端与AD7920的输入端电连接；

AD7920的输出端与MSP430F149的输入端电连接；

充电电阻的另一端与第一5V继电器的开关侧的一端电连接；

第一5V继电器的开关侧的另一端与高频瓷片电容的一端电连接；

高频瓷片电容的另一端接地；

第一5V继电器的开关侧的另一端与第二5V继电器的开关侧的一端电连接；

第二5V继电器的开关侧的另一端与放电电阻的一端电连接；

放电电阻的另一端接地；

第三5V继电器的开关侧的一端连接电源；

第三5V继电器的开关侧的另一端与恒压源的输入端电连接。

其中，电压检测模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、ADA4096和低通滤波电路，其中，

第一电阻的一端作为电压检测模块的输入端，第一电阻的另一端与第二电阻的一端电连接；

第二电阻的另一端接地；

第一电阻的一端与第三电阻的一端电连接；

第一电阻的另一端与第四电阻的一端电连接；

第三电阻的另一端与ADA4096的同相输入端电连接；

第四电阻的另一端与ADA4096的反相输入端电连接；

第三电阻的另一端与第五电阻的一端电连接；

第四电阻的另一端与第六电阻的一端电连接；

第五电阻的另一端接地；

第六电阻的另一端与ADA4096的输出端电连接；

ADA4096的输出端与低通滤波电路的输入端电连接，低通滤波电路的输出端作为电压检测模块的输出端。

其中，如图2所示，恒压源包括同相比例运算电路、分压电路、比例电流源和三极管，其中，

比例电流源的输出端作为特高频局部放大信号发生器的信号输出端，

分压电路的输出端通过电阻与同相比例运算电路的反相输入端电连接；

比例电流源的输出端通过电阻与同相比例运算电路的同相输入端电连接；

同相比例运算电路的输出端通过电阻与三极管的基极电连接；

比例电流源的输出端与三极管的集电极电连接。

其中，如图3所示，低通滤波电路包括第一可调电容、第二可调电容、第三可调电容、电感，其中，

电感的一端作为第一低通滤波电路的输入端，电感的另一端作为第一低通滤波电路的输出端；

电感的一端与第一可调电容的一端电连接；

第一可调电容的另一端接地；

电感的一端与第二可调电容的一端电连接；

电感的另一端与第二可调电容的另一端电连接；

电感的另一端与第三可调电容的一端电连接；

第三可调电容的另一端接地。

其中，第一驱动放大电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一二极管、第二二极管、NPN三极管、PNP三极管，其中，

第一二极管的阴极作为第一驱动放大电路的输入端，第一二极管的阳极与第八电阻的一端电连接；

第八电阻的另一端与NPN三极管的基级电连接；

第八电阻的另一端与第七电阻的一端电连接；

第七电阻的另一端接正电源；

NPN三极管的集电极接正电源；

NPN三极管的发射极与PNP三极管的发射极电连接，NPN三极管的发射极作为第一驱动放大电路的输出端；

第一二极管的阴极与第二二极管的阳极电连接；

第二二极管的阴极与PNP三极管的基极电连接；

第二二极管的阴极与第九电阻的一端电连接；

第九电阻的另一端接负电源；

PNP三极管的集电极接负电源。

其中，第二驱动放大电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第三二极管、第四二极管、第二NPN三极管、第二PNP三极管，其中，

第三二极管的阴极作为第二驱动放大电路的输入端，第三二极管的阳极与第十一电阻的一端电连接；

第十一电阻的另一端与第二NPN三极管的基级电连接；

第十一电阻的另一端与第十电阻的一端电连接；

第十电阻的另一端接正电源；

第二NPN三极管的集电极接正电源；

第二NPN三极管的发射极与第二PNP三极管的发射极电连接，第二NPN三极管的发射极作为第二驱动放大电路的输出端；

第三二极管的阴极与第四二极管的阳极电连接；

第四二极管的阴极与第二PNP三极管的基极电连接；

第四二极管的阴极与第十二电阻的一端电连接；

第十二电阻的另一端接负电源；

第二PNP三极管的集电极接负电源。

其中，过电压诊断装置还包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，其中，

第一稳压二极管的阳极与电压检测模块的输出端电连接；

第一稳压二极管的阴极接电源；

第二稳压二极管的阴极与电压检测模块的输出端电连接；

第二稳压二极管的阳极接地。

本实施例工作过程：

通过MSP430F149控制ICL8038输出方波信号，通过第一驱动放大电路进行功率放大后控制第一5V继电器和第二5V继电器进行开断，由于第一5V继电器和第二5V继电器的工作逻辑相反，因此当第一5V继电器闭合，第二5V继电器断开时，恒压源通过充电电阻给高频瓷片电容进行充电；当第一5V继电器断开，第二5V继电器闭合时，充电后的高频瓷片电容通过放电电阻进行放电，从而模拟一个局部放电的发生过程，对传感器进行测试。同时，通过电压检测模块对恒压源的输出电压进行检测，将检测的模拟信号经过AD7920转换为检测的数字信号，检测的数字信号发送至MSP430F149。当MSP430F149检测恒压源的输出电压超出阈值时，输出信号通过第二驱动放大电路进行功率放大后控制第一5V继电器断开断开，切断恒压源的电源端，实现过电压保护。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。