一种输电高压电缆多功能诊断装置及方法与流程

1.本发明涉及输电高压电缆诊断技术领域，特别涉及一种输电高压电缆多功能诊断装置及方法。


背景技术：

2.现有诊断输电高压电缆的常规方式一般是采用直流高压发生器，这种诊断装置不仅笨重，而且输出的电流只有几ma。在潮湿天气下，正常的护层泄漏电流肯定会超过诊断装置输出的电路，此时诊断装置就会发生保护，导致无法正常测量，而且还会经常发生误报，更严重的是没有抑制感应高压功能，对使用人员非常危险。另外一种诊断装置为直流试送仪，直流试送仪需要外配便携式电源，携带不方便，故障率高，操作复杂，没有抑制感应高压功能。因此，急需研制一款新型的多功能诊断装置，电流容量必须提升至100ma，确保能真实测量出故障。同时考虑到输电线路的现场测试环境比较复杂，便携式、智能化、操作简单化、安全性、电源一体化等是其必备特性。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种输电高压电缆多功能诊断装置及方法，可以解决现有技术中的直流高压发生器输出电流小，无法正常测量，以及直流试送仪需外配电源，携带不便，操作复杂的问题。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.第一方面，本发明提供一种输电高压电缆多功能诊断装置，包括电源模块、感应升压模块、测量电路、放电电路、第一保护电路、第二保护电路和单片机，所述电源模块为所述感应升压模块和所述单片机供电；所述第一保护电路连接在所述电源模块和所述感应升压模块之间，检测诊断装置是否接地，在诊断装置接地不良时断开所述电源模块与所述感应升压模块的连接；所述单片机分别与所述第一保护电路、所述感应升压模块、所述第二保护电路、所述测量电路连接；所述感应升压模块的输出端连接所述第二保护电路的输入端，所述第二护电路的输出端输出不大于10kv的电压；所述放电回路的输入端连接所述感应升压模块的输出端；所述测量电路的输入端连接所述感应升压模块的输出端，输出端连接所述单片机。
6.进一步的，所述电源模块包括电源开关on/off、变压器t2、ac/dc模块、dc/dc1模块、dc/dc2模块、dc/dc3模块、锂电池、ups模块、开关s1、开关s2和开关s4；市电电压通过所述电源开关on/off连接到所述变压器t2的原边绕组两端，所述变压器t2的副边绕组连接所述ac/dc模块的输入端，所述ac/dc模块的输出端连接所述dc/dc1模块的输入端；所述dc/dc1模块的输出端为所述锂电池充电，同时所述dc/dc1模块的输出端连接所述dc/dc2模块的输入端，所述dc/dc2模块的输出端连接所述dc/dc3模块的输入端；所述锂电池通过所述电源开关on/off、所述开关s4连接所述ups模块的输入端；市电电压通过所述开关s1连接ups的输出端，所述ups的输出端经过开关s2后作为电源模块的输出端。
7.进一步的，所述单片机至少包括若干个输入引脚和若干个输出引脚；其中输入引脚至少包括市电检测引脚、保护接地检测引脚、感应升压模块检测引脚、高压输出电压检测引脚、高压输电线缆护层泄漏电流检测引脚、锂电池检测引脚；输出引脚至少包括开关s1控制引脚、开关s2控制引脚和开关s4控制引脚；所述开关s1控制引脚连接到所述开关s1的控制端，控制所述开关s1的闭合或断开；所述开关s2控制引脚连接到所述开关s2的控制端，控制所述开关s2的闭合或断开；所述开关s4控制引脚连接到所述开关s4的控制端，控制所述开关s4的闭合或断开。
8.进一步的，所述感应升压模块包括高频变压器t1、升压电路、输出电压旋钮rb和开关s3；所述变压器t1的原边绕组一端连接所述电源模块的一个输出端，所述变压器t1原边绕组的另一端连接所述单片机的感应升压模块检测引脚；所述输出电压旋钮包括指针、若干个电阻、一个固定端和若干个活动端，若干个电阻的一端互相连接作为输出电压旋钮的固定端连接到所述电源模块的另一个输出端；所述若干个电阻的另一端分别作为所述输出电压旋钮的若干个活动端；所述指针的一端连接所述变压器t1原边绕组的另一端，通过转动所述指针使得指针的另一端连接到不同的活动端；所述升压电路的输入端连接所述变压器t1的副边绕组，所述升压电路的输出端通过开关s3后作为感应升压模块的输出端。
9.进一步的，所述测量电路包括电阻r1、电阻r2和电阻r3，所述电阻r1的一端、所述电阻r2的一端连接所述变压器t1副边绕组的另一端，所述电阻r1的另一端接地；所述电阻r1的一端作为电流检测点连接到所述单片机的高压输电线缆护层泄漏电流检测引脚；所述电阻r2的另一端串联所述电阻r3后连接到所述升压电路的输出端；所述电阻r2的两端作为电压检测点连接到所述单片机的高压输出电压检测引脚。
10.进一步的，所述放电电路包括电阻r4和开关k1；所述电阻r4的一端连接所述升压电路的输出端，所述电阻r4的另一端连接所述开关k1的一端，所述开关k1的另一端接地。
11.进一步的，所述的输电高压电缆多功能诊断装置还包括仪表盘，仪表盘用于显示单片机检测的电流值和电压值。
12.进一步的，当所述单片机的市电检测引脚检测有市电时，所述单片机通过所述开关s4控制引脚控制所述开关s4断开，切断ups电源；同时所述单片机通过所述开关s1控制引脚控制所述开关s1闭合，接通市电通道；
13.当检测无市电时，所述单片机通过所述开关s1控制引脚控制所述开关s1断开，切断所述锂电池反充回路，通过所述开关s4控制引脚控制所述开关s4闭合，启动ups工作；当单片机通过所述锂电池检测引脚检测到所述锂电池过放电时，切断所述开关s4。
14.进一步的，所述第二保护电路为一个电感。
15.第二方面，本发明提供一种输电高压电缆多功能诊断方法，包括以下步骤：
16.诊断装置接通市电，单片机检测诊断装置的接地状况，当接地良好时，第一保护电路开通，给感应升压模块供电；
17.单片机检监测市电电压，当市电电压正常时，切断ups电源供电；当市电电压不正常时，切断市电电压供电，开通ups电源供电；
18.感应升压模块将市电升压为不大于10kv的电压；
19.单片机检测诊断装置接地正常，并且检测感应升压模块的升压旋钮为零位时，感应升压模块通过第二保护电路输出不大于10kv的电压；否则断开电源模块的输出；
20.单片机检测感应升压模块的输出电流值和电压值，当电流值或电压值异常时，切断诊断装置的输出；
21.诊断装置使用完毕时，断开市电供电，断开ups供电，通过放电电路将感应升压模块的输出电压对地放电。
22.本发明的输电高压电缆多功能诊断装置及方法，相对于现有技术的有益效果如下：
23.1.本发明的诊断装置为一体化，无需外接电源，方便携带，操作简单，适合现场作业；
24.2.本发明的诊断装置输出电流大，可达100ma@10kv；
25.3.具备供电电源：ac220v 50hz
±
5hz，最低160v的宽电压范围设计；
26.4.输出高压线：1mm2高压包cv8线(老电视机的高压包引线)，耐2～3万伏直流高压。配置足够长(35m)，适合各种现场使用；采用箱体底部自动收放装置；
27.5.操作简单，只需操作合分闸和升压旋纽；
28.6.面板直观，输出电压、泄漏电流从表头直接观测；
29.7.线性升压，高压调节输出稳定性好；
30.8.抗冲击、抗干扰，内置电源保护，超过功率自动断电；
31.9.零位、接地启动高压防误保护功能；
32.10.过电流保护功能；
33.11.电子式接触器：仪表关键部件，而且是最容易出问题的，因此采用高质量电子式的。
34.12.内部抗震动设计，设备使用可靠；
35.13.样机采用铝合金机箱便携式设计，抗干扰能力强，结构紧凑，外观精美。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明的输电高压电缆多功能诊断装置的框图；
38.图2为本发明的电源模块的原理图；
39.图3为本发明的单片机的引脚示意图；
40.图4为本发明的感应升压模块的框图；
41.图5为本发明的感应升压模块、测量电路、放电电路的原理图。
具体实施方式
42.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
43.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实
施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
44.本发明的输电高压电缆多功能诊断装置，如图1所示，包括电源模块、感应升压模块、测量电路、放电电路、第一保护电路1、第二保护电路2和单片机，电源模块为感应升压模块和单片机供电。第一保护电路1连接在电源模块和感应升压模块之间，检测诊断装置是否接地，在诊断装置接地不良时断开电源模块与感应升压模块的连接。单片机分别与第一保护电路1、感应升压模块、第二保护电路2、测量电路连接。感应升压模块的输出端连接第二保护电路2的输入端，第二护电路2的输出端输出不大于10kv的电压。放电回路的输入端连接感应升压模块的输出端。测量电路的输入端连接感应升压模块的输出端，输出端连接单片机。
45.进一步的，第二保护电路2为一个50mh的电感，电压超过10kv时，电感不导通。
46.图1的工作原理为：电源模块通过保护电路1为感应升压模块供电，当诊断装置没有接地或接地不良时，保护电路1断开，感应升压模块失去电源，不工作。当诊断装置接地良好时，电源模块的供电电压输入给感应升压模块，由感应升压模块对市电进行升压操作。感应升压模块将市电升压后，通过保护电路2输出。保护电路2的作用是抑制感应高压，当电压大于10kv时，保护电路2断开，诊断装置没有电压输出。测量电路测量当仪表使用完毕后，放电电路开通，使得感应升压模块的输出端对地放电，确保仪器和人员安全。测量电路测量感应升压模块输出的电流和电压并反馈给单片机。
47.进一步的，电源模块如图2所示，包括电源开关on/off、变压器t2、ac/dc模块、dc/dc1模块、dc/dc2模块、dc/dc3模块、锂电池、ups模块、开关s1、开关s2和开关s4。市电电压通过电源开关on/off连接到变压器t2的原边绕组两端，变压器t2的副边绕组连接ac/dc模块的输入端，ac/dc模块的输出端连接dc/dc1模块的输入端。dc/dc1模块的输出端为锂电池充电，同时dc/dc1模块的输出端连接dc/dc2模块的输入端，dc/dc2模块的输出端连接dc/dc3模块的输入端，dc/dc1模块的输出端、dc/dc2模块的输出端、dc/dc3模块的输出端分别为诊断装置的其他模块供电。锂电池通过电源开关on/off、开关s4连接ups模块的输入端。市电电压通过开关s1连接ups的输出端，ups的输出端经过开关s2后作为电源模块的输出端。
48.图2的工作原理为：打开诊断装置的电源开关键(on/off)后，当有市电ac220v供给时，ac220v通过变压器t2降压、ac/dc整流、dc/dc1模块降压后变成直流+12v直流电压。+12v直流电压给锂电池充电。+12v直流电压再经dc/dc2模块降压后变成+5v直流电压，+5v直流电压再经dc/dc3模块降压后变成+3.3v直流电压。+12v直流电压、+5v直流电压和+3.3v直流电压分别提供给诊断装置的其他模块作为供电电源。当无市电时，后备锂电池开始工作，提供+12v直流电压、+5v直流电压和+3.3v直流电压。
49.单片机的引脚示意图如图3所示，至少包括若干个输入引脚和若干个输出引脚。其中输入引脚至少包括第15引脚市电检测引脚(ac detect)、第16引脚保护接地检测引脚(gnd detect)、第17引脚感应升压模块检测引脚(hvkey detect)、第18引脚高压输出电压检测引脚(hvoutput detect)、第19引脚高压输电线缆护层泄漏电流检测引脚(hvcurrent detect)、第20引脚锂电池检测引脚(dc detect)等。输出引脚至少包括第29引脚开关s1控
制引脚、第28引脚开关s2控制引脚和第27引脚开关s4控制引脚。开关s1控制引脚连接到开关s1的控制端，控制开关s1的闭合或断开。开关s2控制引脚连接到开关s2的控制端，控制开关s2的闭合或断开。开关s4控制引脚连接到开关s4的控制端，控制开关s4的闭合或断开。
50.结合图2和图3，当单片机的第15引脚市电检测引脚检测有市电时，单片机通过第27引脚开关s4控制引脚控制开关s4断开，确保切断ups电源；同时单片机通过第29引脚开关s1控制引脚控制开关s1闭合，接通市电ac220v通道。当检测无市电时，单片机通过第29引脚开关s1控制引脚控制开关s1断开，切断电池反充回路，之后通过第27引脚开关s4控制引脚控制开关s4闭合，启动ups工作。当单片机通过第20引脚锂电池检测引脚检测到锂电池过放时，自动切断开关s4，保护后备锂电池。
51.当第16引脚保护接地检测引脚检测接地正常，且第17引脚感应升压模块检测引脚检测感应升压模块的升压旋钮为“零”位时，单片机通过第28引脚开关s2控制引脚控制开关s2闭合，确保ac220v输出给高压电路。一旦有一个不满足，如接地不可靠、升压旋钮没在零位，则单片机通过第28引脚开关s2控制引脚控制开关s2断开，确保高压无输出，提供防误保护。当第18引脚高压输出电压检测引脚检测到电压异常，或者当第19引脚高压输电线缆护层泄漏电流检测引脚检测到电流异常时，单片机通过第28引脚开关s2控制引脚控制开关s2断开，切断高压部分输入电源。
52.进一步的，感应升压模块包括高频变压器t1、升压电路、输出电压旋钮rb和开关s3。变压器t1的原边绕组一端连接电源模块的一个输出端，变压器t1原边绕组的另一端连接单片机的第17引脚感应升压模块检测引脚。输出电压旋钮rb包括指针、若干个电阻、一个固定端和若干个活动端，若干个电阻的一端互相连接作为输出电压旋钮rb的固定端连接到电源模块的另一个输出端。若干个电阻的另一端分别作为输出电压旋钮rb的若干个活动端。指针的一端连接变压器t1原边绕组的另一端，通过转动指针使得指针的另一端连接到不同的活动端，以此改变感应升压模块的输入电压。升压电路的输入端连接变压器t1的副边绕组，升压电路的输出端通过开关s3后作为感应升压模块的输出端。
53.升压电路由电容器组c和整流硅堆d组成。电容器组c由电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5和电容c6组成。整流硅堆d由二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6和二极管d7组成。电容c1的一端连接变压器t1副边绕组的一端，电容c1的另一端依次与电容c3、电容c5串联，电容c5的另一端连接二极管d7的正极。电容c2的一端连接变压器t1副边绕组的另一端，电容c2的另一端依次与电容c4、电容c6串联，电容c6的另一端连接二极管d7的负极。二极管d1的负极和二极管d2的正极连接在电容c1和电容c3的串联节点，二极管d1的正极连接电容c2的一端。二极管d2的负极和二极管d3的正极连接电容c2和电容c4的串联节点。二极管d3的负极、二极管d4的正极、二极管d5的正极连接电容c3和电容c5的串联节点。二极管d4的负极、二极管d5的负极、二极管d6的正极连接电容c4和电容c6的串联节点。二极管d6的负极连接二极管d7的正极。二极管d7的负极通过开关s3后作为感应升压模块的输出端。
54.感应升压模块采用电工式升压方式。其中高频变压器t1、电容器组c、整流硅堆d组成升压电路，输出电压旋钮rb为输出电压旋钮，控制输出电压大小。通过转动指针，控制感应升压模块的输出电压在10kv以下。
55.进一步的，测量电路包括电阻r1、电阻r2和电阻r3，电阻r1的一端、电阻r2的一端
连接变压器t1副边绕组的另一端，电阻r1的另一端接地。电阻r1的一端作为电流检测点连接到单片机的第19引脚高压输电线缆护层泄漏电流检测引脚。电阻r2的另一端串联电阻r3后连接到二极管d7的负极。电阻r2的两端作为电压检测点连接到单片机的第18引脚高压输出电压检测引脚。
56.电阻r1为电流测量采样电阻，流过电阻r1的电流即流过高压线缆护层的电流。电阻r2和电阻r3为高压测量电阻，两者共同构成分压电路，电阻r3为高压臂，r2为低压臂。单片机采样流过电阻r1的电流值，采样电阻r2两端的电压值，采样输出电压旋钮rb的电阻值。输出电压旋钮rb的电阻值可以确定接地状况是否良好。
57.进一步的，放电电路包括电阻r4和开关k1。电阻r4的一端连接二极管d7的负极，电阻r4的另一端连接开关k1的一端，开关k1的另一端接地。
58.开关k1为放电按钮，当诊断装置使用完毕后，将升压旋钮rb向左旋至最小位置，通过多次按下放电按钮k1让高压输出端对地放电，然后再断开开关s3，确保仪器和人员安全。
59.本发明中，电源开关on/off，既控制市电ac220v开关，又控制后备锂电池开关。
60.开关s3为高压合/分闸开关，当所有防误保护都正常后，接通s3才会有高压输出。
61.放电按钮k1、升压旋钮键rb，当诊断装置使用完毕后，将高压输出按钮rb向左旋至最小位置，通过多次按下放电按钮让高压输出端对地放电，然后再断开s3，确保仪器和人员安全。
62.优选的，本发明的输电高压电缆多功能诊断装置还包括仪表盘，仪表盘用于显示单片机检测的电流值和电压值。
63.另外，本发明还提供输电高压电缆多功能诊断方法，通过上述输电高压电缆多功能诊断装置来实现，包括以下步骤：
64.步骤s1、输电高压电缆多功能诊断装置接通市电，单片机检测诊断装置的接地状况，当接地良好时，第一保护电路1开通，给感应升压模块供电；
65.步骤s2、单片机检监测市电电压，当市电电压正常时，切断ups电源供电；当市电电压不正常时，切断市电电压供电，开通ups电源供电；
66.步骤s3、感应升压模块将市电升压为不大于10kv的电压；
67.步骤s4、单片机检测诊断装置接地正常，并且检测感应升压模块的升压旋钮为“零”位时，感应升压模块通过第二保护电路2输出不大于10kv的电压；否则断开电源模块的输出；
68.步骤s5、单片机检测感应升压模块的输出电流和输出电压值，当电流值或电压值异常时，切断诊断装置的输出；
69.步骤s6、诊断装置使用完毕时，断开市电供电，断开ups供电，通过放电电路将感应升压模块的输出电压对地放电。
70.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
71.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以
是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
72.以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。