专利名称：测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流传感器，特别涉及一种测量无间隙金属氧化物避雷器电位分布 不均匀性的电流传感器，属于电力设备技术领域。
背景技术：
为确保金属氧化物避雷器安全运行，在新产品投入批量生产之前有必要进行避雷器 整体电位分布的研究，以避免避雷器电位分布不均匀系数大于标准规定，致使电阻片局 部荷电率过高而最终导致热崩溃，引起电力系统安全事故。目前常用的测量电位分布的 方法是光纤一电流法。
在一般的测量电位分布的设备中，其传感头一般采用无源装置，将其测量的电流强 度调制为光强信号或者频率信号，通过光纤传输至低压侧信号处理单元。这种电流信号 采集方法实时性差，无法得到所测得的电流波形并且无法得到所测的电流信号的有效 值、峰值、频率等相关信息，无法更精确地测量金属氧化物避雷器的电位分布。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器，其采用 MSP430F149单片机作为信号采集芯片，辅之以信号调理电路和电光转换电路，实时采 集电流信号发送至低压侧信号处理单元，并采用金属全屏蔽结构，相比以前电位分布试 验设备采用的传感头，本发明所涉及的电流传感器所采集的信号传送至低压侧信号处理 单元后可以完整还原被测的电流波形信号，可以得到被测电流信号的有效值、峰值、频 率等相关信息，能更精确地测量金属氧化物避雷器的电位分布系数。具有精度高、实时 性好、功耗低、能工作在高悬浮电位、具有良好的电磁兼容性能和抗干扰能力强等特点。
本发明的技术方案是 一种测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器，其特征在 于在金属外壳中，取样电阻保护电路、信号调理电路、信号采集电路、电光转换电路 顺序电连接，电池�？榉直鹩胄藕诺骼淼缏�、信号采集电路、电光转换电路连接并提供 电源。
如上所述的测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器，其特征在于取样电阻保 护电路由瞬态电压抑制二级管构成，瞬态电压抑制二级管与取样电阻并联。
如上所述的测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器，其特征在于信号采集电 路采用MSP430F149单片机作为信号采集和通信芯片，将模拟电压信号经其内部的12位 A/D转换器实时转换为二进制数字信号，经过编码处理后通过串口发送至电光转换电路。
如上所述的测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器，其特征在于通过电光转
换电路后的二进制数字信号，采用单根光纤通道传送至低压侧信号处理单元进行进一步 数据处理。
如上所述的测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器，其特征在于做为屏蔽的
铝金属外壳，外形和避雷器原有金属垫块形状一致。
本发明的工作原理本发明的测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器(以下简 称电流传感器)的金属外壳外形和避雷器原有金属垫块形状一致，将电流传感器代替避 雷器原有金属垫块放置于避雷器的电阻片之间；当避雷器上施加电压时，通过避雷器电 阻片的电流流过从电流传感器中提取信号的取样电阻保护电路，信号从取样电阻保护电 路两端引出送入后续信号调理电路；电流传感器工作在高电压下，电路中有可能会出现 短暂的浪涌电流和浪涌电压现象，为此，在信号的输入端并联瞬态电压抑制二级管做为 取样电阻保护电路，避免后面的电路遭到永久性破坏；为保证电流传感器的引入不改变 直流避雷器的全电流，选用高输入阻抗、低漂移、低噪声的运放构成信号调理电路与取 样电阻保护电路并联；信号调理电路对电压信号进行滤波后送入MSP430F149单片机的 A/D转换器进行模数转换，MSP430F149单片机对采集的数据进行处理，通过串口发送 出二进制数字电平信号，然后通过电光转换电路，用光纤将数据从高压侧的悬浮电位发 送到低压侧信号处理单元且每个电流传感器只需一根光纤通信，在低压侧信号处理单元 将接收到的实时电流波形数字信号解调，并进行相应处理，可以得到流过电阻片电流的 完整波形和试验所需要的相关信息。
本发明的电流传感器为有源传感器，电池�？榉直鹩胄藕诺骼淼缏�、信号采集电路、 电光转换电路连接并提供电源。另外，由于测量是在高电压、强电磁场的恶劣环境下进 行的，现场存在大量干扰信号，为了不使被测信号和电流传感器电路受到影响，本发明 设计时选用了铝外壳作为外屏蔽，整个电流传感器都在铝外壳包围之中，与外界的通信
只有一根光纤，有效抑制电磁干扰，屏蔽复杂的电磁场环境，保证电流传感器能获取真 实、可靠的被测信号。电流传感器外观尺寸与一片金属垫块相同，可以尽量降低电流传 感器的引入对原有金属氧化物避雷器电位分布的影响。
本发明的有益效果本发明电流传感器具有很高的使用价值，在进行无间隙金属 氧化物避雷器的电位分布试验中，该电流传感器可以准确实时采集流过避雷器金属氧化 物电阻片的全电流，并通过光纤传输系统将采集到的信号传输至低压侧信号处理单元进 行相关信号处理，取得试验者所关心的电流相关参数的信息。具有良好的实时性、精度 高、功耗低，并在试验现场恶劣的电磁环境下具有良好的电磁兼容性能和抗干扰能力强。
图l，本发明实施例的整体装置电路框图。
图2，图1中取样电阻保护电路的电路原理图。
图3，图l中信号调理电路的电路原理图。
图4,图1中信号采集电路的电路原理图。
图5，图1中电光转换电路的电路原理图。
图6，图1中MSP430F149单片机工作程序流程图。
具体实施例方式
以下结合附图与实施例对本发明电流传感器做详细的说明。
本发明实施例电流传感器在铝外壳中，如图1所示，取样电阻保护电路、信号调理 电路、信号采集电路、电光转换电路顺序电连接，电池�？榉直鹩胄藕诺骼淼缏贰⑿藕� 釆集电路、电光转换电路连接并提供电源。信号采集电路采用MSP430F149单片机，它 包含A/D转换器和串口。
本发明实施例的电流传感器为有源传感器，置于高悬浮电位，其中电池模块内是 3.6V锂电池。
参见图2，取样电阻保护电路为防浪涌保护器，取样电阻保护电路由瞬态电压抑制 二级管TVS构成，TVS与取样电阻并联，对电路进行保护。
参见图3，信号调理电路是以高品质运放为核心的信号电压调整电路，为信号采集
电路采样提供合适的信号电压；运算放大器CA3140，管脚2接输入信号，管脚6将调 理后的信号输出至信号采集电路。
参见图4,信号采集电路采用MSP430F149单片机作为信号采集和通信芯片，将模 拟电压信号经其内部的12位A/D转换器实时转换为二进制数字信号，经过编码处理后 通过串口发送至电光转换电路通过单根光纤通道传输至低压侧信号处理单元进行进一 步数据处理。信号采集电路由以下的主要元件构成MSP430F149单片机、复位电路、 JTAG接口、时钟晶振；信号由P1 口采集，经单片机处理后由串口送出至电光转换电 路。复位电路、JTAG接口、时钟晶振按照图中所示引脚标号各自与单片机连接。
参见图5，电光转换电路主要包括电光转换器HFBR1412，电路端接收单片机串口 发送的信号，发光端接光纤。L为光纤传输距离，HFBR2412为光电转换器。
参见图6，鉴于MSP430F149单片机在整个测量过程中需要用于信号的采集和传输 等，为确保准确测量流过避雷器电阻片的电流数据，MSP430F149单片机将按照预先编 写的程序运行，具体方案由以下几个环节组成 软件流程
信号采集电路的工作是由预先编写并写入MSP430F149单片机的程序来控制，程序 流程图如图2所示，MSP430F149单片机启动后，程序开始运行。
第一步初始化，对MSP430F149单片机中需要用到的�？榻猩柚茫月阈藕� 采集要求，并关闭不必要的�？橐越档凸�。
第二步信号采样并进行A/D转换。
第三步判断是否已完成50个采样电的A/D转换，如果是，则进行第四步，如果 尚未完成，进入循环继续采样直到完成50个点的采样。 第四步打包发送50个采样点的数据。
第五步判断50个采样点中的最大与最小值，并剔除干扰信号。 第六步发送此轮循环中50个采样电的最大与最小值。
第七步 一个采样点的处理过程结束，返回第二步进行下一采样点电流信号的采集 循环。
权利要求
1、一种测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器，其特征在于在金属外壳中，取样电阻保护电路、信号调理电路、信号采集电路、电光转换电路顺序电连接，电池�？榉直鹩胄藕诺骼淼缏贰⑿藕挪杉缏�、电光转换电路连接并提供电源。
2、 根据权利要求1所述的测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器，其 特征在于取样电阻保护电路由瞬态电压抑制二级管构成，瞬态电压抑制二级管 与取样电阻并联。
3、 根据权利要求2所述的测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器，其 特征在于信号采集电路采用MSP430F149单片机作为信号釆集和通信芯片，将 模拟电压信号经其内部的12位A/D转换器实时转换为二进制数字信号，经过编 码处理后通过串口发送至电光转换电路。
4、 根据权利要求3所述的测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器，其 特征在于通过电光转换电路后的二进制数字信号，采用单根光纤通道传送至低 压侧信号处理单元进行进一步数据处理。
5、 根据权利要求1或2或3或4所述的测量避雷器电位分布不均匀性的电 流传感器，其特征在于做为屏蔽的铝金属外壳，外形和避雷器原有金属垫块形状一致。
全文摘要
本发明提供一种测量避雷器电位分布不均匀性的电流传感器，为有源传感器，置于高悬浮电位，其包括电池�？�、取样电阻保护电路、信号调理电路、信号采集电路、电光转换电路，信号采集电路中采用MSP430F149单片机，它又包括A/D转换器和串口，该电流传感器实时采集电流信号发送至低压侧信号处理单元，并采用金属全屏蔽结构，相比以前电位分布试验设备采用的传感头，本发明采集的信号传送至低压侧信号处理单元后可以完整还原被测的电流波形信号，可以得到被测电流信号的有效值、峰值、频率等相关信息，能更精确地测量金属氧化物避雷器的电位分布系数。具有精度高、实时性好、功耗低、能工作在高悬浮电位、具有良好的电磁兼容性能和抗干扰能力强等特点。
文档编号G01R19/00GK101359004SQ20081019705
公开日2009年2月4日 申请日期2008年9月24日 优先权日2008年9月24日
发明者左中秋, 曦 张, 霖 汤, 易 熊, 王保山, 贾锦朝, 立 陈 申请人:国网武汉高压研究院
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