一种电气设备的智能绝缘电阻测试仪及系统的制作方法

1.本实用新型涉及绝缘电阻测试技术领域，具体涉及一种电气设备的智能绝缘电阻测试仪及系统。


背景技术：

2.电力设备运行的可靠性在很大程度上取决于绝缘性能的良好与否，据统计，电力系统中50％～80％的停电事故由绝缘故障引起。绝缘电阻的大小能灵敏地反应电力设备绝缘情况，能有效地发现设备绝缘局部或者整体受潮和脏污，以及绝缘击穿和严重过热老化等缺陷。因此电力设备都要做定期的绝缘检查，确保设备安全可靠地运行，否则会造成严重的危害和巨大的经济损失。
3.绝缘电阻测试就是通过仪器测量电气设备在高压作用时的泄漏电流，并以电阻值的方式来直观判断被测绝缘电阻的性能好坏。目前市面上有多种型号的绝缘电阻测试仪，并在电力系统中广泛应用。然而，现有的仪器均采用就地操作模式，即试验人员在仪器面板上进行按键操作，采用人工抄写试验数据，效率低下，费时费力，且纸质数据不便管理，容易丢失。同时，试验人员在完成试验后，还要再次将试验数据通过电脑手动录入系统，将耗费大量的人力。另一方面，现场测试的数据往往为孤立数据，需将数据录入系统，再进行横向、纵向对比，不便于现场比对分析。
4.有鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是：(1)现有的仪器采用就地操作模式，采用人工抄写试验数据，效率低下，费时费力；(2)现场测试的数据往往为孤立数据，需将数据录入系统，再进行横向、纵向对比，不便于现场比对分析。目的在于提供一种电气设备的智能绝缘电阻测试仪及系统，解决上述问题。
6.本实用新型通过下述技术方案实现：
7.第一方面，本实用新型实施例提供了一种电气设备的智能绝缘电阻测试仪，包括：
8.高压输出单元，高压输出单元用于稳定输出电压同时有效控制副边电压输出值的大小从而生成采样信号；
9.泄漏电流采集单元，泄漏电流采集单元用于对绝缘电阻支路上的泄漏电流进行采样并生成采样信号；
10.控制单元，控制单元基于高压输出单元的采样信号以及泄漏电流采集单元生成的所采样信号得到绝缘电阻数据；
11.无线传输单元，无线传输单元用于实现绝缘电阻数据的传输与接收外部指令；
12.其中，控制单元分别于高压输出单元、泄漏电流采集单元以及无线传输单元电性连接。
13.在本技术的一种可选地实施例中，高压输出单元内设置有单端反激开关电源，单
端反激开关电源包括用于控制副边电压输出值的单端反激式变换器及控制单端反激式变换器的pwm电路，其中，单端反激式变换器与pwm电性连接。
14.在本技术的一种可选地实施例中，pwm控制电路包括pwm控制器、开关电路以及双环路反馈电路，其中，pwm控制器与电流电压双环反馈电路形成回路，双环路反馈电路的输出端与开关电路的输入端电性连接，双环路反馈电路的输入端与单端反激式变换器的输出端电性连接，开关电路的输出端与单端反激式变换器的输入端连接。
15.在本技术的一种可选地实施例中，其特征在于，泄漏电流采集单元包括采集电路，采集电路上设置有电流传感器，电流传感器的输入端与单端反激式变换器的输入端电性连接，电流传感器的输出端与单片机的输入端连接。
16.在本技术的一种可选地实施例中，控制单元包括单片机，单片机所用芯片的型号为stm32f407vgt6。
17.在本技术的一种可选地实施例中，无线传输单元包括：
18.无线收发器，无线收发器用于实现该智能化电气设备绝缘电阻测试仪与外部数据处理系统之间的连接；
19.指令处理模块，指令处理模块用于解析来自外部数据处理系统的控制指令并将控制指令发送至控制单元；
20.其中，无线收发器与指令处理模块分别于与控制单元的单片机电性连接。
21.在本技术的一种可选地实施例中，还包括显示器，显示器用于显示控制单元输出的电阻值，显示器与控制单元电性连接。
22.第二方面，本实用新型实施例提供了一种智能绝缘电阻测试系统，包括便携式终端、数据管理中心以及如前的智能绝缘电阻测试仪，其特征在于，智能绝缘电阻测试仪、便携式终端以及数据管理中心依次交互，其中，便携式终端与智能化电气设备绝缘电阻测试仪通过无线传输单元将电阻检测数据传输至便携式终端，数据管理中心通过便携式终端对智能化电气设备绝缘电阻测试仪发出命令，实现绝缘电阻检测。
23.在本技术的一种可选地实施例中，便携式终端包括与数据管理中心通信连接的储存控制器，储存控制器固化有绝缘电阻检测软件，绝缘电阻检测软件包括测点设置、检测项目设置、检测数据实时展示以及历史数据分析模块。
24.在本技术的一种可选地实施例中，便携式终端为手机或平板电脑。
25.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
26.便携式终端与智能绝缘电阻测试仪之间通过无线传输单元通讯连接，同时试验人员可通过便携式终端对就地对智能绝缘电阻测试仪的控制单元发出命令，取代以往的仪器面板上按键操作，实现绝缘电阻检测。同时，智能绝缘电阻测试仪将数据无线传输至便携式终端，取代以往的人工抄写记录方式，可大幅提高工作效率，在此基础上，智能绝缘电阻测试仪、便携式终端以及数据管理中心相互交互从而实现输出数字化数据的功能，可助力传统电气设备检测仪器数字化升级。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因
此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
28.图1为本实用新型实施例提供的智能绝缘电阻测试仪整体架构图；
29.图2为本实用新型实施例提供的智能绝缘电阻测试仪的单端反激开关电源的结构框图；
30.图3为本实用新型实施例提供的智能绝缘电阻测试仪的高压控制电路图；
31.图4为本实用新型实施例提供的智能绝缘电阻测试仪的采集电路图；
32.图5为本实用新型实施例提供的智能绝缘电阻测试仪的控制单元的芯片电路图；
33.图6为本实用新型实施例提供的智能绝缘电阻测试仪的无线传输单元的部分电路图。
34.附图中标记及对应的零部件名称：
35.100-高压输出单元，110-单端反激式变换器，120-pwm控制器，130-开关电路，140-双环路反馈电路，200-泄漏电流采集单元，300-控制单元，400-无线传输单元。
具体实施方式
36.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
37.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
39.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，接或一体式连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
40.实施例1：本实用新型通过下述技术方案实现：
41.第一方面，本实用新型实施例提供了一种电气设备的智能绝缘电阻测试仪，参考图1，包括：高压输出单元100，所述高压输出单元100用于稳定输出电压同时有效控制副边电压输出值的大小从而生成采样信号；泄漏电流采集单元200，所述泄漏电流采集单元200用于对绝缘电阻支路上的泄漏电流进行采样并生成采样信号；控制单元300，所述控制单元300基于所述高压输出单元100的采样信号以及所述泄漏电流采集单元200生成的所采样信号得到绝缘电阻数据；无线传输单元400，所述无线传输单元400用于实现绝缘电阻数据的传输与接收外部指令；其中，所述控制单元300分别于所述高压输出单元100、泄漏电流采集单元200以及所述无线传输单元400电性连接。
42.在本技术的一种可选地实施例中，所述高压输出单元100内设置有单端反激开关电源，所述单端反激开关电源包括用于控制副边电压输出值的单端反激式变换器110及控制所述单端反激式变换器110的pwm电路，其中，所述单端反激式变换器110与所述pwm电路电性连接。
43.其中，单端反激式变换器110是基于脉冲调制信号控制电路周期性导通和断开来工作的。变换器的线圈在一个周期的导通时间段内存储能量，在断开状态时向副边电路释放能量。所以能量在一个周期实现了电场-磁场-电场的转换。从变换器能量转换方式可以得知：适当的调整脉冲调制信号的占空比，从而控制电路的导通时间，就可以有效的控制副边电压输出值的大小。
44.在本技术的一种可选地实施例中，所述pwm电路包括pwm控制器120、开关电路130以及双环路反馈电路140，其中，所述pwm控制器120与电流电压双环反馈电路形成回路，所述双环路反馈电路140的输出端与所述开关电路130的输入端电性连接，所述双环路反馈电路140的输入端与所述单端反激式变换器110的输出端电性连接，所述开关电路130的输出端与所述单端反激式变换器110的输入端连接。
45.本实用新型在高压电源设计模块采用的是单端反激式拓扑结构，这种结构电路构成简单，变压器体积小，功耗低等特点，非常适合本系统，具体参考图2与图3，单端反激开关电源采用了稳定性很好的双环路反馈(输出直流电压隔离取样反馈外回路和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路)控制系统，就可以通过开关电源的pwm(脉冲宽度调制器)迅速调整脉冲占空比，从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节，达到稳定输出电压的目的。
46.在本技术的一种可选地实施例中，其特征在于，所述泄漏电流采集单元200包括采集电路，所述采集电路上设置有电流传感器，所述电流传感器的输入端与单端反激式变换器110的输入端电性连接，所述电流传感器的输出端与单片机的输入端连接。
47.其中，在泄漏电流采集单元200中，采样电路的准确、稳定和精确与否关系到测量是否正确，精度是否达标，波动是否可控，同时，采样电阻的选择要根据采样电压的范围，a/d转换电压的范围来确定，采集电路见图5，采样电阻的选择由采样电压的范围和a/d转换电压的范围决定，具体到本实施例中，采样电压的范围取值为(0～4)v，同样a/d转换电压的范围也限制在(0～5)v，所以，采样电阻的电压应限制在(0～4)v内，并结合需要测量的电阻，选择了采样合适的电阻。值得说明的是，以上参数设定均为示例性给出，对参数的设定不做进一步限定。
48.在本技术的一种可选地实施例中，所述控制单元300包括单片机，所述单片机所用芯片的型号为stm32f407vgt6。
49.本实施例中，控制电路的mcu芯片选用stm32f407vgt6，其内核为32位高性能arm cortex-m4处理器，系统时钟高达168mhz，支持fpu(浮点运算)和dsp指令，具有100引脚，82个io口，大部分io口都耐5v(模拟通道除外)，支持调试方式包括swd和jtag，内部存储器容量包含1024k flash和192k sram，电压要求1.8～3.6v电源和io电压，上电复位，掉电复位和可编程的电压监控，具有强大的时钟系统，支持4～26m的外部高速晶振，内部16mhz的高速rc振荡器，内部锁相环(pll，倍频)，一般系统时钟都是外部或者是内部高速时钟经过pll倍频后得到，同时外部低速32.768k的晶振，主要做rtc时钟源，mcu控制电路原理图见图5。
50.在本技术的一种可选地实施例中，所述无线传输单元400包括：
51.无线收发器，所述无线收发器用于实现该智能绝缘电阻测试仪与外部数据处理系统之间的连接；
52.指令处理模块，所述指令处理模块用于解析来自外部数据处理系统的控制指令并将所述控制指令发送至控制单元300；
53.其中，所述无线收发器与所述指令处理模块分别于与所述控制单元300的单片机电性连接。
54.本实施例中，所述无线数据收发器和指令处理模块可以是独立的，也可以合二为一。在采用无线收发器实现智能绝缘电阻测试仪与外部设备之间无线通讯时，无线收发器采用的wifi芯片支持802.11b/g无线网络模式，芯片体积8.2
×
8.4
×
1.35(mm)，采用36针lga工艺封装，芯片的电路图见图6。
55.在本技术的一种可选地实施例中，还包括显示器，所述显示器用于显示所述控制单元300输出的电阻值，所述显示器与所述控制单元300电性连接。
56.实施例2：第二方面，本实用新型实施例提供了一种智能绝缘电阻测试系统，包括便携式终端、数据管理中心以及如前所述的智能绝缘电阻测试仪，其特征在于，所述智能绝缘电阻测试仪、所述便携式终端以及所述数据管理中心依次交互，其中，所述便携式终端与所述智能化电气设备绝缘电阻测试仪通过无线传输单元400将电阻检测数据传输至便携式终端，所述数据管理中心通过所述便携式终端对智能化电气设备绝缘电阻测试仪发出命令，实现绝缘电阻检测。
57.本实施例中，本实施例的便携式终端为数据分析终端，对智能绝缘电阻测试仪中绝缘电阻数据进行处理和分析，可获取绝缘电阻随时间变化曲线。同时，便携式终端可下发指令，实现对智能绝缘电阻测试仪的控制。为考虑现场使用方便，项目选用平板电脑作为便携式终端，实现了指令下发，检测数据的接收、分析与存储。
58.其中，无线传输单元400可采用hiperlan、蓝牙、irda红外、homerf、ieee802.11x、ieee802.11a、802.11b、802.11d、802.11.g、802.15、802.16、802.3、rs232、rs485、usb_otg、uwb、gpio、uart、gsm、gprs、cdma、2.75g和/或3g无线传输协议等以上任意方式与便携式终端通信。
59.在本技术的一种可选地实施例中，所述便携式终端包括与用于所述数据管理中心通信连接的储存控制器，所述储存控制器固化有绝缘电阻检测软件，所述绝缘电阻检测软件包括测点设置、检测项目设置、检测数据实时展示以及历史数据分析模块。
60.本实用新型中的固化的绝缘电阻检测软件是软件和硬件的结合部分，所述存储控制器上电复位后，通过运行固化在其中的绝缘电阻检测软件，从而完成设计者需要的一系列操作。
61.具体到本实施例中，储存控制器中包括有数据传输单元、数据存储控制单元300和数据存储单元，所述数据传输单元、数据存储控制单元300和数据存储单元可以为独立的器件，也可以将其中任意两个单元整合于单一芯片或将三个单元全部集成于单一芯片中，不做进一步限定。
62.便携式终端与智能绝缘电阻测试仪间无线通讯，试验人员可通过便携式终端对就智能绝缘电阻测试仪发出命令，实现绝缘电阻检测。同时，智能绝缘电阻测试仪将数据无线
传输至便携式终端，实现数据的存储、显示、分析、导出等。
63.在本技术的一种可选地实施例中，所述便携式终端为便携式电脑、手机或平板电脑。
64.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。