張?jiān)獜?莊博明

摘要：電壓測(cè)量表是電力檢測(cè)中常用的儀器，本文提出一種，變電站語(yǔ)音免提式的專用電壓測(cè)量?jī)x工具，其特點(diǎn)是可以語(yǔ)音播報(bào)、便于攜帶，避免選錯(cuò)檔位所造成電壓表的破壞，有利于工作效率的提高和安全隱患的減少。

關(guān)鍵詞：電壓質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置;變電站;電壓監(jiān)測(cè)儀

一、電壓質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置研究背景與意義

在電壓質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中，萬(wàn)用表是電力檢測(cè)中經(jīng)常使用的一個(gè)電子儀器，可以測(cè)量電流、電阻和電壓大小等，在實(shí)際使用中，繼保自動(dòng)化二次回路上工作時(shí)，經(jīng)常需要通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量繼保自動(dòng)化裝置開出端的電壓情況。繼保自動(dòng)化二次回路上工作經(jīng)常會(huì)通過(guò)拆接二次線，以此觀察二次回路電壓的變化情況，從而判斷二次系統(tǒng)上存在的問(wèn)題。這種工作至少需要三個(gè)人才能完成，一人填寫二次措施單并監(jiān)護(hù)，一人拆接線，一人用萬(wàn)用表測(cè)量回路電壓和觀察數(shù)據(jù)。此種工作方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，操作不方便，還存在誤用萬(wàn)用表電阻電流檔導(dǎo)致設(shè)備跳閘的風(fēng)險(xiǎn)，這種誤用萬(wàn)用表檔位造成事故的情況已發(fā)生多次。

綜上所述，針對(duì)目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電壓監(jiān)測(cè)儀的缺點(diǎn)，本研究開發(fā)了一套可靠性高、易于操作、可以語(yǔ)音播報(bào)、便于攜帶的變電站語(yǔ)音免提式電壓質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。

二、變電站語(yǔ)音免提式電壓測(cè)量?jī)x簡(jiǎn)介

（一）裝置構(gòu)成與功能

本次研究開發(fā)的變電站語(yǔ)音免提式電壓測(cè)量?jī)x主要結(jié)構(gòu)包括電壓判斷模塊、第一電壓轉(zhuǎn)換模塊、第二電壓轉(zhuǎn)換模塊和處理顯示模塊。

其中，電壓判斷模塊分別與第一電壓轉(zhuǎn)換模塊和第二電壓轉(zhuǎn)換模塊連接，用于判斷接入電壓信號(hào)的信號(hào)類型，以及根據(jù)信號(hào)類型將電壓信號(hào)傳輸至第一電壓轉(zhuǎn)換模塊或第二電壓轉(zhuǎn)換模塊。具體來(lái)說(shuō)，判斷接入電壓信號(hào)的信號(hào)類型為直流電壓信號(hào)時(shí)，電壓判斷模塊將電壓信號(hào)傳輸至第一電壓轉(zhuǎn)換模塊，第一電壓轉(zhuǎn)換模塊用于將直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào);判斷接入電壓信號(hào)的信號(hào)類型為交流電壓信號(hào)時(shí)，將電壓信號(hào)傳輸至第二電壓轉(zhuǎn)換模塊，第二電壓轉(zhuǎn)換模塊用于將交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號(hào)。

第一電壓轉(zhuǎn)換模塊、第二電壓轉(zhuǎn)換模塊均與處理顯示模塊連接，兩個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊用于將接收到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào);

處理顯示模塊用于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理并顯示。

（二）裝置運(yùn)行原理

本研究開發(fā)的變電站語(yǔ)音免提式電壓測(cè)量?jī)x通過(guò)設(shè)置電壓判斷模塊來(lái)判斷所測(cè)電壓的類型，判斷所測(cè)電壓類型之后進(jìn)而傳輸至第一電壓轉(zhuǎn)換模塊或第二電壓轉(zhuǎn)換模塊，第一電壓轉(zhuǎn)換模塊或第二電壓轉(zhuǎn)換模塊將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為處理顯示模塊可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，處理顯示模塊對(duì)接入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行再處理并顯示。

該電壓測(cè)量?jī)x不設(shè)置交流檔位和直流檔位，可以通過(guò)相同的端口直接測(cè)量被測(cè)器件兩端的直流電壓信號(hào)和交流電壓信號(hào)，無(wú)需考慮交流檔和直流檔的切換，使用該電壓測(cè)量?jī)x可以避免因選錯(cuò)直流檔或交流檔而造成的電壓表的損壞。

（三）裝置應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

變電站語(yǔ)音免提式電壓測(cè)量?jī)x與其他電壓測(cè)量?jī)x相比有較多優(yōu)勢(shì)，具體可分為以下四個(gè)方面。

第一，該測(cè)量?jī)x可以簡(jiǎn)化工作過(guò)程，在使用過(guò)程中一人監(jiān)護(hù)，一人執(zhí)行，兩人均能清楚二次回路電壓情況，移動(dòng)到周邊屏柜拆接線時(shí)，也沒(méi)必要改變電壓表的接線;

第二，裝置小巧便于攜帶，表頭帶磁鐵設(shè)計(jì)，接好線后將表通過(guò)磁鐵吸在屏柜邊門上，無(wú)需手持。適用于所有生產(chǎn)場(chǎng)所，實(shí)用性強(qiáng);

第三，電壓表高內(nèi)阻設(shè)計(jì)，因只有一個(gè)電壓檔功能，不存在工作過(guò)程中錯(cuò)用萬(wàn)用表檔位的風(fēng)險(xiǎn);

第四，電壓變化時(shí)語(yǔ)音提示，周邊工作人員均能清楚二次回路電壓情況，避免看表被擋或光線不足的問(wèn)題，特別是夜間工作更為方便。

三、變電站語(yǔ)音免提式電壓測(cè)量?jī)x實(shí)施例

基于本研究開發(fā)測(cè)量?jī)x的技術(shù)原理，下面就具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，如圖1所示，為電壓測(cè)量?jī)x實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

（一）電壓轉(zhuǎn)換模塊

電壓測(cè)量?jī)x實(shí)施例的直流電壓轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)如圖2，直流電壓轉(zhuǎn)換模塊121包括直流電壓取樣單元122、直流電壓處理單元123和直流電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換單元124。

具體來(lái)說(shuō)，直流電壓取樣單元122利用差分放大電路進(jìn)行取樣，采用差分放大電路可以消除共模干擾。直流電壓處理單元123使用放大器對(duì)直流電壓信號(hào)進(jìn)行放大，放大后進(jìn)行濾波處理。然后直流電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換單元124將直流電壓信號(hào)中的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)，其中，取樣單元122中包含穩(wěn)壓二極管，用于保護(hù)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片不受過(guò)高電壓的影響。轉(zhuǎn)換單元124包括分辨率高、抗工頻干擾強(qiáng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。

電壓測(cè)量?jī)x實(shí)施例的交流電壓轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)如圖3，交流電壓轉(zhuǎn)換模塊131包括：交流電壓取樣單元132、交流電壓處理單元133和交流電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換單元134。

具體來(lái)說(shuō)，交流電壓取樣單元132采用電阻分壓方法進(jìn)行取樣，然后交流電壓處理單元133使用放大器對(duì)交流電壓信號(hào)進(jìn)行放大，進(jìn)行整流和濾波處理。接著交流電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換單元134將交流電壓信號(hào)中的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號(hào)。

為了提高采樣交流電壓信號(hào)的采樣精度，本實(shí)施例交流電壓取樣單元132中選取高精度的電阻，交流電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換單元134中選取高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，交流電壓取樣單元132包含穩(wěn)壓二極管，避免電壓過(guò)高燒壞回路。

（二）處理顯示模塊

如圖1所示，處理顯示模塊140包括：中央處理模塊141和顯示模塊142。

中央處理模塊141分別與第一電壓轉(zhuǎn)換模塊120和第二電壓轉(zhuǎn)換模塊130連接，用于對(duì)第一數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理得到直流電壓信號(hào)的電壓值和對(duì)第二數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理得到交流電壓信號(hào)的有效值。

顯示模塊142與中央處理模塊141連接，用于顯示直流電壓信號(hào)的電壓值、顯示交流電壓信號(hào)的有效值并加時(shí)標(biāo)、顯示直流電壓信號(hào)的波形和交流電壓信號(hào)的波形。假設(shè)直流電壓信號(hào)波形顯示將放置在一個(gè)直角坐標(biāo)系中，那么橫坐標(biāo)表示時(shí)間、縱坐標(biāo)表示電壓值，可以通過(guò)直角坐標(biāo)系中直觀的看出電壓的大小和方向與時(shí)間的變化關(guān)系。

另外，顯示模塊142還可以對(duì)直流電壓信號(hào)變化超過(guò)設(shè)定電壓變化閾值時(shí)的具體時(shí)間到測(cè)量結(jié)束時(shí)的直流電壓信號(hào)進(jìn)行記錄并加時(shí)標(biāo)，并將記錄的直流電壓信號(hào)反饋至中央處理模塊，以此避免因零點(diǎn)漂移而造成波形圖的混亂。假設(shè)將設(shè)定電壓變化閾值定為5V，當(dāng)電壓測(cè)量?jī)x監(jiān)測(cè)到實(shí)際電壓超過(guò)5V后，顯示模塊開始記錄直流電壓信號(hào)，每個(gè)時(shí)刻都有對(duì)應(yīng)的直流電壓信號(hào)，直到?jīng)]收沒(méi)有接收到直流電壓信號(hào)后，將記錄的直流電壓信號(hào)發(fā)送給中央處理模塊。

（三）存儲(chǔ)單元

顯示模塊還包括存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)多個(gè)頻率方波對(duì)應(yīng)的第一時(shí)間周期，顯示模塊還用于根據(jù)交流電壓信號(hào)的時(shí)間周期與第一時(shí)間周期的對(duì)比結(jié)果確定交流電壓信號(hào)的第二時(shí)間周期，并根據(jù)第二時(shí)間周期及在不同時(shí)標(biāo)下的電流電壓信號(hào)得到交流電壓信號(hào)的波形并顯示。

假設(shè)存儲(chǔ)單元記錄了1Hz～1000Hz電壓波形的周期值，將1Hz～1000Hz范圍內(nèi)的電壓周期值記為第一時(shí)間周期，電壓測(cè)量?jī)x所測(cè)得交流電壓信號(hào)的周期為第二時(shí)間周期。將第二時(shí)間周期與第一時(shí)間周期進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)诙r(shí)間周期的波形橫坐標(biāo)的長(zhǎng)度值等于第一時(shí)間周期波形的長(zhǎng)度值時(shí)，第一時(shí)間周期的數(shù)值就是第二時(shí)間周期的數(shù)值，顯示模塊在顯示交流電壓信號(hào)波形時(shí)，既顯示了交流電壓信號(hào)波形的大小，也顯示了波形周期值。

（四）顯示按鈕和數(shù)值顯示按鈕

在電壓波形按鈕接收到第一觸按動(dòng)作信號(hào)時(shí)，顯示模塊會(huì)將第一觸按動(dòng)作信號(hào)反饋至中央處理模塊，使顯示模式為波形顯示;接收到第二觸按動(dòng)作信號(hào)時(shí)，顯示模塊會(huì)將第二觸按動(dòng)作信號(hào)反饋至中央處理模塊，使顯示模式為數(shù)值顯示。

當(dāng)工作人員需要知道所測(cè)電壓信號(hào)的波形時(shí)，觸按波形顯示按鈕，將該第一觸按動(dòng)作信號(hào)反饋給中央處理模塊，中央處理器控制顯示模塊顯示所測(cè)電壓的波形圖。電壓波形圖有數(shù)值軸和時(shí)間軸，數(shù)值軸顯示電壓的大小，并且數(shù)值軸在-500V～+500V范圍內(nèi)可調(diào)，時(shí)間軸在10ms～5s范圍內(nèi)可調(diào)，工作人員通過(guò)更改數(shù)值軸和時(shí)間軸的單位刻度來(lái)獲得清晰的波形顯示。

總結(jié)

本文創(chuàng)新性的開發(fā)研究了免提示語(yǔ)音提示電壓監(jiān)測(cè)表。此電壓監(jiān)測(cè)表改變了原來(lái)電壓監(jiān)測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、操作不方便、可能誤用萬(wàn)能表檔位的缺點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在提高工作效率的同時(shí)，也消除了錯(cuò)用萬(wàn)能表到位的隱患。

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