變電站語音免提式電壓質量監(jiān)測裝置的研制

張元彥 莊博明

摘要：電壓測量表是電力檢測中常用的儀器，本文提出一種，變電站語音免提式的專用電壓測量儀工具，其特點是可以語音播報、便于攜帶，避免選錯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。

關鍵詞：電壓質量監(jiān)測裝置;變電站;電壓監(jiān)測儀

一、電壓質量監(jiān)測裝置研究背景與意義

在電壓質量檢測過程中，萬用表是電力檢測中經(jīng)常使用的一個電子儀器，可以測量電流、電阻和電壓大小等，在實際使用中，繼保自動化二次回路上工作時，經(jīng)常需要通過萬用表測量繼保自動化裝置開出端的電壓情況。繼保自動化二次回路上工作經(jīng)常會通過拆接二次線，以此觀察二次回路電壓的變化情況，從而判斷二次系統(tǒng)上存在的問題。這種工作至少需要三個人才能完成，一人填寫二次措施單并監(jiān)護，一人拆接線，一人用萬用表測量回路電壓和觀察數(shù)據(jù)。此種工作方法費時費力，操作不方便，還存在誤用萬用表電阻電流檔導致設備跳閘的風險，這種誤用萬用表檔位造成事故的情況已發(fā)生多次。

綜上所述，針對目前國內生產(chǎn)的電壓監(jiān)測儀的缺點，本研究開發(fā)了一套可靠性高、易于操作、可以語音播報、便于攜帶的變電站語音免提式電壓質量監(jiān)測裝置。

二、變電站語音免提式電壓測量儀簡介

（一）裝置構成與功能

本次研究開發(fā)的變電站語音免提式電壓測量儀主要結構包括電壓判斷模塊、第一電壓轉換模塊、第二電壓轉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換模塊和第二電壓轉換模塊連接，用于判斷接入電壓信號的信號類型，以及根據(jù)信號類型將電壓信號傳輸至第一電壓轉換模塊或第二電壓轉換模塊。具體來說，判斷接入電壓信號的信號類型為直流電壓信號時，電壓判斷模塊將電壓信號傳輸至第一電壓轉換模塊，第一電壓轉換模塊用于將直流電壓信號轉換為第一數(shù)字信號;判斷接入電壓信號的信號類型為交流電壓信號時，將電壓信號傳輸至第二電壓轉換模塊，第二電壓轉換模塊用于將交流電壓信號轉換為第二數(shù)字信號。

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

處理顯示模塊用于對數(shù)字信號進行處理并顯示。

（二）裝置運行原理

本研究開發(fā)的變電站語音免提式電壓測量儀通過設置電壓判斷模塊來判斷所測電壓的類型，判斷所測電壓類型之后進而傳輸至第一電壓轉換模塊或第二電壓轉換模塊，第一電壓轉換模塊或第二電壓轉換模塊將電壓信號轉換為處理顯示模塊可識別的數(shù)字信號，處理顯示模塊對接入的數(shù)字信號進行再處理并顯示。

該電壓測量儀不設置交流檔位和直流檔位，可以通過相同的端口直接測量被測器件兩端的直流電壓信號和交流電壓信號，無需考慮交流檔和直流檔的切換，使用該電壓測量儀可以避免因選錯直流檔或交流檔而造成的電壓表的損壞。

（三）裝置應用優(yōu)勢

變電站語音免提式電壓測量儀與其他電壓測量儀相比有較多優(yōu)勢，具體可分為以下四個方面。

第一，該測量儀可以簡化工作過程，在使用過程中一人監(jiān)護，一人執(zhí)行，兩人均能清楚二次回路電壓情況，移動到周邊屏柜拆接線時，也沒必要改變電壓表的接線;

第二，裝置小巧便于攜帶，表頭帶磁鐵設計，接好線后將表通過磁鐵吸在屏柜邊門上，無需手持。適用于所有生產(chǎn)場所，實用性強;

第三，電壓表高內阻設計，因只有一個電壓檔功能，不存在工作過程中錯用萬用表檔位的風險;

第四，電壓變化時語音提示，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題，特別是夜間工作更為方便。

三、變電站語音免提式電壓測量儀實施例

基于本研究開發(fā)測量儀的技術原理，下面就具體實施例進行說明，如圖1所示，為電壓測量儀實施例結構示意圖。

（一）電壓轉換模塊

電壓測量儀實施例的直流電壓轉換模塊結構如圖2，直流電壓轉換模塊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)轉換單元124。

具體來說，直流電壓取樣單元122利用差分放大電路進行取樣，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使用放大器對直流電壓信號進行放大，放大后進行濾波處理。然后直流電壓模數(shù)轉換單元124將直流電壓信號中的模擬信號轉換為第一數(shù)字信號，其中，取樣單元122中包含穩(wěn)壓二極管，用于保護模數(shù)轉換芯片不受過高電壓的影響。轉換單元124包括分辨率高、抗工頻干擾強的模數(shù)轉換芯片。

電壓測量儀實施例的交流電壓轉換模塊結構如圖3，交流電壓轉換模塊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)轉換單元134。

具體來說，交流電壓取樣單元132采用電阻分壓方法進行取樣，然后交流電壓處理單元133使用放大器對交流電壓信號進行放大，進行整流和濾波處理。接著交流電壓模數(shù)轉換單元134將交流電壓信號中的模擬信號轉換為第二數(shù)字信號。

為了提高采樣交流電壓信號的采樣精度，本實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)轉換單元134中選取高精度的模數(shù)轉換芯片，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分別與第一電壓轉換模塊120和第二電壓轉換模塊130連接，用于對第一數(shù)字信號進行計算處理得到直流電壓信號的電壓值和對第二數(shù)字信號進行處理得到交流電壓信號的有效值。

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的電壓值、顯示交流電壓信號的有效值并加時標、顯示直流電壓信號的波形和交流電壓信號的波形。假設直流電壓信號波形顯示將放置在一個直角坐標系中，那么橫坐標表示時間、縱坐標表示電壓值，可以通過直角坐標系中直觀的看出電壓的大小和方向與時間的變化關系。

另外，顯示模塊142還可以對直流電壓信號變化超過設定電壓變化閾值時的具體時間到測量結束時的直流電壓信號進行記錄并加時標，并將記錄的直流電壓信號反饋至中央處理模塊，以此避免因零點漂移而造成波形圖的混亂。假設將設定電壓變化閾值定為5V，當電壓測量儀監(jiān)測到實際電壓超過5V后，顯示模塊開始記錄直流電壓信號，每個時刻都有對應的直流電壓信號，直到?jīng)]收沒有接收到直流電壓信號后，將記錄的直流電壓信號發(fā)送給中央處理模塊。

（三）存儲單元

顯示模塊還包括存儲單元，存儲單元用于存儲多個頻率方波對應的第一時間周期，顯示模塊還用于根據(jù)交流電壓信號的時間周期與第一時間周期的對比結果確定交流電壓信號的第二時間周期，并根據(jù)第二時間周期及在不同時標下的電流電壓信號得到交流電壓信號的波形并顯示。

假設存儲單元記錄了1Hz～1000Hz電壓波形的周期值，將1Hz～1000Hz范圍內的電壓周期值記為第一時間周期，電壓測量儀所測得交流電壓信號的周期為第二時間周期。將第二時間周期與第一時間周期進行比較，當?shù)诙r間周期的波形橫坐標的長度值等于第一時間周期波形的長度值時，第一時間周期的數(shù)值就是第二時間周期的數(shù)值，顯示模塊在顯示交流電壓信號波形時，既顯示了交流電壓信號波形的大小，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作信號時，顯示模塊會將第一觸按動作信號反饋至中央處理模塊，使顯示模式為波形顯示;接收到第二觸按動作信號時，顯示模塊會將第二觸按動作信號反饋至中央處理模塊，使顯示模式為數(shù)值顯示。

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

總結

本文創(chuàng)新性的開發(fā)研究了免提示語音提示電壓監(jiān)測表。此電壓監(jiān)測表改變了原來電壓監(jiān)測費時費力、操作不方便、可能誤用萬能表檔位的缺點，對結構進行了改進，在提高工作效率的同時，也消除了錯用萬能表到位的隱患。

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