一种绝缘斗臂车接地与绝缘安全性报警监测装置的制作方法

1.本实用新型属于电力系统带电作业技术领域，具体涉及一种绝缘斗臂车接地与绝缘安全性报警监测装置。


背景技术：

2.在电力系统中，为保证电力供应的可持续性，常常需要进行带电作业检修，从而使得绝缘斗臂车使用数量加大，使用频次增加，作业安全风险因素也随之加大。
3.目前在用绝缘斗臂车额定电压以35kv和10kv为主，作业使用电压等级主要为10kv电力设备。绝缘斗臂车属于电力带电作业工具，从gb26859～26860《电力安全工作规程》、dl/t976-2017《带电作业工具、装置和设备预防性试验规程》等相关标准要求来看，绝缘斗臂车的绝缘性能是否良好，是确定绝缘斗臂车安全性的一个重要参数。绝缘斗臂车在受潮、污秽这些条件下，极易发生绝缘性能下降问题，为此，对绝缘斗臂车的存放环境有着严格的要求。但常常因为作业环境无法满足存放要求，使得绝缘斗臂车的性能可能下降，影响生产安全。为杜绝此类事故发生，相关标准与文件要求需要每半年对绝缘斗臂车进行一次试验，以证明绝缘斗臂车辆的安全性。虽然针对绝缘斗臂车的预防性试验能够有效验证绝缘斗臂车的绝缘安全性能，但是由于绝缘斗臂车的使用频率以及环境不同，其绝缘老化程度不同，为确保带电作业中人员的安全性，必须对作业中的绝缘斗臂车的绝缘安全性能进行在线监测。也就是需要在作业过程中实时监测绝缘斗臂车整车绝缘性及泄漏电流，从而确保车辆在带电作业使用过程中不会发生对地放电，杜绝人员与设备事故的发生。但目前还没有相关的设备能够对作业中的绝缘斗臂车的绝缘安全性能进行在线监测，不能及时了解绝缘斗臂车的绝缘安全性。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种绝缘斗臂车接地与绝缘安全性报警监测装置，本实用新型能够对作业中的绝缘斗臂车的绝缘安全性能进行在线监测，能及时了解绝缘斗臂车的绝缘安全性，确保作业的安全。
5.本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种绝缘斗臂车接地与绝缘安全性报警监测装置，包括接地回路电阻检测模块、泄漏电流检测模块、绝缘垫板状态检测模块、控制单元、阈值调节模块、显示模块、报警模块和电源模块；
7.接地回路电阻检测模块、泄漏电流检测模块、绝缘垫板状态检测模块、控制单元、阈值调节模块、显示模块和报警模块均与电源模块连接；
8.接地回路电阻检测模块、泄漏电流检测模块、绝缘垫板状态检测模块、阈值调节模块、显示模块和报警模块均与控制单元连接；
9.所述接地回路电阻检测模块与绝缘斗臂车的接地系统连接，并用于测试绝缘斗臂车的接地系统的回路电阻；
10.所述泄漏电流检测模块与绝缘斗臂车的主接地线连接，并用于检测绝缘斗臂车在带电作业过程中主接地线对地的泄漏电流；
11.所述绝缘垫板状态检测模块设置于绝缘斗臂车支撑腿与支腿的绝缘垫板处，并用于检测绝缘垫板和绝缘斗臂车支撑腿的连接状态；
12.所述阈值调节模块用于设置绝缘斗臂车的接地回路电阻和泄漏电流的报警门限值。
13.优选的，所述控制单元采用stm32f103r8t6芯片。
14.优选的，绝缘斗臂车的接地系统为绝缘斗臂车辅助接地线、大地、绝缘斗臂车主接地线构成的回路。
15.优选的，接地回路电阻检测模块采用卡钳式回路阻抗测试仪。
16.优选的，泄漏电流检测模块采用电流测试仪。
17.优选的，电流测试仪采用卡环式电流测试仪或分流器式电流测试仪。
18.优选的，绝缘垫板状态检测模块采用机械压力开关量传感器，机械压力开关量传感器设置于绝缘斗臂车支撑腿与支腿的绝缘垫板之间。
19.优选的，包括声光报警器和与声光报警器连接的驱动电路，驱动电路包括集成芯片uln2803，集成芯片uln2803与控制单元连接。
20.本实用新型具有如下有益效果：
21.本实用新型的绝缘斗臂车接地与绝缘安全性报警监测装置中，接地回路电阻检测模块能够测试绝缘斗臂车的接地系统的回路电阻，并将数据发送给控制单元；泄漏电流检测模块能够检测绝缘斗臂车在带电作业过程中系统对地的泄漏电流，并将数据发送给控制单元；绝缘垫板状态检测模块能够检测绝缘垫板是否正确安装于斗臂车的车辆支撑腿处，同时将四处绝缘垫板的状态信号发生给控制单元；阈值调节模块能够用来设置接地回路电阻和泄漏电流的报警门限值，并将门限值发送给控制单元；电源模块能够是给整个系统提供稳定可靠的工作电源；控制单元能够完成信号采集、转换、处理，接收阈值调节模块的信号输入，控制显示模块以及报警模块，实现人机互动功能；显示模块能够显示泄漏电流值、接地回路电阻值、绝缘垫板状态显示；报警模块能够根据控制单元的指令进行报警。综上述可以看出，利用本实用新型，能够对作业中的绝缘斗臂车的绝缘安全性能进行在线监测，能及时了解绝缘斗臂车的绝缘安全性，确保作业的安全。
附图说明
22.图1为本实用新型绝缘斗臂车接地与绝缘安全性报警监测装置的原理框图。
23.图2为本实用新型绝缘斗臂车接地与绝缘安全性报警监测装置与绝缘斗臂车系统连接的示意图。
24.图3为本实用新型采用的供电和电池检测模块原理图。
25.图4为本实用新型采用的调节阈值模块原理图。
26.图5为本实用新型采用的绝缘垫板状态检测模块原理图。
27.图6为本实用新型采用的报警模块原理图。
28.图中，1-绝缘斗臂车体，2-信号采集器及报警装器，3-电流测试仪，5-绝缘斗臂车辅助接地线，6-辅助接地钎，7-接地导电介质，8-车辆接地钎，9-第一绝缘隔离垫，10-第二
绝缘隔离垫，11-绝缘斗臂车主接地线，12-卡钳式回路阻抗测试仪，13-机械压力开关量传感器，14-第三绝缘隔离垫，15-第四绝缘隔离垫。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例来对本实用新型做进一步的说明。
30.为及时发现绝缘斗臂车接地不良、绝缘性差等问题，本实用新型提供了一种绝缘斗臂车接地与绝缘安全性报警监测装置，该装置主要包括以下几个模块：
31.接地回路电阻检测模块、泄漏电流检测模块、绝缘垫板状态检测模块、控制单元、阈值调节模块、显示模块、报警模块和电源及电池检测模块；
32.如图1所示，接地回路电阻检测模块、泄漏电流检测模块、绝缘垫板状态检测模块、控制单元、阈值调节模块、显示模块和报警模块均与电源模块连接；接地回路电阻检测模块、泄漏电流检测模块、绝缘垫板状态检测模块、阈值调节模块、显示模块和报警模块均与控制单元连接。
33.接地回路电阻检测模块的主要用于测试绝缘斗臂车的接地系统的回路电阻，并将数据发送给控制单元；
34.泄漏电流检测模块用于检测斗臂车在带电作业过程中系统对地的泄漏电流，并将数据发送给控制单元；
35.绝缘垫板状态检测模块主要用于检测绝缘垫板是否正确安装于斗臂车的车辆支撑腿处，同时将四处绝缘垫板的状态信号发生给控制单元；
36.阈值调节模块用于设置接地回路电阻和泄漏电流的报警门限值，并将门限值发送给控制单元；
37.显示模块用于显示泄漏电流值、接地回路电阻值、绝缘垫板状态显示；
38.报警模块主要功能是产生声光报警，由控制单元对采集的接地回路电阻值、泄漏电流值和设定的报警门限值进行对比分析，并控制报警模块动作；
39.电源及电池检测模块的主要作用是给整个系统提供稳定可靠的工作电源，同时指示内部电池电量；
40.控制单元是整个系统的核心模块，能够完成信号采集、转换、分析，接收阈值调节模块的信号输入，控制显示模块以及报警模块，实现人机互动功能。
41.下面对功能模块进行详细说明：
42.控制单元：
43.控制单元是装置的核心部分，主要作用是与接地回路电阻检测模块、泄漏电流检测模块之间的数据通信，完成数据的采集接收；识别解析绝缘垫板的开关量信号和阈值调节模块的信号；经过内部程序计算分析，控制显示模块和报警模块执行程序指令，完成显示输出和报警输出。
44.控制单元包括芯片stm32f103r8t6以及其最小系统，该芯片使用高性能的armcortex-m332位的risc内核，工作频率为72mhz，能够实现高端运算，同时提供先进的计算性能和良好的中断系统响应。芯片stm32f103r8t6内置高速存储器，丰富的增强i/o端口以及联接到两条apb总线的外设。芯片stm32f103r8t6工作的温度范围为-40～105℃，供电电压为2.0～3.6v。
45.电源及电池检测模块：
46.电源及电池检测模块为整个装置提供稳定的工作电源，保证各模块可靠工作，同时能够指示内部电池电量，便于使用者及时给装置进行充电维护。
47.如图3所示，电源及电池检测模块采用12.6v大容量锂电池供电，内置充电电路。电量检测使用电压法检测电池容量，电压门限值设定为10.8v、11.25v、11.55v、12.09v。使用电压比较器lm339实现该功能，内置4个独立的比较器单元。12v接电池正极，gnd接电池负极。in1＝3.6v，in2＝3.75v，in3＝3.85v，in4＝4.03v。当电池电压大于12.09v时，ref端的电压大于4.03v，由于in1/in2/in3/in4的电压均小于ref端的电压，所以out1/out2/out3/out4都是低电平，因此led灯d1/d2/d3/d4都常亮，表示电池电量处于饱满状态；当电池电压小于10.08v时，ref端的电压小于3.36v，由于in1/in2/in3/in4的电压均大于ref端的电压，所以out1/out2/out3/out4都是高电平，因此led灯d1/d2/d3/d4都灭亮，表示电池电量处于欠压状态；其他电量指示状态同理。
48.阈值调节模块：
49.如图4所示，阈值调节模块的主要作用设置接地回路阻抗报警和泄漏电流报警的门限值。报警门限分为低、中、高三个档，由转换开关和外围电路实现信号输入，再由控制单元对信号进行识别解析，从而完成报警门限的设定。
50.阈值调节模块采用三档转换开关实现，转换开关内部有两组触点，切换至中间档位时，两组触点均常开。开关拨至左侧时，左边触点常闭，右边触点常开。开关拨至右侧时，右边触点常闭，左边触点常开。真值表如下表1所示(闭合为1，断开为0)：
51.表1
52.位置触点a(左侧)触点b(右侧)中间00左边10右边01
53.根据以上真值表，控制单元中stm32f103r8t6需要使用两个io实现该功能。io配置为输入模式，外部接上拉电阻，io默认状态为高电平，使能为低电平。模块原理图如下图3所示，其中p1两端接转换开关左侧触点，p2两端接转换开关右侧触点，r_sen_l和r_sen_h分别接控制单元中stm32f103r8t6的io_1和io_2，控制单元通过识别io_1和io_2的电平信号来完成报警门限设置。io真值表如下表2所示(低电平0，高电平1)。
54.表2
55.开关位置/阈值档位io-1io-2中间/中档00左侧/高档01右侧/低档10
56.显示模块：
57.显示模块的功能是显示接地回路阻抗值、泄漏电流值以及绝缘垫板的状态，动态指示斗臂车的绝缘安全性能。显示模块使用rs485接口与控制单元通信，由控制单元控制显示模块的显示内容，采用3组5位数码管，分别显示电阻值、电流值以及绝缘垫板的开关量。
58.显示模块特点：
59.供电范围：直流电压dc5～40v；
60.内置开关电源电路，输入电压范围宽，转换效率高，可以长时间连续工作。
61.电源输入端具有反接保护
62.rs485总线接口具有过压过流保护
63.回路电阻检测模块：
64.回路电阻检测模块的主要作用是检测由外部辅助接地线、大地、斗臂车主接地线构成的回路的电阻值，并将电阻值通过rs485通讯接口传输给控制单元。该模块检测采用隔离式检测方案，回路电阻检测模块包括电压线圈及电流线圈。电压线圈提供激励信号，并在被测回路上感应一个电势e。在电势e的作用下将在被测回路产生电流i。钳表对e及i进行测量，并通过下面的公式即可得到被测回路电阻r＝e/i。
65.回路电阻检测模块指标：
66.供电：6vdc～12vdc，50mamax
67.接线方式：穿孔式
68.测量范围：0.01ω～200ω
69.分辨率：0.001ω
70.精度：
±
2％rdg
±
3dgt(20℃
±
5℃，70％rh以下)
71.通信方式：rs485
72.泄漏电流检测模块：
73.泄漏电流检测模块的主要作用是检测斗臂车在带电作业过程中所产生的对地泄漏电流，并将泄漏电流通过rs485通讯接口传输给控制单元。泄漏电流采用隔离式检测方案，选用精密电流传感器，将交流泄漏电流转换为直流电压信号，并直接进行数据通信传输。穿孔式接线方式，电路内置保护器件，确保产品使用安全。稳定性高，采用优质的检测器件，多种屏蔽措施、特殊工艺，可有效抑制电、磁场干扰，确保检测精度和稳定性。
74.泄漏电流检测模块主要指标：
75.供电：12vdc
76.检测范围：0～3ma
77.检测精度：0.02ma
78.模拟输出：0～5v
79.绝缘垫板状态检测模块：
80.绝缘垫板状态检测模块的主要作用是通过限位开关的开关量信号来检测绝缘垫板和绝缘斗臂车支撑腿的连接状态，并且通过外围电路将限位开关的开关量信号转换为电信号，再由控制单元对电信号进行识别解析。
81.如图5所示，p8/p7/p16/p15的两端分别与限位开关的触点两端相连，模块中的io1/io2/io3/io4分别与控制单元中stm32f103r8t6的四个io相连，当绝缘垫板和绝缘斗臂车的支撑腿正确安装后，四个限位开关触点均为闭合状态，此时io1/io2/io3/io4均为低电平，控制单元读取四个io口的电平信号进行状态显示。
82.报警模块：
83.报警模块包括声光报警器和驱动电路，驱动电路包括集成芯片uln2803及其外围电路，由控制单元根据数据分析结果控制驱动电路进行报警输出。uln2803内部集成8路达
林顿晶体管，具有高耐压、大电流的特点，驱动原理图如图6所示：其中mcu_av_alarm_r/mcu_av_alarm_i/mcu_av_alarm_k/mcu_work_led分别与控制单元中stm32f103r8t6的io相连，p4/p9/p11/p17为四个声光报警器，分别为接地回路电阻报警器、泄漏电流报警器、绝缘垫板报警器、系统正常工作指示器，两端分别与电源正极12v和uln2803相连，由控制单元stm32f103r8t6的io输出的高低电平来控制p4/p9/p11/p17是否报警：当mcu_av_alarm_r为高电平时，av_alarm_r为低电平，则p4报警器工作，即接地回路电阻报警器开始报警；当mcu_av_alarm_r为低电平时，av_alarm_r为高电平，则p4报警器停止报警，即接地回路电阻报警器停止报警；其余报警器控制原理同上。
84.本实用新型能够在绝缘斗臂车进行带电作业等使用过程时，全程监测车辆接地与绝缘的安全性，若发生车辆接地故障或车辆整体绝缘故障，装置将以报警方式提醒操作人员及监护人员，从而达到对绝缘斗臂车辆使用过程中的接地安全性与绝缘安全性综合报警监测，避免发生带电作业安全事故。其中，这里的接地故障，指因疏忽、断线或作业不规范等原因，导致接地线与接地体之间电气连接欠佳；
85.车辆整体绝缘故障，指因吊臂绝缘段受潮、车辆支撑腿与地面未能绝缘隔离(一般带有绝缘隔板)和表面污秽等问题，导致车辆绝缘性较差，使绝缘斗臂车的吊篮在触近带电体时，车辆整体泄漏电流超过安全极限值(该极限值可事先根据不同要求或标准确定，可设置为可编辑状态)，造成对人员的可能伤害。
86.接地故障报警的过程包括：参考图2，给绝缘斗臂车接地线引出端并联一根带接地钢钎的辅助接地线，即辅助接地线一端与车辆原自带接地线一端短接，它们两个各自的另一端分别接地，通过土壤构成回路；最后通过监测辅助接地线、车辆原有接地线及接地极所构成的回路电阻(可借助卡钳式接地电阻测试仪进行监测)，比较回路电阻值是否超过极限值(该极限值可事先根据不同要求或标准确定，设置为可编辑状态，以适应不同要求)，判断是否接地可靠，从而给出警报信号。注意：这里的回路电阻应是辅助接地线电阻、车辆原接地线电阻、接地钢钎的接地电阻、车辆接地线的接地电阻串联之和，一般不会超过100欧姆。
87.车辆整体绝缘故障报警过程包括：用泄漏电流监测仪监测车辆接地线与辅助接地线总和的泄漏电流，若泄漏电流超过安全极限值，则输出警报信号。
88.这里的泄漏电流超标有着一个重要前提，尤其当地面比较潮湿环境下。在监测泄漏电流同时，还需要同时监测绝缘斗臂车四个支撑腿下是否设置有绝缘垫板，以使得支撑腿与地面电气绝缘(一般操作人员易疏忽而未垫上)。若车辆支撑腿与地面已经电气绝缘，且监测得到的泄漏电流超标，则认为车辆整体绝缘性有故障，应输出警报信号。
89.绝缘斗臂车四个支撑腿下是否设置有绝缘垫板的监测方法包括：给各个绝缘垫板上分别嵌入压力开关装置，一旦感应到车辆支撑腿的压力，则开关装置所连接的电气回路导通，从而发出安全信号，否则输出警报信号。
90.报警状态特征包括：监测报警装置设置一总开关，当车斗操作开关启动时，该总开关则闭合，从而启动各个监测装置，以避免在非工作状态下的车辆报警。
91.报警状态包括4，分别如下：
92.第一种状态为良好，表明1)接地良好，2)支撑绝缘垫安装到位，3)车辆泄漏电流未超标；
93.第二种状态为接地故障(回路电阻超标)，表明1)接地不良，2)支撑绝缘垫安装到
位，3)车辆泄漏电流未超标；
94.第三种状态为仅绝缘故障，表明1)接地良好，2)支撑绝缘垫安装到位，3)车辆泄漏电流未超标；
95.第四种状态为支撑垫未安装到位，表明1)接地良好，2)支撑绝缘垫安装有故障，3)忽略车辆泄漏电流。
96.注意：如果存在第三种报警状态，同时需要判断车辆支撑腿绝缘垫是否到位，如果到位，还存在泄漏电流过大的情况，则为确实发生故障。
97.综上，利用本实用新型的绝缘斗臂车接地与绝缘安全性报警监测装置能够同时监测：绝缘斗臂车接地电阻、车辆支撑腿绝缘垫板是否放置、车辆泄漏电流，来表征在用绝缘斗臂车辆的安全性(绝缘性及接地的可靠性)，从而实现在用绝缘斗臂车辆的在线监测安全警报。