变电站语音免提式电压质量监测装置的研制

张元彦 庄博明

摘要：电压测量表是电力检测中常用的仪器，本文提出一种，变电站语音免提式的专用电压测量仪工具，其特点是可以语音播报、便于携带，避免选错档位所造成电压表的破坏，有利于工作效率的提高和安全隐患的减少。

关键词：电压质量监测装置;变电站;电压监测仪

一、电压质量监测装置研究背景与意义

在电压质量检测过程中，万用表是电力检测中经常使用的一个电子仪器，可以测量电流、电阻和电压大小等，在实际使用中，继保自动化二次回路上工作时，经常需要通过万用表测量继保自动化装置开出端的电压情况。继保自动化二次回路上工作经常会通过拆接二次线，以此观察二次回路电压的变化情况，从而判断二次系统上存在的问题。这种工作至少需要三个人才能完成，一人填写二次措施单并监护，一人拆接线，一人用万用表测量回路电压和观察数据。此种工作方法费时费力，操作不方便，还存在误用万用表电阻电流档导致设备跳闸的风险，这种误用万用表档位造成事故的情况已发生多次。

综上所述，针对目前国内生产的电压监测仪的缺点，本研究开发了一套可靠性高、易于操作、可以语音播报、便于携带的变电站语音免提式电压质量监测装置。

二、变电站语音免提式电压测量仪简介

（一）装置构成与功能

本次研究开发的变电站语音免提式电压测量仪主要结构包括电压判断模块、第一电压转换模块、第二电压转换模块和处理显示模块。

其中，电压判断模块分别与第一电压转换模块和第二电压转换模块连接，用于判断接入电压信号的信号类型，以及根据信号类型将电压信号传输至第一电压转换模块或第二电压转换模块。具体来说，判断接入电压信号的信号类型为直流电压信号时，电压判断模块将电压信号传输至第一电压转换模块，第一电压转换模块用于将直流电压信号转换为第一数字信号;判断接入电压信号的信号类型为交流电压信号时，将电压信号传输至第二电压转换模块，第二电压转换模块用于将交流电压信号转换为第二数字信号。

第一电压转换模块、第二电压转换模块均与处理显示模块连接，两个电压转换模块用于将接收到的电压信号转化为数字信号;

处理显示模块用于对数字信号进行处理并显示。

（二）装置运行原理

本研究开发的变电站语音免提式电压测量仪通过设置电压判断模块来判断所测电压的类型，判断所测电压类型之后进而传输至第一电压转换模块或第二电压转换模块，第一电压转换模块或第二电压转换模块将电压信号转换为处理显示模块可识别的数字信号，处理显示模块对接入的数字信号进行再处理并显示。

该电压测量仪不设置交流档位和直流档位，可以通过相同的端口直接测量被测器件两端的直流电压信号和交流电压信号，无需考虑交流档和直流档的切换，使用该电压测量仪可以避免因选错直流档或交流档而造成的电压表的损坏。

（三）装置应用优势

变电站语音免提式电压测量仪与其他电压测量仪相比有较多优势，具体可分为以下四个方面。

第一，该测量仪可以简化工作过程，在使用过程中一人监护，一人执行，两人均能清楚二次回路电压情况，移动到周边屏柜拆接线时，也没必要改变电压表的接线;

第二，装置小巧便于携带，表头带磁铁设计，接好线后将表通过磁铁吸在屏柜边门上，无需手持。适用于所有生产场所，实用性强;

第三，电压表高内阻设计，因只有一个电压档功能，不存在工作过程中错用万用表档位的风险;

第四，电压变化时语音提示，周边工作人员均能清楚二次回路电压情况，避免看表被挡或光线不足的问题，特别是夜间工作更为方便。

三、变电站语音免提式电压测量仪实施例

基于本研究开发测量仪的技术原理，下面就具体实施例进行说明，如图1所示，为电压测量仪实施例结构示意图。

（一）电压转换模块

电压测量仪实施例的直流电压转换模块结构如图2，直流电压转换模块121包括直流电压取样单元122、直流电压处理单元123和直流电压模数转换单元124。

具体来说，直流电压取样单元122利用差分放大电路进行取样，采用差分放大电路可以消除共模干扰。直流电压处理单元123使用放大器对直流电压信号进行放大，放大后进行滤波处理。然后直流电压模数转换单元124将直流电压信号中的模拟信号转换为第一数字信号，其中，取样单元122中包含稳压二极管，用于保护模数转换芯片不受过高电压的影响。转换单元124包括分辨率高、抗工频干扰强的模数转换芯片。

电压测量仪实施例的交流电压转换模块结构如图3，交流电压转换模块131包括：交流电压取样单元132、交流电压处理单元133和交流电压模数转换单元134。

具体来说，交流电压取样单元132采用电阻分压方法进行取样，然后交流电压处理单元133使用放大器对交流电压信号进行放大，进行整流和滤波处理。接着交流电压模数转换单元134将交流电压信号中的模拟信号转换为第二数字信号。

为了提高采样交流电压信号的采样精度，本实施例交流电压取样单元132中选取高精度的电阻，交流电压模数转换单元134中选取高精度的模数转换芯片，交流电压取样单元132包含稳压二极管，避免电压过高烧坏回路。

（二）处理显示模块

如图1所示，处理显示模块140包括：中央處理模块141和显示模块142。

中央处理模块141分别与第一电压转换模块120和第二电压转换模块130连接，用于对第一数字信号进行计算处理得到直流电压信号的电压值和对第二数字信号进行处理得到交流电压信号的有效值。

显示模块142与中央处理模块141连接，用于显示直流电压信号的电压值、显示交流电压信号的有效值并加时标、显示直流电压信号的波形和交流电压信号的波形。假设直流电压信号波形显示将放置在一个直角坐标系中，那么横坐标表示时间、纵坐标表示电压值，可以通过直角坐标系中直观的看出电压的大小和方向与时间的变化关系。

另外，显示模块142还可以对直流电压信号变化超过设定电压变化阈值时的具体时间到测量结束时的直流电压信号进行记录并加时标，并将记录的直流电压信号反馈至中央处理模块，以此避免因零点漂移而造成波形图的混乱。假设将设定电压变化阈值定为5V，当电压测量仪监测到实际电压超过5V后，显示模块开始记录直流电压信号，每个时刻都有对应的直流电压信号，直到没收没有接收到直流电压信号后，将记录的直流电压信号发送给中央处理模块。

（三）存储单元

显示模块还包括存储单元，存储单元用于存储多个频率方波对应的第一时间周期，显示模块还用于根据交流电压信号的时间周期与第一时间周期的对比结果确定交流电压信号的第二时间周期，并根据第二时间周期及在不同时标下的电流电压信号得到交流电压信号的波形并显示。

假设存储单元记录了1Hz～1000Hz电压波形的周期值，将1Hz～1000Hz范围内的电压周期值记为第一时间周期，电压测量仪所测得交流电压信号的周期为第二时间周期。将第二时间周期与第一时间周期进行比较，当第二时间周期的波形横坐标的长度值等于第一时间周期波形的长度值时，第一时间周期的数值就是第二时间周期的数值，显示模块在显示交流电压信号波形时，既显示了交流电压信号波形的大小，也显示了波形周期值。

（四）显示按钮和数值显示按钮

在电压波形按钮接收到第一触按动作信号时，显示模块会将第一觸按动作信号反馈至中央处理模块，使显示模式为波形显示;接收到第二触按动作信号时，显示模块会将第二触按动作信号反馈至中央处理模块，使显示模式为数值显示。

当工作人员需要知道所测电压信号的波形时，触按波形显示按钮，将该第一触按动作信号反馈给中央处理模块，中央处理器控制显示模块显示所测电压的波形图。电压波形图有数值轴和时间轴，数值轴显示电压的大小，并且数值轴在-500V～+500V范围内可调，时间轴在10ms～5s范围内可调，工作人员通过更改数值轴和时间轴的单位刻度来获得清晰的波形显示。

总结

本文创新性的开发研究了免提示语音提示电压监测表。此电压监测表改变了原来电压监测费时费力、操作不方便、可能误用万能表档位的缺点，对结构进行了改进，在提高工作效率的同时，也消除了错用万能表到位的隐患。

参考文献：

[1]曾令琴.电路分析基础[M].北京：人民邮电出版社，2004.

[2]陈怡伶，周秉直，宗世敏.直流数字电压表在测量过程中的统计控制[J].仪器仪表标准化与计量，2017（6）：38-40.

[3]严海东.非接触式静电测试仪校准装置的研究[J].中国计量，2015（8）