專利名稱：寬電流檢測范圍的電子互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子互感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電力行業(yè)用寬電流檢測范圍的電子互感器。
背景技術(shù)：
智能電網(wǎng)要求從發(fā)電、輸電到配電的整個(gè)電網(wǎng)，包括系統(tǒng)和元器件可靠、安全，能夠保證供電的連續(xù)性、安全性，這對(duì)電力行業(yè)也提出了更高的要求。包括美國在內(nèi)的工業(yè)化國家正在集合企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的力量，加強(qiáng)智能技術(shù)攻關(guān)和成果推廣，積極推動(dòng)智能設(shè)備、智能家電等研發(fā)和應(yīng)用。在國際大電網(wǎng)會(huì)議上，國家電網(wǎng)公司提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)統(tǒng)一智能電網(wǎng)的規(guī)劃，其中智能化變電站的建設(shè)和包括電子互感器在內(nèi)的電力設(shè)備行業(yè)關(guān)系密切。目前 將數(shù)字技術(shù)、在線監(jiān)測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等智能技術(shù)的集成已經(jīng)發(fā)展到較高水平，其中，羅氏線圈具有線性度好、穩(wěn)定性高、信號(hào)檢出電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，基于羅氏線圈的電流互感器是目前技術(shù)最為成熟的電子式互感器。在電力系統(tǒng)中電子互感器面臨著較高的要求，正常工作時(shí)電流都長期在額定值以下，但電力系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的故障，一旦發(fā)生電力系統(tǒng)故障，電子互感器要求能及時(shí)檢測到故障電流并輸入到保護(hù)系統(tǒng)，使保護(hù)系統(tǒng)盡快切除故障線路并恢復(fù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)。盡管羅氏線圈具有很大范圍的線性電流檢測能力，但是電子互感器需要采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將羅氏線圈的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，當(dāng)被檢測電流過大時(shí)，將使模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)果溢出，如果降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器前級(jí)運(yùn)算放大器的增益，盡管能夠擴(kuò)大電流檢測范圍，但是將造成額定電流以下時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)過小，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率是固定不變的，因此過小的輸入信號(hào)必然導(dǎo)致電子互感器的檢測精度下降。為了化解上述矛盾，文獻(xiàn)(仁穩(wěn)柱，馮建華，何紅，王璐，用于智能型斷路器的電子式電流電壓組合互感器，高壓電器，47 (5)，2011和蘇育均，任曉，方春恩，董恩源，李偉，余建華，侯祥玉，IOkV電子式電流互感器研究，變壓器，48 (12)，2011)提出組合式電子互感器的方案，采用兩個(gè)獨(dú)立的電流互感器分別用來測量和保護(hù)用電流的檢測。但這種方法成本高，體積大，對(duì)保護(hù)用電流互感器來說，受到模數(shù)轉(zhuǎn)換器量程的限制，羅氏線圈電流檢測的精度依舊受到較大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有電子互感器存在的電流檢測精度、量程等問題，提供一種電流檢測范圍寬、精度高、成本低的電子電流互感器。技術(shù)方案一種寬電流檢測范圍的電子互感器，包括羅氏線圈、低通濾波器、積分器、運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器、反饋電阻、電子開關(guān)以及固定電阻，所述的羅氏線圈的輸出信號(hào)經(jīng)低通濾波器和積分器處理后輸入到運(yùn)算放大器，所述的運(yùn)算放大器外部設(shè)有反饋電阻和固定電阻，η個(gè)反饋電阻與固定電阻串聯(lián)連接，其中η >1，反饋電阻串聯(lián)后形成的電阻網(wǎng)絡(luò)與電子開關(guān)連接，電子開關(guān)的控制端口與微處理器的輸出口連接，運(yùn)算放大器的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與微處理器的數(shù)據(jù)口連接。
本發(fā)明的寬電流檢測范圍的電子互感器使用反饋電阻和固定電阻串聯(lián)連接后組成運(yùn)算放大器的增益調(diào)整電阻網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)被檢測電流小于等于額定值時(shí)，電子開關(guān)與反饋電阻并接的所有接點(diǎn)閉合，全部反饋電阻被切除，此時(shí)串接的電阻阻值最小和對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)最大，根據(jù)運(yùn)算放大器的參數(shù)和輸入信號(hào)選擇固定電阻的阻值，使得額定的檢測電流所對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器輸出信號(hào)Vout略小于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入滿量程。本發(fā)明的寬電流檢測范圍的電子互感器給模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果設(shè)置門限上值，該門限上值的取值在額定電流所對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)果和模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出滿量程之間，微處理器對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行檢測和分析，若該轉(zhuǎn)換結(jié)果超過門限上值，則電子開關(guān)的第一級(jí)開關(guān)接點(diǎn)斷開，反饋電阻Rfi和固定電阻串接后給運(yùn)算放大器提供的增益電阻阻值增大，運(yùn)算放大器的增益降低；微處理器繼續(xù)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行檢測，并依次斷開反饋電阻RF2、Rf3…RFn并接的電子開關(guān)接點(diǎn)，直至轉(zhuǎn)換結(jié)果小于門限上值。本發(fā)明中的寬電流檢測范圍的電子互感器給模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果設(shè)置門限下值，微處理器對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行檢測和分析，若該轉(zhuǎn)換結(jié)果小于門限下值，電子 開關(guān)的開關(guān)接點(diǎn)依序號(hào)從大到小的順序逐級(jí)閉合，增益電阻阻值減小，運(yùn)算放大器的增益增大，微處理器對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行檢測，直至轉(zhuǎn)換結(jié)果大于門限下值。本發(fā)明中根據(jù)運(yùn)算放大器型號(hào)和接線方式的不同，電子開關(guān)采用并接接點(diǎn)閉合的方式逐級(jí)切除反饋電阻，當(dāng)被檢測電流超過額定值時(shí)，通過減小與固定電阻串接的反饋電阻值而使運(yùn)算放大器的增益減小，擴(kuò)大電流的檢測范圍。有益效果本發(fā)明采用羅氏線圈作為電流檢測元件，根據(jù)被檢測的電流大小不同使用電子開關(guān)有級(jí)調(diào)節(jié)串聯(lián)反饋電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值來改變電子互感器運(yùn)算放大器的增益，使得電子互感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作在既不飽和溢出又能同時(shí)高精度檢測正常工作電流和故障電流，具有電流檢測范圍寬、精度高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的微處理器控制流程圖。圖3為本發(fā)明的典型實(shí)例圖。圖中有羅氏線圈I、低通濾波器2、積分器3、運(yùn)算放大器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器5、反饋電阻6、電子開關(guān)7、微處理器8、固定電阻9。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。由圖I可見，一種寬電流檢測范圍的電子互感器，包括羅氏線圈I、低通濾波器2、積分器3、運(yùn)算放大器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器5、微處理器8、反饋電阻6、電子開關(guān)7以及固定電阻9，所述羅氏線圈I的輸出信號(hào)經(jīng)低通濾波器2和積分器3處理后輸入到運(yùn)算放大器4，所述運(yùn)算放大器4外部設(shè)有反饋電阻6和固定電阻9，η個(gè)反饋電阻6與固定電阻9串聯(lián)連接，其中η > 1，所述反饋電阻6串聯(lián)后形成的電阻網(wǎng)絡(luò)與電子開關(guān)7連接，電子開關(guān)7的控制端口與微處理器8的輸出口連接，運(yùn)算放大器4的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器5輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器5的輸出端與微處理器8的數(shù)據(jù)口連接。
由圖2可見，寬電流檢測范圍的電子互感器的微處理器控制流程，上電初始化后令變量i等于0，電子開關(guān)全部接點(diǎn)閉合，所有串接反饋電阻被短路，此時(shí)運(yùn)算放大器接入的增益電阻阻值最小(僅為固定電阻Rf的阻值)，對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器增益最大；微處理器讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)果并進(jìn)行越限判別，如果沒有超越門限上值和門限下值，則保存當(dāng)前i值并據(jù)此計(jì)算實(shí)際被檢電流值；進(jìn)行是否超越門限上值判別，如果模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果超越門限上值，將i變量增加I后判斷是否小于等于η (η ^ 1)，若否，則判斷被檢電流超過量程，輸出溢出報(bào)警，若是，則斷開電子開關(guān)第i級(jí)接點(diǎn)，即將所對(duì)應(yīng)的i級(jí)串接反饋電阻RFi投入工作，增益電阻阻值增大和對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器增益減小，重新讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，重復(fù)前面越限判別步驟，直至模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果不超越門限上值；進(jìn)行是否超越門限下值判別，如果模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果超越門限下值，將i變量減去I后判斷是否大于等于I，若是，則閉合電子開關(guān)第i級(jí)接點(diǎn)，即將所對(duì)應(yīng)的i級(jí)串接反饋電阻RFi斷開，增益電阻阻值減小和對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器增益增大，重新讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，重復(fù)前面越限判別步驟，直至模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果不超越門限下值，若i變量小于1，則直接讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，保存當(dāng)前i值并計(jì)算實(shí)際被檢電流值。
由圖3可見，三相電流電子互感器典型實(shí)例，羅氏線圈檢測的電流信號(hào)經(jīng)低通濾波和積分器之后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Vin接入到運(yùn)算放大器同相和反相輸入端之間，本實(shí)例運(yùn)算放大器4采用運(yùn)算放大器AD8221，該運(yùn)算放大器4通過兩引腳Rgl和Rg2外接增益調(diào)整用
49 4kO
的反饋電阻6，且滿足運(yùn)算放大器增益，本實(shí)例中使用反饋電阻6和固定電
阻9串聯(lián)而成外接增益調(diào)整電阻網(wǎng)絡(luò)，電子開關(guān)7接點(diǎn)和反饋電阻Rfi并接，當(dāng)被檢測電流不大于I. 2倍額定電流時(shí)，電子開關(guān)接點(diǎn)閉合，反饋電阻Rfi被短路，引腳Rgl和Rg2外接電阻僅剩固定電阻Rf，AD8221的放大倍數(shù)最大，可使同等羅氏線圈輸入的信號(hào)電壓Vin獲得盡可能大的輸出信號(hào)Vwt，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器5的分辨率是固定不變的，較大的Vwt信號(hào)電壓可提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器5輸出結(jié)果和電子互感器的精度；調(diào)整電路參數(shù)和固定電阻Rf的阻值使被檢電流為I. 2X Ie (Ie為額定電流)時(shí)達(dá)到模數(shù)轉(zhuǎn)換器5滿量程點(diǎn)，則額定電流時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果為滿量程的O. 83倍，取門限上值為I. I XIeK對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，門限下值為O. IXIe所對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果；當(dāng)外界電路發(fā)生故障，羅氏線圈檢測到故障電流，該電流視故障的類型、故障離檢測點(diǎn)距離、故障嚴(yán)重程度等不同而不同，一般從2 3倍額定電流到10倍額定電流不等，該故障電流引起信號(hào)電壓Vrat上升并使模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)果超過門限上值，微處理器8依據(jù)圖2所示流程圖作出判斷并斷開電子開關(guān)接點(diǎn)，反饋電阻Rfi和固定電阻Rf串接后使運(yùn)算放大器AD8221增益下降，選取反饋電阻Rfi的阻值使最大檢測電流IOXIe所對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果達(dá)到滿量程點(diǎn)，當(dāng)微處理器檢測到模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果小于門限下值時(shí)閉合電子開關(guān)接點(diǎn)，反饋電阻Rfi退出工作。由于本實(shí)例只使用單級(jí)電子開關(guān)接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器的高、低增益切換，在微處理器控制流程中可簡化越門限判斷流程，即當(dāng)i為I時(shí)不需要越門限上限判別，當(dāng)i為O時(shí)不需要越門限下限判別。本實(shí)例僅展開了 A相電流檢測通道，B相和C相電路檢測通道與此類似。本發(fā)明中，羅氏線圈作為電流檢測部件，具有線性度高、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種寬電流檢測范圍的電子互感器，其特征在于包括羅氏線圈(I)、低通濾波器(2)、積分器(3)、運(yùn)算放大器(4)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)、微處理器(8)、反饋電阻(6)、電子開關(guān)(7)以及固定電阻(9)，所述羅氏線圈(I)的輸出信號(hào)經(jīng)低通濾波器(2)和積分器(3)處理后輸入到運(yùn)算放大器(4)，所述運(yùn)算放大器(4)外部設(shè)有反饋電阻(6)和固定電阻(9)，n個(gè)反饋電阻(6)與固定電阻(9)串聯(lián)連接，其中n ^ 1，所述反饋電阻(6)串聯(lián)后形成的電阻網(wǎng)絡(luò)與電子開關(guān)(7)連接，電子開關(guān)(7)的控制端口與微處理器(8)的輸出口連接，運(yùn)算放大器(4)的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)的輸出端與微處理器(8)的數(shù)據(jù)口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬電流檢測范圍的電子互感器，其特征在于所述反饋電阻(6)和固定電阻(9)串聯(lián)連接后組成運(yùn)算放大器(4)的增益調(diào)整電阻網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)被檢測電流小于等于額定值時(shí)，電子開關(guān)(7)與反饋電阻(6)并接的所有接點(diǎn)閉合，全部反饋電阻 (6)被切除，此時(shí)串接的電阻阻值最小和對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)最大，根據(jù)運(yùn)算放大器(4)的參數(shù)和輸入信號(hào)選擇固定電阻(9)的阻值，使得額定的檢測電流所對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器(4)輸出信號(hào)略小于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)的輸入滿量程。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬電流檢測范圍的電子互感器，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)的轉(zhuǎn)換結(jié)果設(shè)置門限上值，該門限上值的取值在額定電流所對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)轉(zhuǎn)換結(jié)果和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)輸出滿量程之間，微處理器(8)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行檢測和分析，若該轉(zhuǎn)換結(jié)果超過門限上值，則電子開關(guān)(7)的第一級(jí)開關(guān)接點(diǎn)斷開，反饋電阻(6)和固定電阻(9)串接后給運(yùn)算放大器(4)提供的增益電阻阻值增大，運(yùn)算放大器(4)的增益降低；微處理器(8)繼續(xù)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行檢測，并依次斷開反饋電阻(6)并接的電子開關(guān)接點(diǎn)，直至轉(zhuǎn)換結(jié)果小于門限上值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬電流檢測范圍的電子互感器，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)的轉(zhuǎn)換結(jié)果設(shè)置門限下值，微處理器(8)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行檢測和分析，若該轉(zhuǎn)換結(jié)果小于門限下值，電子開關(guān)(7)的開關(guān)接點(diǎn)依序號(hào)從大到小的順序逐級(jí)閉合，增益電阻阻值減小，運(yùn)算放大器(4)的增益增大，微處理器(8)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行檢測，直至轉(zhuǎn)換結(jié)果大于門限下值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬電流檢測范圍的電子互感器，其特征在于根據(jù)運(yùn)算放大器(4)型號(hào)和接線方式的不同，所述電子開關(guān)(7)采用并接接點(diǎn)閉合的方式逐級(jí)切除反饋電阻(6)，當(dāng)被檢測電流超過額定值時(shí)，通過減小與固定電阻(9)串接的反饋電阻值而使運(yùn)算放大器(4)的增益減小，擴(kuò)大電流的檢測范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬電流檢測范圍的電子互感器，包括羅氏線圈、低通濾波器、積分器、運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器、反饋電阻、電子開關(guān)以及固定電阻。本發(fā)明采用羅氏線圈作為電流檢測元件，根據(jù)被檢測的電流大小不同使用電子開關(guān)有級(jí)調(diào)節(jié)串聯(lián)反饋電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值來改變電子互感器運(yùn)算放大器的增益，使得電子互感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作在既不飽和溢出又能同時(shí)高精度檢測正常工作電流和故障電流，具有電流檢測范圍寬、精度高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R15/09GK102967742SQ20121051719
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者張建忠, 韋春平 申請(qǐng)人:南京匹瑞電氣科技有限公司