專利名稱：一種電子式電壓互感器信號采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域中的復(fù)雜電磁干擾環(huán)境下的信號采集技術(shù)，尤其涉及一種電子式電壓互感器信號采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
互感器是電力系統(tǒng)中最重要的測量設(shè)備之一，在電流、電壓測量和繼電保護中起著不可替代的作用。隨著電力系統(tǒng)傳輸容量的不斷增大及電壓等級的不斷提高，傳統(tǒng)的電磁式互感器在絕緣、飽和、鐵磁諧振等方面的問題日益突出，不能很好滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需要；其輸出的模擬信號也不能為現(xiàn)代微機計量、保護設(shè)備所用。目前電子式電壓互感器基本采用電容分壓原理實現(xiàn)對高壓信號的采集，如圖2所示，圖中、為分壓器的高、低壓電容，被測高壓加在高壓電容上，一個與一次高壓成正比的較小電壓從低壓電容上取出
從上式看出，要使得相對于足夠準確，電容器的穩(wěn)定最為重要，因此，高、低壓電容應(yīng)采用相同介質(zhì)材料制成。電容分壓器的輸出信號需經(jīng)過一系列的處理才能提供給計量、測控及保護設(shè)備，其系統(tǒng)原理如圖2。電容分壓器將待測母線電壓變?yōu)檩^小的電壓，信號處理單元對輸出信號進行處理，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)過電/光變換后利用光纖進行數(shù)據(jù)傳輸。目前電子式電壓互感器的實際運用顯示，互感器的準確度不存在問題，主要問題集中在低壓采集單元抗干擾能，特別是高壓設(shè)備投切、雷擊、系統(tǒng)短路等暫態(tài)過程時所產(chǎn)生的高強度的電磁輻射騷擾，嚴重會導(dǎo)致互感器輸出錯誤數(shù)據(jù)甚至設(shè)備被損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述需求，提供了一種電子式電壓互感器信號采集系統(tǒng)，能有效抵御變電站惡劣電磁環(huán)境干擾，保證設(shè)備安全可靠運行。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種電子式電壓互感器信號采集系統(tǒng)，其不同之處在于其包括信號隔離電路、供電軟啟動電路、信號采集電路、糾錯控制電路、光輸出電路，外部電源接入供電軟啟動電路后，在經(jīng)過糾錯控制電路后給信號隔離電路、信號采集電路、光輸出電路供電；來自電容分壓器的二次輸出信號接入信號隔離電路，信號隔離電路輸出待測信號至信號采集電路，信號采集電路包括信號調(diào)理電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、控制單元，待測信號依次經(jīng)過信號調(diào)理電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、控制單元處理后由光輸出電路轉(zhuǎn)換成光信號對外輸出。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下特點本發(fā)明描述的信號采集系統(tǒng)所運用的隔離措施、電磁騷擾防護技術(shù)、軟啟動技術(shù)、糾錯控制技術(shù)等，能有效抵御變電站惡劣電磁環(huán)境干擾，在全溫范圍能信號采集精度優(yōu)于O. 2級要求，保證設(shè)備安全可靠運行。


圖1是本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2是本發(fā)明的電容分壓器原理 圖3是本發(fā)明的信號隔離電路原理 圖4是本發(fā)明的供電軟啟動電路原理 圖5是本發(fā)明的信號采集電路中的信號調(diào)理電路原理 圖6是本發(fā)明的糾錯控制電路中的電平監(jiān)測電路原理 圖7是本發(fā)明的糾錯控制電路中的溫濕度監(jiān)測電路原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細介紹。如圖1所示，本發(fā)明實施例電子式電壓互感器信號采集系統(tǒng)，其包括信號隔離電路、供電軟啟動電路、信號采集電路、糾錯控制電路、光輸出電路，外部電源接入供電軟啟動電路后，在經(jīng)過糾錯控制電路后給信號隔離電路、信號采集電路、光輸出電路供電；來自電容分壓器的二次輸出信號接入信號隔離電路，信號隔離電路輸出待測信號至信號采集電路，信號采集電路包括信號調(diào)理電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、控制單元，待測信號依次經(jīng)過信號調(diào)理電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、控制單兀處理后由光輸出電路轉(zhuǎn)換成光信號對外輸出。進一步的說明，上述信號隔離電路，用于隔離現(xiàn)場設(shè)備運行所帶來的干擾沖擊信號，保護低壓采集電路安全可靠運行；供電軟啟動電路，用于確保整個采集單元在惡劣條件下順利啟動，同時保證在啟動過程中設(shè)備輸出數(shù)據(jù)安全可靠；信號采集電路，用于對被測信號完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，保證在-40°C +85°C的全溫范圍內(nèi)精度滿足O. 2S級要求，并按照標準協(xié)議打包輸出；糾錯控制電路，用于對裝置對各種異常狀態(tài)預(yù)警防止互感器輸出錯誤數(shù)據(jù)；光輸出電路，具有硬鎖輸出設(shè)計，用于在異常狀態(tài)情況下放置錯誤數(shù)據(jù)輸出；外部電源接入供電軟啟動電路后，在經(jīng)過糾錯控制電路后輸出干凈、穩(wěn)定電源，提供給信號隔離電路、信號采集電路、光輸出電路；電容分壓器二次輸出信號接入信號隔離電路實現(xiàn)信號的電氣隔離、防干擾處理，輸出待測信號至信號采集電路，信號采集電路對信號進行調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、打包，由光輸出電路轉(zhuǎn)換成光信號對外輸出。信號隔離電路使用一種高精度微型電壓隔離模塊，此模塊內(nèi)部使用專門設(shè)計的低功率電壓傳遞線圈，能有效的實現(xiàn)電容分壓器與采集系統(tǒng)之間的電氣連接，同時保證傳遞的電氣信號精度、線性度、高低溫特性優(yōu)異，滿足互感器O. 2級準確度要求。隔離傳遞線圈的屏蔽層經(jīng)過特殊處理，模塊內(nèi)部使用防浪涌、防瞬變脈沖群器件，經(jīng)過合理搭配組合，能保證采集系統(tǒng)在各種惡劣干擾環(huán)境下穩(wěn)定可靠運行。隔離電路接線圖如圖3所示，在隔離傳遞線圈前端使用TVS 二極管Dl (TransientVoltageSuppressor,瞬態(tài)抑制二極管)、電阻、電容等器件對電容分壓器輸出信號進行處理防護，信號經(jīng)過傳遞線圈實現(xiàn)電氣隔離后輸出。本發(fā)明的采集系統(tǒng)采用雙電源模塊熱備份，且電源模塊能在寬溫度范圍工作，其所使用供電軟啟動電路，在供電電壓輸入至采集單元第一級使用特定的穩(wěn)壓電路后，輸出電壓經(jīng)過一級控制回路，此回路采用場效應(yīng)管與電阻電容配合，自動控制輸出電壓緩慢上升，防止在強沖擊干擾情況下對采集單元電壓器件產(chǎn)生干擾甚至損壞設(shè)備。供電軟啟動電路如圖4所示，軟啟動功能由場效應(yīng)晶體管Ql及其外圍配置電阻、電容完成，其中VIN為輸入電壓，經(jīng)過本發(fā)明的采集系統(tǒng)信號采集電路為低溫漂、低功耗設(shè)計，功耗僅為IOOmW,在保證準確度要求的同時，無溫升，可靠性大大提高；在模擬信號輸入前級使用獨有的電磁防護措施，保證系統(tǒng)輸出信號真實反映一次電壓信息；信號采集電路包括信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制單元；此電路使用高精度運放對所采集信號進行相位變換、幅值調(diào)整后，采用16位高精度AD芯片進行模數(shù)變換，信號采集的基準電平由獨立的低溫漂、高精度軌對軌運放提供，確保全溫范圍內(nèi)互感器準確度滿足要求，高速CPLD器件控制AD芯片的工作，接收其輸出的數(shù)字信號經(jīng)過編碼驗證后交由光輸出電路轉(zhuǎn)換輸出，整體性能滿足互感器信號采集實時性要求及可靠性要求。信號采集電路中的信號調(diào)理電路如圖5所示，信號的相位調(diào)整、極性調(diào)整由高精度運放芯片U 1、U2、U3完成，基準電平VFl由獨立的低溫漂、高精度軌對軌運放產(chǎn)生。本發(fā)明的采集系統(tǒng)所使用的糾錯控制電路采用靈敏的供電電壓檢測電路，其核心為低功耗電平監(jiān)測芯片及其外圍設(shè)計，在供電電平異常時保護互感器輸出，保證供電電壓達滿足系統(tǒng)工作電壓閥值之后輸出采集數(shù)據(jù)，具備有效的糾錯防止誤輸出的能力。糾錯控制電路同時對設(shè)備運行小環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測(溫度、濕度等)，監(jiān)測芯片為超低功耗設(shè)計，測量范圍廣，準確度高，對可能出現(xiàn)的異常情況提前預(yù)警，避免設(shè)備受到損壞。電平監(jiān)測電路再采集系統(tǒng)多個關(guān)鍵點位置進行監(jiān)控，其基本電路如圖6所示；溫濕度監(jiān)測由獨立的低功耗芯片U6完成，其示意圖如圖7所示。本發(fā)明的系統(tǒng)采集系統(tǒng)光輸出電路，光電轉(zhuǎn)換模塊供電電壓使用超低供電電壓，能有效降低功耗，其外圍配置電路具備異常供電電壓硬鎖功能，此功能獨立于糾錯控制電路、信號采集控制電路之外，在特殊異常狀態(tài)避免輸出錯誤數(shù)據(jù)，屬于最后一級防護，此項措施能進一步提高系統(tǒng)可靠性。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效的結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種電子式電壓互感器信號采集系統(tǒng)，其特征在于其包括信號隔離電路、供電軟啟動電路、信號采集電路、糾錯控制電路、光輸出電路，外部電源接入供電軟啟動電路后，在經(jīng)過糾錯控制電路后給信號隔離電路、信號采集電路、光輸出電路供電；來自電容分壓器的二次輸出信號接入信號隔離電路，信號隔離電路輸出待測信號至信號采集電路，信號采集電路包括信號調(diào)理電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、控制單元，待測信號依次經(jīng)過信號調(diào)理電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、控制單元處理后由光輸出電路轉(zhuǎn)換成光信號對外輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域中的復(fù)雜電磁干擾環(huán)境下的信號采集技術(shù)，尤其涉及一種電子式電壓互感器信號采集系統(tǒng)，其不同之處在于，其包括信號隔離電路、供電軟啟動電路、信號采集電路、糾錯控制電路、光輸出電路，外部電源接入供電軟啟動電路后，在經(jīng)過糾錯控制電路后輸出電源，提供給信號隔離電路、信號采集電路、光輸出電路；電容分壓器二次輸出信號接入信號隔離電路實現(xiàn)信號的電氣隔離、防干擾處理，輸出待測信號至信號采集電路，信號采集電路對信號進行調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、打包，由光輸出電路轉(zhuǎn)換成光信號對外輸出。本發(fā)明能有效抵御變電站惡劣電磁環(huán)境干擾，保證設(shè)備安全可靠運行。
文檔編號G01R19/25GK103063907SQ201210573779
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者方兵, 劉立斌, 文濤, 李曉, 崔新友, 覃彝 申請人:武漢烽火富華電氣有限責任公司