本發(fā)明涉及配電網(wǎng)自動化技術領域，尤其涉及一種帶有自校準功能的小信號隔離放大器。

背景技術：

自動重合器安裝于戶外支柱式開關側，主要用于監(jiān)測線路運行告警信息和判斷故障狀態(tài)，處理短時或永久故障，并遠程上傳給自動化主站系統(tǒng)。當線路發(fā)生故障時，工作人員可借助上傳信息的報警指示，迅速確定故障區(qū)段，并找出故障點；報警信息可實時發(fā)送到監(jiān)控中心的服務器，在監(jiān)控主站的屏幕上顯示出故障所在的區(qū)域和具體位置，引導巡線人員迅速確定故障區(qū)段并找出故障點；自動重合器還能完成主站系統(tǒng)通過遠程方式下發(fā)的指令，支持本地維護和配置故障。

然而，現(xiàn)有的自動重合器在應用中存在如下問題：1)自動重合器在使用電子式互感器時，由于無法對小電壓信號進行有效電磁隔離，容易引入干擾，開關操作產(chǎn)生的高壓干擾容易影響設備的穩(wěn)定運行；2)輸入自動重合器保護單元的交流信號無法實現(xiàn)傳統(tǒng)電壓信號和小電壓信號的便捷切換。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供一種帶有自校準功能的小信號隔離放大器，應用于自動重合器，作為自動重合器電壓輸入信號的前置回路，有效地電磁隔離實現(xiàn)對干擾的有效濾除，提高了重合設備的穩(wěn)定性和可靠性。

技術方案：為解決上述技術問題，本發(fā)明中帶有自校準功能的小信號隔離放大器，在自動重合器接入電子式互感器的信號時使用，該放大器包括：信號取樣及防護回路、信號調理及校準回路和隔離放大回路以及隔離電源；信號取樣及防護回路用于采集電子式互感器輸入的小電壓模擬信號；信號調理及自校準回路用于將采集到的小電壓模擬信號進行放大使其電壓達到額定幅值；隔離放大回路用于將調整完電壓幅值的信號進行電流放大和功率匹配；隔離電源為信號調理及校準回路和隔離放大回路供電。

其中，所述信號取樣及防護回路包括低壓臂電容C2，瞬變電壓抑制二極管TVS1以及兩個高阻抗電阻R1和電阻R2；低壓臂電容C2的第一端連接電子式電壓互感器的輸出端，低壓臂電容C2的第二端接地；瞬變電壓抑制二極管TVS1的一端與低壓臂電容C2的第一端連接，另一端接地，瞬變電壓抑制二極管TVS1與電阻R2、電阻R1所形成的串聯(lián)電路并聯(lián)。

其中，所述信號調理及校準回路包括運算放大器，該運放放大器的負相輸入端連接電阻R3的第二端，電阻R3的第一端連接低壓臂電容C2的第一端；運放的正相輸入端通過電阻R4接地，輸出端通過可調電阻R5連接負相輸入端。

其中，所述隔離放大回路包括跟隨電路和變壓器，跟隨電路的輸入端連接信號調理及校準回路的輸出端，跟隨電路的輸出端連接變壓器的輸入端，變壓器的輸入端并接電阻R6。

有益效果：本發(fā)明中帶有自校準功能的小信號隔離放大器，作為自動重合器電壓輸入信號的前置回路，用于調理信號，隔離干擾，優(yōu)化后端保護模塊的設計，便于設備的維護和更換。該小信號隔離放大器首先利用信號取樣及防護回路通過電容分壓實現(xiàn)對電子式電壓互感器輸入的小電壓信號進行采集，然后利用信號調理及校準回路對采集到的信號進行電壓放大，再利用隔離放大回路通過變壓器實現(xiàn)電磁隔離，對經(jīng)過電壓放大的信號進行電流放大和變壓，為后級電路提供符合功率要求的輸入信號，本發(fā)明中采用帶有自校準功能的小信號隔離放大器提高了自動重合器輸入信號的兼容性和可維護性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明改進后的自動重合器的模塊結構圖；

圖2是本發(fā)明中帶有自校準功能的小信號隔離放大器的模塊結構圖；

圖3是信號取樣及防護回路的電路圖；

圖4是信號調理及校準回路的電路圖；

圖5是隔離放大回路的電路圖；

圖6是本發(fā)明中帶有自校準功能的小信號隔離放大器的波形放大示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，本實施列對本發(fā)明不構成限定。

如圖1所示，自動重合器包括電源模塊、控制單元、保護單元和儲能元件，電源模塊將220V交流電進行電壓轉換為控制單元和保護單元進行供電；保護單元對接入的電信號進行判斷，監(jiān)測線路運行告警信息和判斷故障狀態(tài)；控制單元對故障進行處理，儲能元件配合控制單元實現(xiàn)相應的控制。自動重合器可以接入傳統(tǒng)CT(電流互感器)、傳統(tǒng)PT(電壓互感器)、以及電子式PT(電壓互感器)的輸入信號，電子式PT(電壓互感器)輸入的信號屬于小電壓信號，本發(fā)明對現(xiàn)有的自動重合器進行了改進，自動重合器在接入電子式PT時，在電子式PT和保護單元之間增加了小信號隔離放大器。

將小信號隔離放大器作為保護單元的前置模塊，主要用于調理電子式電壓互感器的輸入信號，隔離干擾，優(yōu)化后端保護單元的設計，便于設備的維護和更換。在使用傳統(tǒng)式互感器輸入時，自動重合器保護單元直接接入傳統(tǒng)CT和傳統(tǒng)PT的信號，在使用電子式互感器時，配一個帶有自校準功能的小信號隔離放大器，使得自動重合器保護單元可直接接入傳統(tǒng)CT和電子式PT的信號，無需更改任何設計。拓展了自動重合器設備的使用場合，并提升了自動重合器在接入電子式互感器場合時的電磁兼容性能。

如圖2所示，在自動重合器接入電子式互感器時，上述帶有自校準功能的小信號隔離放大器包括：信號取樣及防護回路、信號調理及校準回路和隔離放大回路以及隔離電源；信號取樣及防護回路的輸入端連接電子式互感器的輸出端，輸出端連接信號調理及校準回路的輸入端，信號調理及校準回路的輸出端連接隔離放大回路的輸入端，隔離放大回路的輸出端連接自動重合器保護單元的輸入端。信號取樣及防護回路采集電子式電壓互感器輸入的小電壓模擬信號，信號調理及自校準回路將采集到的小電壓模擬信號進行放大使其電壓達到額定幅值；隔離放大回路將調整完電壓幅值的信號進行電流放大和變壓，實現(xiàn)功率匹配，以滿足后級保護單元對輸入信號的范圍和功率要求；隔離電源為信號調理及校準回路和隔離放大回路供電。

自動重合器中的保護單元對輸入的信號有輸入范圍和輸入功率的限制，輸入范圍是指保護單元支持多大的電壓或電流的輸入，超出一定范圍的信號可能會超出電氣參數(shù)的設計指標，導致?lián)p壞或無法識別。輸入功率指的是信號輸入端的電氣參數(shù)對信號的驅動能力有一定要求，如果驅動能力太弱，會導致信號無法有效通過隔離變壓器地傳變。

如圖3所示，信號取樣及防護回路包括低壓臂電容C2，瞬變電壓抑制二極管TVS1以及兩個高阻抗電阻R1和電阻R2；圖3中的高壓臂電容C1為電子式電壓互感器的一部分，其第一端接高壓信號HV，第二端作為電子式電壓互感器的輸出端，低壓臂電容C2的第一端連接高壓臂電容C1的第二端，低壓臂電容C2的第二端接地，對電子式電壓互感器輸入的信號進行電容分壓，采集到小電壓信號UA_IN1；瞬變電壓抑制二極管TVS1的第一端與低壓臂電容C2的第一端連接，第二端接地，瞬變電壓抑制二極管TVS1的第一端與電阻R2的第一端連接，電阻R2的第二端與電阻R1的第一端連接，電阻R1的第二端與TVS1的第二端連接，即瞬變電壓抑制二極管TVS1與電阻R1和電阻R2所形成的串聯(lián)電路并聯(lián)，實現(xiàn)對小電壓信號UA_IN1的防護。

其中，高壓臂電容C1的電容為25pF，低壓臂電容C2的電容為100nF，采樣電壓信號UA_IN1的額定幅值為2V，變化范圍為0～4V；TVS管用于鉗壓保護相關的元器件，以免出現(xiàn)器件損壞；電阻R1和電阻R2采用高阻抗電阻，阻值為2M歐姆，高阻抗的電阻用于均衡取樣阻抗，穩(wěn)定采樣信號。

如圖4所示，信號調理及校準回路采用高輸入阻抗的運放搭建而成，可以采用低偏置電壓運算放大器OPA297A，該運放的負相輸入端連接電阻R3的第二端，電阻R3的第一端連接低壓臂電容C2的第一端；運放的正相輸入端通過電阻R4接地，輸出端通過可調電阻R5連接負相輸入端。

隔離電源，可以采用DCDC隔離模塊，隔離24V產(chǎn)生±18V的電壓，運放采用隔離電源供電，滿足較寬范圍的信號輸入，并通過反相放大，濾除摻雜的共模干擾，參照電力一次額定參數(shù)，可以將取樣的小電壓信號調整到額定值對應的信號幅值。通過改變電路中參與放大系數(shù)計算的電路元件的參數(shù)(相關元件均采用高精度的可調電阻實現(xiàn))，可以便捷地調整放大電路的比例系數(shù)，實現(xiàn)自動校準，從而調整放大電路的輸出信號幅值，得到電壓放大的信號UA1。

如圖5所示，隔離放大回路包括：帶有大電流輸出的跟隨電路和4:115V的變壓器(支持8V輸入/230V輸出)，跟隨電路的輸入端連接信號調理及校準回路的輸出端，跟隨電路的輸出端連接變壓器的輸入端，變壓器的輸入端并接電阻R6。跟隨電路采用運放TLE2062A，但不限于此型號，放大模塊輸出電流不小于1.5mA，輸入電流不小于45mA，功率消耗小于8mW，運算放大器TLE2062A的正相輸入端連接運算放大器OPA297A的輸出端，運算放大器TLE2062A的輸出端連接負相輸入端。通過變壓器實現(xiàn)電磁隔離，前級和后級沒有直接的電氣聯(lián)系，即輸入信號UA1和輸出信號VA1主要通過磁場實現(xiàn)信號的傳遞，之間沒有直接電氣聯(lián)系。

如圖6所示，實線為輸入的小電壓信號，虛線為輸出的放大電壓信號，從圖中可以看出輸入電壓UA_IN1的有效值為2V，輸出電壓VA1的有效值為57.5V，變比為1:28.75，滿足系統(tǒng)設計需求。

將該帶有自校準功能的小信號隔離放大器應用在自動重合器中，避免了自動重合器采用電子式互感器輸入時由于無法對信號進行有效隔離而帶來的干擾，提高設備的穩(wěn)定性和可靠性；同時，該帶有自校準功能的小信號隔離放大器可以接入小電壓信號，便于實現(xiàn)傳統(tǒng)電壓信號和小電壓信號的切換，進一步擴展自動重合器的輸入信號范圍，可以將自動重合器應用到更多的場合，提高兼容性。