CN103063907A - 一种电子式电压互感器信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力领域中的复杂电磁干扰环境下的信号采集技术，尤其涉及一种电子式电压互感器信号采集系统，其不同之处在于，其包括：信号隔离电路、供电软启动电路、信号采集电路、纠错控制电路、光输出电路，外部电源接入供电软启动电路后，在经过纠错控制电路后输出电源，提供给信号隔离电路、信号采集电路、光输出电路；电容分压器二次输出信号接入信号隔离电路实现信号的电气隔离、防干扰处理，输出待测信号至信号采集电路，信号采集电路对信号进行调理、模数转换、打包，由光输出电路转换成光信号对外输出。本发明能有效抵御变电站恶劣电磁环境干扰，保证设备安全可靠运行。

Description

一种电子式电压互感器信号采集系统

技术领域

本发明涉及电力领域中的复杂电磁干扰环境下的信号采集技术，尤其涉及一种电子式电压互感器信号采集系统。

背景技术

互感器是电力系统中最重要的测量设备之一，在电流、电压测量和继电保护中起着不可替代的作用。随着电力系统传输容量的不断增大及电压等级的不断提高，传统的电磁式互感器在绝缘、饱和、铁磁谐振等方面的问题日益突出，不能很好满足电力系统发展的需要；其输出的模拟信号也不能为现代微机计量、保护设备所用。目前电子式电压互感器基本采用电容分压原理实现对高压信号的采集，如图2所示，图中、为分压器的高、低压电容，被测高压加在高压电容上，一个与一次高压成正比的较小电压从低压电容上取出：

从上式看出，要使得相对于足够准确，电容器的稳定最为重要，因此，高、低压电容应采用相同介质材料制成。

电容分压器的输出信号需经过一系列的处理才能提供给计量、测控及保护设备，其系统原理如图2。电容分压器将待测母线电压变为较小的电压，信号处理单元对输出信号进行处理，将其转换成数字信号，再经过电/光变换后利用光纤进行数据传输。

目前电子式电压互感器的实际运用显示，互感器的准确度不存在问题，主要问题集中在低压采集单元抗干扰能，特别是高压设备投切、雷击、系统短路等暂态过程时所产生的高强度的电磁辐射骚扰，严重会导致互感器输出错误数据甚至设备被损坏。    

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述需求，提供了一种电子式电压互感器信号采集系统，能有效抵御变电站恶劣电磁环境干扰，保证设备安全可靠运行。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种电子式电压互感器信号采集系统，其不同之处在于：其包括信号隔离电路、供电软启动电路、信号采集电路、纠错控制电路、光输出电路，外部电源接入供电软启动电路后，在经过纠错控制电路后给信号隔离电路、信号采集电路、光输出电路供电；来自电容分压器的二次输出信号接入信号隔离电路，信号隔离电路输出待测信号至信号采集电路，信号采集电路包括信号调理电路、A/D模数转换模块、控制单元，待测信号依次经过信号调理电路、A/D模数转换模块、控制单元处理后由光输出电路转换成光信号对外输出。

本发明与现有技术相比有以下特点：本发明描述的信号采集系统所运用的隔离措施、电磁骚扰防护技术、软启动技术、纠错控制技术等，能有效抵御变电站恶劣电磁环境干扰，在全温范围能信号采集精度优于0.2级要求，保证设备安全可靠运行。

附图说明

图1是本发明的组成结构原理图；

图2是本发明的电容分压器原理图；

图3是本发明的信号隔离电路原理图；

图4是本发明的供电软启动电路原理图；

图5是本发明的信号采集电路中的信号调理电路原理图；

图6是本发明的纠错控制电路中的电平监测电路原理图；

图7是本发明的纠错控制电路中的温湿度监测电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细介绍。

如图1所示，本发明实施例电子式电压互感器信号采集系统，其包括信号隔离电路、供电软启动电路、信号采集电路、纠错控制电路、光输出电路，外部电源接入供电软启动电路后，在经过纠错控制电路后给信号隔离电路、信号采集电路、光输出电路供电；来自电容分压器的二次输出信号接入信号隔离电路，信号隔离电路输出待测信号至信号采集电路，信号采集电路包括信号调理电路、A/D模数转换模块、控制单元，待测信号依次经过信号调理电路、A/D模数转换模块、控制单元处理后由光输出电路转换成光信号对外输出。

进一步的说明，上述信号隔离电路，用于隔离现场设备运行所带来的干扰冲击信号，保护低压采集电路安全可靠运行；供电软启动电路，用于确保整个采集单元在恶劣条件下顺利启动，同时保证在启动过程中设备输出数据安全可靠；信号采集电路，用于对被测信号完成模数转换，保证在-40℃～+85℃的全温范围内精度满足0.2S级要求，并按照标准协议打包输出；纠错控制电路，用于对装置对各种异常状态预警防止互感器输出错误数据；光输出电路，具有硬锁输出设计，用于在异常状态情况下放置错误数据输出；外部电源接入供电软启动电路后，在经过纠错控制电路后输出干净、稳定电源，提供给信号隔离电路、信号采集电路、光输出电路；电容分压器二次输出信号接入信号隔离电路实现信号的电气隔离、防干扰处理，输出待测信号至信号采集电路，信号采集电路对信号进行调理、模数转换、打包，由光输出电路转换成光信号对外输出。

信号隔离电路使用一种高精度微型电压隔离模块，此模块内部使用专门设计的低功率电压传递线圈，能有效的实现电容分压器与采集系统之间的电气连接，同时保证传递的电气信号精度、线性度、高低温特性优异，满足互感器0.2级准确度要求。隔离传递线圈的屏蔽层经过特殊处理，模块内部使用防浪涌、防瞬变脉冲群器件，经过合理搭配组合，能保证采集系统在各种恶劣干扰环境下稳定可靠运行。隔离电路接线图如图3所示，在隔离传递线圈前端使用TVS二极管D1（TransientVoltageSuppressor，瞬态抑制二极管）、电阻、电容等器件对电容分压器输出信号进行处理防护，信号经过传递线圈实现电气隔离后输出。

本发明的采集系统采用双电源模块热备份，且电源模块能在宽温度范围工作，其所使用供电软启动电路，在供电电压输入至采集单元第一级使用特定的稳压电路后，输出电压经过一级控制回路，此回路采用场效应管与电阻电容配合，自动控制输出电压缓慢上升，防止在强冲击干扰情况下对采集单元电压器件产生干扰甚至损坏设备。供电软启动电路如图4所示，软启动功能由场效应晶体管Q1及其外围配置电阻、电容完成，其中VIN为输入电压，经过本发明的采集系统信号采集电路为低温漂、低功耗设计，功耗仅为100mW，在保证准确度要求的同时，无温升，可靠性大大提高；在模拟信号输入前级使用独有的电磁防护措施，保证系统输出信号真实反映一次电压信息；信号采集电路包括信号调理电路、A/D转换模块、控制单元；此电路使用高精度运放对所采集信号进行相位变换、幅值调整后，采用16位高精度AD芯片进行模数变换，信号采集的基准电平由独立的低温漂、高精度轨对轨运放提供，确保全温范围内互感器准确度满足要求，高速CPLD器件控制AD芯片的工作，接收其输出的数字信号经过编码验证后交由光输出电路转换输出，整体性能满足互感器信号采集实时性要求及可靠性要求。信号采集电路中的信号调理电路如图5所示，信号的相位调整、极性调整由高精度运放芯片U 1、U2、U3完成，基准电平VF1由独立的低温漂、高精度轨对轨运放产生。

本发明的采集系统所使用的纠错控制电路采用灵敏的供电电压检测电路，其核心为低功耗电平监测芯片及其外围设计，在供电电平异常时保护互感器输出，保证供电电压达满足系统工作电压阀值之后输出采集数据，具备有效的纠错防止误输出的能力。纠错控制电路同时对设备运行小环境参数进行监测（温度、湿度等），监测芯片为超低功耗设计，测量范围广，准确度高，对可能出现的异常情况提前预警，避免设备受到损坏。电平监测电路再采集系统多个关键点位置进行监控，其基本电路如图6所示；温湿度监测由独立的低功耗芯片U6完成，其示意图如图7所示。

本发明的系统采集系统光输出电路，光电转换模块供电电压使用超低供电电压，能有效降低功耗，其外围配置电路具备异常供电电压硬锁功能，此功能独立于纠错控制电路、信号采集控制电路之外，在特殊异常状态避免输出错误数据，属于最后一级防护，此项措施能进一步提高系统可靠性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效的结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种电子式电压互感器信号采集系统，其特征在于：其包括信号隔离电路、供电软启动电路、信号采集电路、纠错控制电路、光输出电路，外部电源接入供电软启动电路后，在经过纠错控制电路后给信号隔离电路、信号采集电路、光输出电路供电；来自电容分压器的二次输出信号接入信号隔离电路，信号隔离电路输出待测信号至信号采集电路，信号采集电路包括信号调理电路、A/D模数转换模块、控制单元，待测信号依次经过信号调理电路、A/D模数转换模块、控制单元处理后由光输出电路转换成光信号对外输出。

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