CN103616587A

CN103616587A - 在线式电能综合质量分析仪

Info

Publication number: CN103616587A
Application number: CN201310613659.XA
Authority: CN
Inventors: 解豪杰; 刘伟; 郁胜峰
Original assignee: Henan Splendor Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Henan Splendor Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2014-03-05

Abstract

本发明涉及一种电能质量分析仪器。一种在线式电能综合质量分析仪，包括信号采样电路，核心CPU模块，can总线接口电路，信号采样电路从外电网输入端采集两路三相电的电压、电流信号，所述电压、电流信号通过隔离转换板转换为电压信号，再输入到核心CPU模块；电压信号采集是在采样位置与所述隔离转换板之间连接一采样线，并通过一保险装置连接到隔离转换板输入端，所述核心CPU模块通过通讯端口与can总线接口电路连接。本发明在线式电能综合质量分析仪，用于铁路信号机械室内对外电网输入的电能质量进行监测、分析，能连续、实时、高分辨率地监测外电网的电能质量，满足了电务段对于供电结合部管理的实际需要。

Description

在线式电能综合质量分析仪

技术领域

本发明涉及一种电能质量分析仪器，用于铁路信号机械室内对外电网输入的电能质量进行监测、分析。

背景技术

随着铁路事业的飞速发展，尤其是高速铁路的大面积开通运行，在推动国民经济快速发展的同时，也对铁路信号设备的稳定运行提出了更高的要求。高铁站的信号设备多数为基于计算机、微处理器控制的精密电子仪器，对供电质量的敏感度很高，所以对电能质量提出了更高的要求。

目前的铁路信号外电网监测单元的数据分辨率较低，不能满足电务段对电能质量的实际需求。而一些电能质量分析仪器则由于自身设计缺陷，对高分辨率实时数据不能长期存储，且通讯方式多采用RS485/232有线通讯、无线通讯，因RS485/232、无线通讯方式数据传输速率较低、数据错误处理能力不强，不能满足高实时性、高分辨率数据传输的需求。

因此，为了提高铁路信号监测的质量，满足电务段对于供电结合部管理的实际需要，研发出一种性能先进、功能多样的在线电能综合质量分析仪器，对保障铁路机车的运行安全是很有必要的。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种能够满足高实时性、高分辨率数据传输要求的在线式电能综合质量分析仪。

本发明所采用的技术方案是：

一种在线式电能综合质量分析仪，包括信号采样电路，核心CPU模块，can总线接口电路，从外电网输入端采集两路三相电的电压、电流信号，电流信号采集采用开口的电流互感器，电流互感器输出信号通过隔离转换板转换为电压信号，再输入到核心CPU模块；电压信号采集是在采样位置与所述隔离转换板之间连接一采样线，并通过一保险装置连接到隔离转换板输入端，电压信号经隔离转换后输出到核心CPU模块，所述核心CPU模块通过通讯端口与can总线接口电路连接。

保险管是防止电压采样线在电能质量分析仪内短路，影响到外电网正常运行。采集的电压、电流信号经过隔离防护后接入CPU模块，不会因为在线电能质量分析仪采集外电网信号，对外电网的正常运行造成影响。

所述的在线式电能综合质量分析仪，所述核心CPU模块的中央处理器采用以DSP芯片TMS320F2812，外围电路包括电源电路、晶振、外扩RAM，电源采用DSP专用电源芯片PS73HD301，为TMS320F2812提供所需工作电源；晶振采用30M有源晶振和中央处理器的时钟端口连接；外扩RAM选用CY7C1041V33芯片实现数据暂存。

所述的在线式电能综合质量分析仪，Can总线接口电路采用can收发器82C250，所述can收发器82C250和核心CPU模块的中央处理器自带的can接口通讯连接，在can收发器82C250的串行输入和输出端口设有光耦隔离电路及can防护电路；从所述can收发器82C250引出与外部can总线连接的Can总线接口。

发明的有益积极效果：

1、本发明在线式电能综合质量分析仪，能连续、实时、高分辨率地监测外电网的电能质量，并将高分辨率的录波数据、实时数据、故障波形、故障报警等信息，通过独立CAN总线上传给站机工控机，由站机对数据进行显示、存储。利用铁路信号微机监测的联网功能，可以将外电网数据实时传送给远程服务器，使得通过远程终端可以查看各个车站外电网的实时高分辨率录波数据、实时数据（电压、电流、功率、功率因数等）、历史数据、报警记录、瞬间突变波形等信息，满足了电务段对于供电结合部管理的实际需要。

2、本发明在线式电能综合质量分析仪，设计科学，电路结构简单，实用性强。采用DSP芯片的高速采样、高速处理数据功能，实现了高分辨率的外电网突变波形监测，实时性强，精度高。

附图说明

图1是本发明在线电能综合质量分析仪结构方框图。

图2是本发明在线电能综合质量分析仪can接口电路原理图。

图3是采用本发明构建的电能综合质量分析系统结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图1，本发明在线式电能综合质量分析仪，包括信号采样电路，核心CPU模块，can总线接口电路，从外电网输入端采集两路三相电的电压、电流信号，电流信号采集采用开口的电流互感器，电流互感器输出信号通过隔离转换板转换为电压信号，再输入到核心CPU模块；电压信号采集是在采样位置与所述隔离转换板之间连接一采样线，采样线的另一端通过保险装置连接到隔离转换板输入端，电压信号经隔离转换后输出到核心CPU模块，所述核心CPU模块通过通讯端口与can总线接口电路连接。

采用保险装置是为了避免电压采样线在电能质量分析仪内短路，影响到外电网正常运行。电压、电流信号采样电路采集的电压、电流信号经过隔离转换板隔离防护后接入CPU模块，不会因为在线电能质量分析仪采集外电网信号，对外电网的正常运行造成影响。

实施例2

参见图1，图2。本实施例的在线式电能综合质量分析仪，与实施例1的不同之处在于：所述核心CPU模块的中央处理器采用以DSP芯片TMS320F2812，外围电路包括电源电路、晶振、外扩RAM，电源采用DSP专用电源芯片PS73HD301，为TMS320F2812提供所需工作电源；晶振采用30M有源晶振和中央处理器的时钟端口连接，在TMS320F2812系统初始化时，将主频倍频为150M。外扩RAM选用CY7C1041V33芯片，作为高分辨率数据的暂存空间。Can总线接口设计采用TMS320F2812自带的can接口，在外围增加高速光耦6N137、can收发器82C250以及can防护电路后与外部can总线连接。

can收发器82C250和核心CPU模块的中央处理器自带的can接口通讯连接，在can收发器82C250的串行输入和输出端口设有光耦隔离电路及can防护电路；从所述can收发器82C250引出与外部can总线连接的Can总线接口。Can通讯线需采用双绞屏蔽线，且屏蔽层接地。

因在线式电能综合质量分析仪具有高分辨率数据采样，且具有较高的实时性，所以在TMS320F2812满足高分辨率数据采样的前提下，必须具有足够高带宽的通讯总线将数据及时地传送出去，且具有足够长的通讯距离。Can总线具有1M带宽，且在速率500k时，通讯最大距离可达130m，可以满足高分辨率数据的传输带宽以及现场通讯距离的实际需求。

本发明在线式电能综合质量分析仪，信号采集、隔离防护措施：

采集两路三相电的电压、电流，采样位置均在机械室配电箱的外电网输入端，经过闸刀后的位置。电流采样采用开口的电流互感器CT53C104b-100A/50mA，将采样线从电流互感器中间穿过，通过电磁感应采集采样线中通过的电流，并输出最大50mA的电流，电流互感器输出的电流信号先在隔离转换板上转换为低于1.5V的电压信号，再输出到CPU板。电压采样是在采样位置与信号隔离转换板之间连接采样线，在隔离转换板上，先经过保险管，再经YXY300-1.06V进行隔离转换，输出到CPU板，电压电流的采集经过以上隔离防护后，不会因为在线电能质量分析仪采集外电网信号，对外电网的正常运行造成影响。

本发明电能综合质量分析仪，实时监测铁路信号机械室两路三相电的相电压（基波、谐波）、线电压、电流（基波、谐波）、频率、相位角、功率、功率因数等信息，并将实时采集的高分辨率实时电压/电流波形、瞬间波形突变等信息通过CAN总线上送给站机；同时，对采集的原始数据进行运算，计算出每相电压电流的有效值（基波、谐波），定时上送给站机。根据计算出的有效值，作为判断外电网断电/瞬间断电的依据。并根据采集的高分辨率原始数据，判断是否有瞬间突变（突变时间≥2ms），如果有瞬间突变波形，则截取突变前后几个周期的高分辨率数据进行存储，并记录突变时间、置位突变开关量，将突变时间、突变开关量、突变波形，依次上送给站机。

站机软件对每秒定时上送的数据进行显示、存储，并形成日报表、日曲线、月曲线、年曲线，对突变波形进行存储，可通过菜单查看，并根据突变开关量和突变时间，在报警窗口中提示用户本次的报警信息，用户可根据报警的时间和类型，到相应的菜单下查看本次报警的突变曲线。

站机通过具有2M带宽的专网，与远程服务器进行连接，可以设置多个终端与服务器相连，通过终端程序，远程查看各个车站外电网的实时高分辨率录波数据、实时数据（电压、电流、功率、功率因数等）、历史数据、报警记录、瞬间突变波形等信息。前述由本发明电能综合质量分析仪、站机、远程服务器等构建的电能综合质量分析系统架构如图3所示。

Claims

1.一种在线式电能综合质量分析仪，包括信号采样电路，核心CPU模块，can总线接口电路，其特征在于：从外电网输入端采集两路三相电的电压、电流信号，电流信号采集采用开口的电流互感器，电流互感器输出信号通过隔离转换板转换为电压信号，再输入到核心CPU模块；电压信号采集是在采样位置与所述隔离转换板之间连接一采样线，并通过一保险装置连接到隔离转换板输入端，电压信号经隔离转换后输出到核心CPU模块，所述核心CPU模块通过通讯端口与can总线接口电路连接。

2.根据权利要求1所述的在线式电能综合质量分析仪，其特征在于：所述核心CPU模块的中央处理器采用以DSP芯片TMS320F2812，外围电路包括电源电路、晶振、外扩RAM，电源采用集成电路芯片PS73HD301，为TMS320F2812提供所需工作电源；晶振采用30M有源晶振和中央处理器的时钟端口连接；外扩RAM选用CY7C1041V33芯片实现数据暂存。

3.根据权利要求1或2所述的在线式电能综合质量分析仪，其特征在于：Can总线接口电路采用can收发器82C250，所述can收发器82C250和核心CPU模块的中央处理器自带的can接口通讯连接，在can收发器82C250的串行输入和输出端口设有光耦隔离电路及can防护电路；从所述can收发器82C250引出与外部can总线连接的Can总线接口。