CN104316765A - 一种电网核相信号发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网核相信号发生器，包括波形采集发射器和波形接收模拟器；所述波形采集发射器包括感应端子、限幅保护模块单元、发射滤波单元、比较整形单元、调制发射单元、触发单元、电池管理稳压单元、发射控制单元；其中，所述感应端子、限幅保护模块单元、滤波单元、比较整形单元、FSK调制发射单元依次相连，所述限幅保护单元还通过触发单元与电池稳压单元相连；所述电池管理稳压单元还分别于滤波单元、比较整形单元、调制发射单元和控制单元相连；所述控制单元还与调制发射单元相连。本发明在线路停电的情况下仍可进行核相辅助工作，解决了目前核相仪在电网停电下无法完成对电网相位相序的检测的问题。

Description

一种电网核相信号发生器

技术领域

本发明公开了一种电网核相信号发生器，涉及电网监测技术领域。

背景技术

核相器是电力系统核对相位使用的一种仪器，可检查额定电压的存在。用于探测和指示关相同的额定电压和频率下，两个已带电部位之间正确相位关系的便携式装置，现有的核相器主要包括有线核相器、无线核相器、指针式核相器和数显式核相器。

现有技术中的核相器例如核相棒，都是在运行电压下，进行高压电力线路的核定相位工作，分辨三相的不同相位，属带电测试工具。现有技术中的核相器，例如专利号为201320539506.0所公开的声音核相器，专利号为201420034173.0所公开的一种高压核相器，均需要在带电的工况下进行操作使用，目前大多数核相仪在电网停电下无法完成对电网相位相序的检测功能。

电网的工作电压通常都比较高，高压带电作业的危险性非常的大，经常给检修人员带来严重的人身伤害。即使现有技术中通过种种绝缘措施进行保护，总归难以彻底避免带电作业带来的隐患。

现有技术中缺少一种能在线路停电的状态下进行核相的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种电网核相信号发生器，具体提供一种在线路停电下可进行的一种核相辅助装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种电网核相信号发生器，包括波形采集发射器和波形接收模拟器；

所述波形采集发射器包括感应端子、限幅保护模块单元、发射滤波单元、比较整形单元、调制发射单元、触发单元、电池管理稳压单元、发射控制单元；

其中，所述感应端子、限幅保护模块单元、滤波单元、比较整形单元、FSK调制发射单元依次相连，所述限幅保护单元还通过触发单元与电池稳压单元相连；

所述电池管理稳压单元还分别于滤波单元、比较整形单元、调制发射单元和控制单元相连；

所述控制单元还与调制发射单元相连；

所述波形模拟接收器包括电源管理稳压单元、接收控制单元、解调接收单元、波形发生器、接收滤波单元、波形驱动单元、输出端子；

所述解调接收单元、波形发生器、接收滤波单元、波形驱动单元、输出端子依次相连；

所述电源管理稳压单元分别与解调接收单元、波形发生器、接收滤波单元、波形驱动单元和接收控制单元相连；

所述接收控制单元还与解调接收单元相连；

将波形采集发射器放置于带电线路的测试点上，将波形接收模拟器放置于另一不带电线路的测量点上；波形采集发射器的感应端子通过感应方式获得带电测试点的电压信号，该电压信号首先经过发射滤波单元的滤波，滤除谐波信号，然后该电压信号进入比较整形单元，将电压信号的正弦波信号变换为方波信号，方波信号进入调制发射单元，调制发射单元将方波信号实时调制为载波频率信号，并进行发射；

波形模拟接收器通过解调接收单元接收波形采集发射器发射的信号，通过解调接收单元对接收的信号进行解调，解调后的信号经过频率相位可调发生器后，频率相位可调发生器根据解调后的信号生成一个与该信号相同相位、相同频率的正弦波信号，该正弦波信号进入接收滤波单元进行滤波后，再通过波形驱动单元进行放大，经过输出端子输出到不带电的线路中。

作为本发明的进一步优化方案，所述调制发射单元采用移频键控调制方式。

作为本发明的进一步优化方案，所述感应端子采用金属探头感应器。

作为本发明的进一步优化方案，所述发射滤波单元采用有源低通滤波器。

作为本发明的进一步优化方案，所述比较整形单元采用迟滞比较器。

作为本发明的进一步优化方案，所述接收滤波单元采用三阶RC滤波器。

作为本发明的进一步优化方案，所述波形驱动单元采用OTL功放电路。

作为本发明的进一步优化方案，所述波形模拟接收器还包括电阻耦合电路，所述滤波驱动单元通过电阻耦合电路与输出端子相连。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明在线路停电的情况下仍可进行核相辅助工作，解决了目前核相仪在电网停电下无法完成对电网相位相序的检测的问题，该装置在配合核相仪的情况下适用于架空线路、电缆线路等停电线路使用。

附图说明

图1是本发明中波形采集发射器的信号波形示意图。

图2是本发明中波形采集发射器的模块连接示意图。

图3是本发明中波形模拟接收器的信号波形示意图。

图4是本发明中波形模拟接收器的模块连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明的工作原理具体如下：

在停电线路两端，一端带电M线路，另一端不带电N线路，将工频波形采集发射器放在带电端测试点上，将波形接收模拟器放在另一端不带电的测量点上，波形采集发射器通过感应方式感应带电M线路上的电压信号，经过内部的滤波、整形、过零比较电路，输出同相位同频率的方波信号，直接调制MCU配置后的无线数字模块，通过无线数字模块直通模式，将相位信息实时发射出去，由于波形接收模拟器的无线数字模块的配置频道及解调模式和发射端相同，并处在实时监听状态，当接收到相同载波信号，并成功解调后，实时输入频率相位可调发生器，实现实时模拟一个同相位同频率的正弦波信号，经过滤波后输入波形驱动单元放大，最后输出一路110V的同频率同相位的正弦波信号，通过电阻方式直接耦合到不带电N线路中，保证模拟输出波形和感应信号波形，即M、N线路相位保持实时同步一致关系，实现模型的模拟任务。

本发明中，波形采集发射器的模块连接示意图和波形模拟接收器的模块连接示意图分别如图2、图4所示。所述电网核相信号发生器，包括波形采集发射器和波形接收模拟器；所述波形采集发射器包括感应端子、限幅保护模块单元、发射滤波单元、比较整形单元、调制发射单元、触发单元、电池管理稳压单元、发射控制单元；其中，所述感应端子、限幅保护模块单元、滤波单元、比较整形单元、FSK调制发射单元依次相连，所述限幅保护单元还通过触发单元与电池稳压单元相连；所述电池管理稳压单元还分别于滤波单元、比较整形单元、调制发射单元和控制单元相连；所述控制单元还与调制发射单元相连；所述波形模拟接收器包括电源管理稳压单元、接收控制单元、解调接收单元、波形发生器、接收滤波单元、波形驱动单元、输出端子；所述解调接收单元、波形发生器、接收滤波单元、波形驱动单元、输出端子依次相连；所述电源管理稳压单元分别与解调接收单元、波形发生器、接收滤波单元、波形驱动单元和接收控制单元相连；所述接收控制单元还与解调接收单元相连；将波形采集发射器放置于带电线路的测试点上，将波形接收模拟器放置于另一不带电线路的测量点上；波形采集发射器的感应端子通过感应方式获得带电测试点的电压信号，该电压信号首先经过发射滤波单元的滤波，滤除谐波信号，然后该电压信号进入比较整形单元，将电压信号的正弦波信号变换为方波信号，方波信号进入调制发射单元，调制发射单元将方波信号实时调制为载波频率信号，并进行发射；波形模拟接收器通过解调接收单元接收波形采集发射器发射的信号，通过解调接收单元对接收的信号进行解调，解调后的信号经过频率相位可调发生器后，频率相位可调发生器根据解调后的信号生成一个与该信号相同相位、相同频率的正弦波信号，该正弦波信号进入接收滤波单元进行滤波后，再通过波形驱动单元进行放大，经过输出端子输出到不带电的线路中。

波形采集发射器主要由：感应端子、限幅保护单元、滤波单元、比较整形单元、FSK调制发射单元、触发单元、电池管理稳压单元、MCU控制器几部分组成。其工作原理为：正常无信号情况下，相位波形采集发射器不工作，处于关机状态，当接触到电网高压信号时，感应端子上感应到一定幅度的电网电压信号，在限幅保护单元电路下，可靠进入下一级，感应信号幅度大于一定值时触发单元电路使能电池管理稳压单元电路，整个电路工作，MCU控制器完成FSK调制发射单元的直通工作模式配置任务，感应信号通过低通滤波单元，采用过零比较电路，实现对正弦波到方波的变换，方波信号输出到调制发射单元，通过FSK方式实时调制载波频率信号，达到波形相位的实时传输目的。波形采集发射器工作时，其对应的电网信号、调制信号和发射信号的波形示意图如图1所示。作为本发明的进一步优化方案，所述感应端子采用金属探头感应器。

波形采集发射器的各个模块组件中：

感应端子：通过电磁感应原理采用金属探头方式完成原始信号的接收。

限幅保护单元：由于电网电压等级不同，周围所处电场不同，感应强度变换较大，为了保证感动信号过大造成接收电路损坏，采用低结电容参数的瞬态抑制二极管完成对前端感应信号幅度的限制，起到在不影响信号相位参数下对后端电路的保护作用。

滤波单元：根据实际电网情况，感应信号的不稳定和电网波动以及电网谐波拉弧等现象，都会造成相位检测的准确性和稳定性问题，本发明采用有源低通滤波器，运放和RC实现，滤除0.5KHz以上频率信号，防止电网中的各种谐波信号对过零比较单元影响。作为本发明的进一步优化方案，所述发射滤波单元采用有源低通滤波器。

比较整形单元：主要完成对感应信号的过零检测功能，电路采用低功耗集成运放实现迟滞比较器，完成感应信号正弦波到方波的转换任务。作为本发明的进一步优化方案，所述比较整形单元采用迟滞比较器。

FSK调制发射单元：为了保证检测到的感应信号相位信息实时传输到接收端，并实时还原出原始信号，确保两者间的相位误差最小，本文采用SI4432无线模块，通过MCU控制初始化为FSK调制下的OOK直通模式，感应信号经过滤波转换为方波信号后，直接输入到无线模块直通脚，实时感应信号实时调制实时传输。作为本发明的进一步优化方案，所述调制发射单元采用移频键控调制方式。

触发单元：实现感应信号的有无情况下自动开启或关闭波形采集发射器功能，采用低功耗比较器，通过对感应信号强度的判断，当感应信号幅度大于默认设定阀值时候，启动电源开始工作，否则关闭电源，完成根据感应信号自动开关机任务。

电池管理稳压单元：采用HT7133低功耗LDO稳压芯片实现整个发射器的电源稳压作用。

MCU控制器：采用C8051F330单片机完成对SI4432无线模块的通信模式的配置功能。

波形模拟接收器主要由电源管理稳压单元、MCU控制器、FSK解调接收单元、频率相位可调方波发生器、滤波单元、波形驱动单元、输出端子组成。其工作原理为：上电后，MCU控制器对无线数字模块初始化，完成直通模式配置，并处在实时监听状态，当接收到相同载波信号，并成功解调后，输入频率相位可调发生器，实时模拟一个同相位同频率的正弦波信号，经过滤波后输入波形驱动单元放大，最后输出一路110V的同频率同相位的正弦波信号，通过电阻方式直接耦合到不带电线路中。波形模拟接收器工作时，其对应的电网信号、调制信号和发射信号的波形示意图如图3所示。

波形模拟接收器的各个模块组件中：

MCU控制器：由C8051F330单片机实现，对无线数字模块的初始化配置任务。

FSK解调接收单元：配置波形采集发射器I中的FSK调制发射单元，完成对发射载波信号的实时解调输出方波，还原调制信号。

频率相位可调方波发生器：完成接收方波到正弦波转换，根据电网频率范围在45Hz—65Hz之间，和方波信号的频谱可知，通过滤除3、5、7等高次谐波成份，即可获得正弦波，采用3阶RC滤波，经过一级可调移相运放电路，通过微调，确保输出正弦波形相位和方波相位一致，实现方波到正弦波的转换输出任务。

波形驱动单元：完成正弦波的放大输出，采用OTL功放电路对输入的正弦信号放大，输出驱动一路同相升压变压器，将正选信号升压到固定110V同相位正弦信号，经过电阻方式送到输出端子。

作为本发明的进一步优化方案，所述接收滤波单元采用三阶RC滤波器。

作为本发明的进一步优化方案，所述波形驱动单元采用OTL功放电路。

作为本发明的进一步优化方案，所述波形模拟接收器还包括电阻耦合电路，所述滤波驱动单元通过电阻耦合电路与输出端子相连。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围。凡是按照本发明提出的技术思想，以及在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电网核相信号发生器，其特征在于：包括波形采集发射器和波形接收模拟器；

所述波形采集发射器包括感应端子、限幅保护模块单元、发射滤波单元、比较整形单元、调制发射单元、触发单元、电池管理稳压单元、发射控制单元；

其中，所述感应端子、限幅保护模块单元、滤波单元、比较整形单元、FSK调制发射单元依次相连，所述限幅保护单元还通过触发单元与电池稳压单元相连；

所述电池管理稳压单元还分别于滤波单元、比较整形单元、调制发射单元和控制单元相连；

所述控制单元还与调制发射单元相连；

所述波形模拟接收器包括电源管理稳压单元、接收控制单元、解调接收单元、波形发生器、接收滤波单元、波形驱动单元、输出端子；

所述解调接收单元、波形发生器、接收滤波单元、波形驱动单元、输出端子依次相连；

所述电源管理稳压单元分别与解调接收单元、波形发生器、接收滤波单元、波形驱动单元和接收控制单元相连；

所述接收控制单元还与解调接收单元相连；

将波形采集发射器放置于带电线路的测试点上，将波形接收模拟器放置于另一不带电线路的测量点上；波形采集发射器的感应端子通过感应方式获得带电测试点的电压信号，该电压信号首先经过发射滤波单元的滤波，滤除谐波信号，然后该电压信号进入比较整形单元，将电压信号的正弦波信号变换为方波信号，方波信号进入调制发射单元，调制发射单元将方波信号实时调制为载波频率信号，并进行发射；

波形模拟接收器通过解调接收单元接收波形采集发射器发射的信号，通过解调接收单元对接收的信号进行解调，解调后的信号经过频率相位可调发生器后，频率相位可调发生器根据解调后的信号生成一个与该信号相同相位、相同频率的正弦波信号，该正弦波信号进入接收滤波单元进行滤波后，再通过波形驱动单元进行放大，经过输出端子输出到不带电的线路中。

2.如权利要求1所述的一种电网核相信号发生器，其特征在于：所述调制发射单元采用移频键控调制方式。

3.如权利要求1或2所述的一种电网核相信号发生器，其特征在于：所述感应端子采用金属探头感应器。

4.如权利要求3所述的一种电网核相信号发生器，其特征在于：所述发射滤波单元采用有源低通滤波器。

5.如权利要求4所述的一种电网核相信号发生器，其特征在于：所述比较整形单元采用迟滞比较器。

6.如权利要求5所述的一种电网核相信号发生器，其特征在于：所述接收滤波单元采用三阶RC滤波器。

7.如权利要求6所述的一种电网核相信号发生器，其特征在于： 所述波形驱动单元采用OTL功放电路。

8.如权利要求7所述的一种电网核相信号发生器，其特征在于：所述波形模拟接收器还包括电阻耦合电路，所述滤波驱动单元通过电阻耦合电路与输出端子相连。