CN104931873A - 一种用于高压sf6开关设备电寿命监测的信号调理电路 - Google Patents
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Abstract
本公开了提供了一种用于高压SF6开关设备电寿命监测的信号调理电路，所述电路包括信号提取模块、信号滤波模块和信号放大模块；所述信号提取模块用于获得电寿命监测信号并将信号传递到信号滤波模块，经所述信号滤波模块对信号进行处理后传入到信号放大模块；所述信号滤波模块用于滤除信号中的工频噪声及其他频率噪声干扰，包括乘法器及带通滤波器滤波两部分；所述信号放大模块，使用低噪声电压反馈放大器，用于将滤波后的信号放大以实现信号调理；所述电寿命监测信号为反映高频时主触头开断与关合情况下分布感抗的不同的电压信号。通过这样的电路设计，使得提取的信号更加清晰，为后续利用电寿命信号进行数据处理的准确性提供了保证。
Description
技术领域
本产品设计涉及电力产品电器领域开关设备的在线监测，特别涉及一种用于高压SF6开关设备电寿命监测的信号调理电路。
背景技术
现有的计算断路器电寿命的方法主要是开断电流累计法，它是根据触头的质量损耗计算电寿命，是基于高压断路器的电寿命曲线的累计法。但是，不同短路电流下的触头电磨损程度是不一样的，而其磨损量和短路电流大小并不成线性关系。仅用累计开断电流来判断触头烧损量是不够的；因此，判断触头烧损量要考虑到每次开断不同短路电流所产生的不同磨损量，从而给高压SF6断路器/GIS的电寿命检测带来了很大的困难。因此，需要对现有的电寿命检测状况进行革新，不能仅依赖于开断电流大小，而通过反映高压SF6断路器/GIS开关动作时的重叠时间来监测和评估断路器的电寿命，从而有望获得较为准确的电寿命监测结果，弥补目前国内外尚无高压SF6断路器/GIS行之有效的电寿命监测技术和方法的缺陷，为高压SF6断路器/GIS智能化产品的升级换代提供理论与技术指导。
对于这种电寿命监测方法，一般需要注入特定频率信号，通过提取并分析该频率信号完成监测。但是，考虑到测试中工频信号存在很大干扰，暂态过程也会带来高频噪声，以至于噪声信号的幅度有可能与有效信号数量级相等甚至于超过有效信号。因此，为了能准确监测电寿命，必须对信号提取并进行调理放大，从而避免噪声的干扰，增加测量的准确性。
发明内容
基于此，本公开了提供了一种用于高压SF6开关设备电寿命监测的信号调理电路，所述电路包括信号提取模块、信号滤波模块和信号放大模块；
所述信号提取模块用于获得电寿命监测信号并将信号传递到信号滤波模块，经所述信号滤波模块对信号进行处理后传入到信号放大模块；
所述信号滤波模块用于滤除信号中的工频噪声及其他频率噪声干扰，包括乘法器及带通滤波器滤波两部分；
所述信号放大模块，使用低噪声电压反馈放大器，用于将滤波后的信号放大以实现信号调理；
所述电寿命监测信号为反映高频时主触头开断与关合情况下分布感抗的不同的电压信号。
在这个实施例中，所述高压SF6开关设备电寿命监测的原理是利用高频时主触头开断与关合情况下分布感抗的不同，来监测弧触头单独接触时间；然后利用弧触头单独接触时间与弧触头单独接触行程的对应关系，将测量的弧触头单独接触时间换算成弧触头单独接触行程；再结合事先通过实验得到的弧触头单独接触行程与电寿命的对应关系，从而评估所述高压SF6开关设备的电寿命。
由于高电压线路上往往存在很强的背景噪声，为了实现对高压SF6开关设备单独弧触头接触时间的准确测量，采样信号在信号调理电路中先经过信号提取模块进行采集后，依次经过无源滤波器初步滤去杂波，再经过高阶有源窄带滤波器进一步滤去杂波，实现对有效信号的准确提取。然后采用高速ARM处理器对信号进行进一步的数字滤波，进而分析其幅值的变化。
通过这样的电路设计，使得提取的信号更加清晰，为后续利用电寿命信号进行数据处理的准确性提供了保证。
附图说明
图1为一个实施例中本作品的总体设计框架；
图2为一个实施例中带通滤波器设计原理图；
图3为一个实施例中放大模块原理图。
具体实施方式
在一个实施例中，提供了一种用于高压SF6开关设备电寿命监测的信号调理电路，所述电路包括信号提取模块、信号滤波模块和信号放大模块；
所述信号提取模块用于获得电寿命监测信号并将信号传递到信号滤波模块；
所述信号滤波模块用于滤除信号中的工频噪声及其他频率噪声干扰，包括乘法器及带通滤波器滤波两部分；
所述信号放大模块，使用低噪声电压反馈放大器，用于将滤波后的信号放大以实现信号调理；
所述电寿命监测信号为反映高频时主触头开断与关合情况下分布感抗的不同的电压信号。
在这个实施例中，所述高压SF6开关设备电寿命监测的原理是利用高频时主触头开断与关合情况下分布感抗的不同，来监测弧触头单独接触时间；然后利用弧触头单独接触时间与弧触头单独接触行程的对应关系，将测量的弧触头单独接触时间换算成弧触头单独接触行程；再结合事先通过实验得到的弧触头单独接触行程与电寿命的对应关系，从而评估所述高压SF6开关设备的电寿命。
由于高电压线路上往往存在很强的背景噪声，为了实现对高压SF6开关设备单独弧触头接触时间的准确测量，采样信号在信号调理电路中先经过信号提取模块进行采集后，依次经过无源滤波器初步滤去杂波，再经过高阶有源窄带滤波器进一步滤去杂波，实现对有效信号的准确提取。然后采用高速ARM处理器对信号进行进一步的数字滤波，进而分析其幅值的变化。
在一个实施例中，对所述信号提取模块进行了具体设计，所述信号提取模块包括电阻、第一电容，所述电阻与第一电容串联，进而通过电容耦合方式，在高压SF6开关设备的输出端提取所述电阻上的电压信号，并且所述信号提取模块还包括第二电容，所述电阻与第一电容串联后与第四电容并联。通过这种耦合的方式，通过提取所述电阻的电压信号，即可得到所述电寿命监测信号，所述信号能够准确的反映高频时主触头开断与关合情况下分布感抗的变化。
优选的，为了清晰明显的程序开关动作时系统的变化，所述信号提取模块中的电阻为性能优异的定值电阻，以保证提取的准确性，所述信号提取电阻选用量级为几个欧姆的电阻。
在一个实施例中，所述低噪声电压反馈放大器为美国德州仪器公司的opa2690。
在一个实施例中，所述信号滤波模块包括带通滤波器用于进一步滤除其他频率噪声。对于所述带通滤波器，优选的，为切比雪夫带通滤波器。
在一个具体实施例中，所述电路采用如图1所示的设计，所述信号提取模块利用小电阻精密电阻提取测量信号，所述小电阻精密电阻就是量级为几个欧姆的电阻，在外部提供与电寿命测量信号同频的参考信号，然后将所述测量信号输入到有带通滤波器的信号滤波模块中，最后通过信号放大模块将已滤波信号进行放大。
在另一个实施例中，所述带通滤波器设定中心频率为5MHz，采取切比雪夫拓扑结构，实现信号的第一次滤波。之后采用电压反馈放大器进行同相放大，将已经过一次滤波的信号进一步放大。接着乘法器将参考信号与前级信号相乘，由于参考信号与采样信号中的有效分量同频，从而由乘法实现再一次滤波。本次滤波完成后有效信号将转化为直流量，因此最后一级设计了Sallen-Key四阶低通滤波器，以此滤除干扰信号。最后的平方和电路主要目的是避免相位对信号测量的影响，同时利用该电路对信号再次放大。整个过程三次滤波，两次放大，实现有效的信号调理。
在一个实施例中，带通滤波器设计如图2所示，信号放大模块如图3所示。
在一个实施例中，使用所述电路利用TINA软件实现整个电路的仿真。通过仿真得到合适的信号提取模块中的电阻确切值或一个范围。
本实施例考虑了所述滤波器设计中电压反馈放大器与电流反馈放大器的区别，选用了电压反馈型放大器。同时为了避免放大器本身噪声的影响，选取了低噪声放大器。在综合考虑频带宽度、电源及压摆率的问题，最终选择了美国德州仪器公司的双运放opa2690。
所述电路解决了电寿命监测中，监测信号噪声过大严重影响测量的问题。通过三次滤波及两次信号放大，实现了信号的有效调理，避免了噪声的干扰，从而最终保证了电寿命监测的准确度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
Claims (5)
1.一种用于高压SF6开关设备电寿命监测的信号调理电路，其特征在于：
所述电路包括信号提取模块、信号滤波模块和信号放大模块；
所述信号提取模块用于获得电寿命监测信号并将信号传递到信号滤波模块，经所述信号滤波模块对信号进行处理后传入到信号放大模块；
所述信号滤波模块用于滤除信号中的工频噪声及其他频率噪声干扰；
所述信号放大模块，使用低噪声电压反馈放大器，用于将滤波后的信号放大以实现信号调理；
所述电寿命监测信号为反映高频时主触头开断与关合情况下分布感抗的不同的电压信号。
2.根据权利要求1所述的电路，优选的，其特征在于：
所述信号提取模块包括电阻、第一电容，所述电阻与第一电容串联，进而通过电容耦合方式，在高压SF6开关设备的输出端提取所述电阻上的电压信号；
所述信号提取模块还包括第二电容，所述电阻与第一电容串联后与第四电容并联。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于：
所述信号提取电阻选用量级为几个欧姆的电阻。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于：
所述信号滤波模块包括带通滤波器，所述带通滤波器为切比雪夫带通滤波器。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于：
所述电路利用TINA软件实现整个电路的仿真。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510321272.6A CN104931873A (zh) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | 一种用于高压sf6开关设备电寿命监测的信号调理电路 |
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| CN104931873A true CN104931873A (zh) | 2015-09-23 |
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ID=54119129
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN201510321272.6A Pending CN104931873A (zh) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | 一种用于高压sf6开关设备电寿命监测的信号调理电路 |
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| CN (1) | CN104931873A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108169671A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-06-15 | 日立电梯（中国）有限公司 | 电梯中接触器寿命次数预测方法、装置和计算机设备 |
| CN111044272A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-04-21 | 国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司 | 一种基于大数据技术的高压断路器机械特性试验方法及装置 |
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2015
- 2015-06-12 CN CN201510321272.6A patent/CN104931873A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150923 |