CN106556426A - 一种电力监测高灵敏采样电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力监测高灵敏采样电路，包括变压器B，所述变压器B副边设有③④⑤三个抽头，在抽头③④间连接有正电源电路，抽头④⑤间连接有负电源电路，所述正电源电路和负电源电路均为经整流、滤波后稳压输出的电路，所述正电源电路和负电源电路间连接有一个过零比较放大器。利用该采样电路能够精确高效的捕捉传感器信号，能够大幅提高电力监测的采样灵敏度并提高测试精度，维护电力设备安全有效地运行。

Description

一种电力监测高灵敏采样电路

技术领域

本发明涉及电力系统信号监测领域，具体涉及一种电力监测高灵敏采样电路。

背景技术

在对电力系统的监测中，如变压器温度监测，需要用到热电偶、铂金温度传感器；在开关触头衔接检测内，要用到压敏传感器；在高压柜机械臂激光监测里，要用到光敏接收器等，在这些传感器件感应传递中，信号一般很弱，捕捉较为困难，这会导致检测体系信号采集的灵敏度和测试精度受到影响，不利于电力系统的监测控制和安全运行。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开一种电力监测高灵敏采样电路，利用该采样电路能够精确高效的捕捉传感器信号，能够大幅提高电力监测的采样灵敏度并提高测试精度，维护电力设备安全有效地运行。

本发明通过下述技术方案实现：

一种电力监测高灵敏采样电路，包括变压器B，所述变压器B副边设有③④⑤三个抽头，在抽头③④间连接有正电源电路，抽头④⑤间连接有负电源电路，所述正电源电路和负电源电路均为经整流、滤波后稳压输出的电路，所述正电源电路和负电源电路间连接有一个过零比较放大器。

在电力系统监测中，如变压器温度监测，需要用到热电偶、铂金温度传感器；在开关触头衔接检测内，要用到压敏传感器；在高压柜机械臂激光监测里，要用到光敏接收器等，在这些传感器件感应传递中，信号一般很弱，捕捉较为困难，这会导致检测体系信号采集的灵敏度和测试精度受到影响，不利于电力系统的监测控制和安全运行。

为满足上面不同要求，监测采样电路首先要解决的是正负电压的设置、供给问题，而目前市场上销售的变压器副边普遍为单一的线圈或串联抽头的线圈，若要实现正负电压设置，对单一线圈需要购置两个变压器。而对于串联抽头线圈，因高低电压交错，因此很难采用半波或全波整流方式。本申请发明人采用两级桥式整流电路，中间虽有抽头关联，但不交错，所以，可以独立完成整流滤波等工作，在变压器副边设有两个独立的正电源电路和负电源电路，分别整流、滤波，再各自稳压输出，这样变压器副边线圈和输出电压不交错，互不干扰，便于设计整定。

所述正电源电路包括第一级桥式整流电路、50Hz滤波电容C1、中高频滤波滤波电容C3，其中，第一级桥式整流电路包括二极管D1、D2、D3和D4，所述第一级桥式整流电路与抽头③④相连，并连接有GND端子⑧和输出电压为+15V的输出端子⑥，所述50Hz滤波电容C1、中高频滤波滤波电容C3并联在GND端子⑧和输出端子⑥间。

所述负电源电路包括第二级桥式整流电路、50Hz滤波电容C2、中高频滤波滤波电容C4，其中，第二级桥式整流电路包括二极管D5、D6、D7和D8，所述第二级桥式整流电路与抽头④⑤相连，并连接有GND端子⑧和输出电压为-15V的输出端子⑨，所述50Hz滤波电容C2、中高频滤波滤波电容C4并联在GND端子⑧和输出端子⑨间。

本发明的正电源电路和负电源电路分别利用第一级桥式整流电路和第二级桥式整流电路对电路整流，利用滤波电容滤波，最终分别得到稳定的直流正值或负值电压。

所述过零比较放大器包括集成运放电路IC1、电位器W1、电位器W2、电阻R2和电阻R3，所述电位器W1、电阻R2串联在输出端子⑥和输出端子⑨间，电位器W2、电阻R3串联在输出端子⑥和输出端子⑨间，所述集成运放电路IC1的反相输入端2脚连接在电位器W1和电阻R2间，且其同相输入端3脚连接在电位器W2和电阻R3间。

本发明的过零比较放大器通过电位器W1、电位器W2调节其反相输入端2脚和同相输入端3脚的电压，利于接收处理不同类型和强弱的传感器信号。

所述集成运放电路IC1的反相输入端2脚电压为0V，同相输入端3脚电压为-0.1V，所述集成运放电路IC1具体为集成运放电路F007电路。

在许多信号采集中，要跟进和抓住变化量值，特别是很小的初始值，是较为困难的。比如通过压力探测，判断变压器绝缘油变化情况的新型方式，所用压敏传感器最初采集、输出信号是很弱的，在毫安级，要以此推动后续整形、报警装置是不可能的，即便进行整形放大，但因常用的集成运算放大器有近2V的门槛电压，需大于该值方能启动工作，这对被监测对象是非常苛刻的，甚至当采集信号达到近2伏时，往往故障已经非常严重了。对此，我们利用正负电源可以过零的特点，较好的解决了这一问题。

本发明以集成运放电路IC1为中心，加上周边的器件组合，构成了过零比较放大器。发明人把直流电源设计为±15V,这样便有过0V以及正负小数值可设置运用，具体通过电位器W1将反相输入端2脚调节为0V，作为比较值，通过电位器W2将同相输入端3脚电压调节为-0.1V，作为采样点输入。此时，因电压U2＞U3，集成运放保持原始状态，停滞工作。而当变压器绝缘油若因温度过高，将会膨胀，压力加大，这样被压敏传感器采集到，变成电信号从集成运放电路IC1的输入端子输入，即便最初信号很小，只要大于0V，也会在正反相的比较中产生作用，即U2＜U3，使集成运放IC1翻转，在6脚OUT端输出转换信号，能够促进功率放大和声光报警等。

在本电路中，我们没有把初始工作点设计为U2＝U3＝0V，并有意调节开，使之有(0V、-0.1V)的差异，目的是为了减少运算放大器的不稳定性，避免负荷冲击或环境干扰造成的电路误动作，提高稳定性。本发明通过0V电压值的设计比较，大幅度提高了本装置的监测灵敏度。

所述正电源电路和负电源电路间连接有一个电源监测电路，该电源监测电路包括发光二极管FG1和电阻R1，发光二极管FG1和电阻R1串联在输出端子⑥和输出端子⑨之间，且发光二极管FG1正极与输出端子⑥相连。

发光二极管FG1通电点亮时，表示正负电压工作正常，否则需做检查处理，由此实现了一条光电支路对正负电源的双电压监测。

所述50Hz滤波电容C1、中高频滤波滤波电容C3间还设有第一稳压器W7815，第一稳压器W7815的1脚接整流、50Hz滤波后的正值直流信号，2脚与输出端子⑥相连，3脚接GND端子⑧，同样的，所述50Hz滤波电容C2、中高频滤波滤波电容C4间设有第二稳压器W7915，第二稳压器W7915的3脚接整流、50Hz滤波后的正值直流信号，2脚与输出端子⑨相连，1脚接GND端子⑧。

所述正电源电路上设有一个二级分压电路，所述二级分压电路包括电阻R4、电阻R5和稳压二极管WY1，所述电阻R4、电阻R5串联在GND端子⑧和输出端子⑥间，且电阻R4和电阻R5间设有输出电压为5V的输出端子⑦，所述稳压二极管WY1正极与GND端子⑧相连，负极与输出端子⑦相连。

当被监测对象居多，并需做分类、编辑、储存、信号远传等处理时，往往会用上智能芯片，而智能芯片普遍工作电压为5V，而本发明采样电路输出电压为±15V，不符合要求，同时，若再去制备一套交直流转换电路，不论结构简化还是经费投资上都不值得，为此，发明人利用已有的正15V电压进行分压处理，即可获取5V电压，满足工作需求。

发明人将15V正电源经电阻R4和电阻R5进行二次分压，在电阻R5两端获得5V电压，并经输出端子⑦输出。电路中，稳压二极管WY1进一步稳定所获得的5V电压，避免分压结构和负载变化造成的电压波动。

本发明采样电路的±15V电压为传感器及其过零比较放大器供电，5V电压则给智能芯片等其它元器件供电，利用同一个电路实现多种功能。

所述变压器B设有输入端子①②，输入端子①与保险BX，开关K串接，且变压器B的输入电压为220V。

一种智能化电力监测系统，包括单片机处理系统、以及与单片机处理系统相连的键盘输入单元、存储单元、液晶显示屏和通讯接口，所述单片机处理系统还连接有A/D转换器，所述A/D转换器与权利要求1～9中任一项所述的一种电力监测高灵敏采样电路中的集成运放电路IC1的OUT输出端相连，上述一种电力监测高灵敏采样电路分别提供±15V、5V电源并模拟采样信号，所述单片机处理系统还与一个用于记录采样时间的时钟振荡器和用于警报的声光报警器相连，并连接上位机。

本发明一种智能化电力监测系统，能够对监测的电力设备做出记录故障发生时间、变化量值大小、进行声光报警与数据存储、信号远传等处理。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.本发明一种电力监测高灵敏采样电路，在变压器副边一个线圈三抽头结构中，采用两级桥式整流电路，实现了正负电压的设计制作，解决了变压器副边无双独立线圈，也能克服线圈和电压交错干扰的问题，经整流和滤波，即得到另一等级的稳定工作电压，另一方面，有了正负电压，实现了工作点调零与负值设定，中心以零值为比较点，所有偏离0V的故障信号均可扑捉到，大大提高了采样电路信号采集捕捉的灵敏度，提高测试精度；

2.本发明一种智能化电力监测系统，进行了智能化体系设计，增强了故障分析处理能力和信号远传等功能，使之更加先进完善，仪器的实施制作，将大幅度增强采样灵敏度和提高测试精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明电路结构示意图；

图2为本发明监测系统结构示意图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1-正电源电路，11-第一级桥式整流电路，2-负电源电路，21-第二级桥式整流电路，3-过零比较放大器，4-电源监测电路，5-二级分压电路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1、2所示，本发明一种电力监测高灵敏采样电路，包括变压器B，所述变压器B副边设有③④⑤三个抽头，在抽头③④间连接有正电源电路(1)，抽头④⑤间连接有负电源电路(2)，所述正电源电路(1)和负电源电路(2)均为经整流、滤波后稳压输出的电路，所述正电源电路(1)和负电源电路(2)间连接有一个过零比较放大器(3)。

所述正电源电路(1)包括第一级桥式整流电路(11)、50Hz滤波电容C1、中高频滤波滤波电容C3，其中，第一级桥式整流电路(11)包括二极管D1、D2、D3和D4，所述第一级桥式整流电路(11)与抽头③④相连，并连接有GND端子⑧和输出电压为+15V的输出端子⑥，所述50Hz滤波电容C1、中高频滤波滤波电容C3并联在GND端子⑧和输出端子⑥间。

所述负电源电路(2)包括第二级桥式整流电路(21)、50Hz滤波电容C2、中高频滤波滤波电容C4，其中，第二级桥式整流电路(21)包括二极管D5、D6、D7和D8，所述第二级桥式整流电路(21)与抽头④⑤相连，并连接有GND端子⑧和输出电压为-15V的输出端子⑨，所述50Hz滤波电容C2、中高频滤波滤波电容C4并联在GND端子⑧和输出端子⑨间。

所述过零比较放大器(3)包括集成运放电路IC1、电位器W1、电位器W2、电阻R2和电阻R3，所述电位器W1、电阻R2串联在输出端子⑥和输出端子⑨间，电位器W2、电阻R3串联在输出端子⑥和输出端子⑨间，所述集成运放电路IC1的反相输入端2脚连接在电位器W1和电阻R2间，且其同相输入端3脚连接在电位器W2和电阻R3间。

所述集成运放电路IC1的反相输入端2脚电压为0V，同相输入端3脚电压为-0.1V，所述集成运放电路IC1具体为集成运放电路F007电路。

所述正电源电路(1)和负电源电路(2)间连接有一个电源监测电路(4)，该电源监测电路(4)包括发光二极管FG1和电阻R1，发光二极管FG1和电阻R1串联在输出端子⑥和输出端子⑨之间，且发光二极管FG1正极与输出端子⑥相连。

所述50Hz滤波电容C1、中高频滤波滤波电容C3间还设有第一稳压器W7815，第一稳压器W7815的1脚接整流、50Hz滤波后的正值直流信号，2脚与输出端子⑥相连，3脚接GND端子⑧，同样的，所述50Hz滤波电容C2、中高频滤波滤波电容C4间设有第二稳压器W7915，第二稳压器W7915的3脚接整流、50Hz滤波后的正值直流信号，2脚与输出端子⑨相连，1脚接GND端子⑧。

所述正电源电路(1)上设有一个二级分压电路(5)，所述二级分压电路(5)包括电阻R4、电阻R5和稳压二极管WY1，所述电阻R4、电阻R5串联在GND端子⑧和输出端子⑥间，且电阻R4和电阻R5间设有输出电压为5V的输出端子⑦，所述稳压二极管WY1正极与GND端子⑧相连，负极与输出端子⑦相连。

所述变压器B设有输入端子①②，输入端子①与保险BX，开关K串接，且变压器B的输入电压为220V。

一种智能化电力监测系统，包括单片机处理系统、以及与单片机处理系统相连的键盘输入单元、存储单元、液晶显示屏和通讯接口，所述单片机处理系统还连接有A/D转换器，所述A/D转换器与权利要求1～9中任一项所述的一种电力监测高灵敏采样电路中的集成运放电路IC1的OUT输出端相连，上述一种电力监测高灵敏采样电路分别提供±15V、5V电源并模拟采样信号，所述单片机处理系统还与一个用于记录采样时间的时钟振荡器和用于警报的声光报警器相连，并连接上位机。

以变压器油压信号采集为例，其中：

A/D转换器：单片机处理系统与图1的OUT输出端相接，此时，收到的是由变压器油压采集系统送来的模拟采样信号，故首先要进行单片微机能够识别的A/D数字转换，再由数据总线和地址总线传送给单片机处理系统，以做分析处理，开展更多的工作；

键盘输入单元：用于人机对话，通过键盘可输入被监测主变资料、传感器编号、油压报警值、查询指令、通讯规约等，以利和采样信号进行比较判断，做出正确反应；

液晶显示屏：用于显示测试数据和结果；

时钟振荡器：装置内部设有石英晶体振荡器、分频器、计数器等，以产生年、月、日、时、分、秒等时钟信号，其用途是既可走时，也可设计采样时间间隔、记录故障发生时段等，便于事故分析处理；

单片机处理系统：根据信息处理需要，发明人选用了单片微机开展工作，通过地址总线和数据总线，接收到采样电路与键盘人工输入设置的双重信号，进入工作状态，经软硬件配合，进行数据的比较、判断、计算、存储，以确定是否产生变压器铁芯多点接地。

单片机处理系统作出的处理结果，一路送液晶显示屏和声光报警器显示报警，另一路又把信号传送给上位机，作更宽范围、更大功能的分类、编排、制表处理，还按现场适应的通讯规约和波特率等，将信号传递到系统网络上，使集控中心监管人员和相关领导在远方也能了解和掌握变压器铁芯接地情况，及时作出事故分析与排查处理，以保证整个变压器能安全、稳定运行。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电力监测高灵敏采样电路，包括变压器B，其特征在于，所述变压器B副边设有③④⑤三个抽头，在抽头③④间连接有正电源电路(1)，抽头④⑤间连接有负电源电路(2)，所述正电源电路(1)和负电源电路(2)均为经整流、滤波后稳压输出的电路，所述正电源电路(1)和负电源电路(2)间连接有一个过零比较放大器(3)。

2.根据权利要求1所述的一种电力监测高灵敏采样电路，其特征在于，所述正电源电路(1)包括第一级桥式整流电路(11)、50Hz滤波电容C1、中高频滤波滤波电容C3，其中，第一级桥式整流电路(11)包括二极管D1、D2、D3和D4，所述第一级桥式整流电路(11)与抽头③④相连，并连接有GND端子⑧和输出电压为+15V的输出端子⑥，所述50Hz滤波电容C1、中高频滤波滤波电容C3并联在GND端子⑧和输出端子⑥间。

3.根据权利要求2所述的一种电力监测高灵敏采样电路，其特征在于，所述负电源电路(2)包括第二级桥式整流电路(12)、50Hz滤波电容C2、中高频滤波滤波电容C4，其中，第二级桥式整流电路(12)包括二极管D5、D6、D7和D8，所述第二级桥式整流电路(12)与抽头④⑤相连，并连接有GND端子⑧和输出电压为-15V的输出端子⑨，所述50Hz滤波电容C2、中高频滤波滤波电容C4并联在GND端子⑧和输出端子⑨间。

4.根据权利要求3所述的一种电力监测高灵敏采样电路，其特征在于，所述过零比较放大器(3)包括集成运放电路IC1、电位器W1、电位器W2、电阻R2和电阻R3，所述电位器W1、电阻R2串联在输出端子⑥和输出端子⑨间，电位器W2、电阻R3串联在输出端子⑥和输出端子⑨间，所述集成运放电路IC1的反相输入端2脚连接在电位器W1和电阻R2间，且其同相输入端3脚连接在电位器W2和电阻R3间。

5.根据权利要求4所述的一种电力监测高灵敏采样电路，其特征在于，所述集成运放电路IC1的反相输入端2脚电压为0V，同相输入端3脚电压为-0.1V，所述集成运放电路IC1具体为集成运放电路F007电路。

6.根据权利要求3所述的一种电力监测高灵敏采样电路，其特征在于，所述正电源电路(1)和负电源电路(2)间连接有一个电源监测电路(4)，该电源监测电路(4)包括发光二极管FG1和电阻R1，发光二极管FG1和电阻R1串联在输出端子⑥和输出端子⑨之间，且发光二极管FG1正极与输出端子⑥相连。

7.根据权利要求5所述的一种电力监测高灵敏采样电路，其特征在于，所述50Hz滤波电容C1、中高频滤波滤波电容C3间还设有第一稳压器W7815，第一稳压器W7815的1脚接整流、50Hz滤波后的正值直流信号，2脚与输出端子⑥相连，3脚接GND端子⑧，同样的，所述50Hz滤波电容C2、中高频滤波滤波电容C4间设有第二稳压器W7915，第二稳压器W7915的3脚接整流、50Hz滤波后的正值直流信号，2脚与输出端子⑨相连，1脚接GND端子⑧。

8.根据权利要求3～7中任一项所述的一种电力监测高灵敏采样电路，其特征在于，所述正电源电路(1)上设有一个二级分压电路(5)，所述二级分压电路(5)包括电阻R4、电阻R5和稳压二极管WY1，所述电阻R4、电阻R5串联在GND端子⑧和输出端子⑥间，且电阻R4和电阻R5间设有输出电压为5V的输出端子⑦，所述稳压二极管WY1正极与GND端子⑧相连，负极与输出端子⑦相连。

9.根据权利要求1所述的一种电力监测高灵敏采样电路，其特征在于，所述变压器B设有输入端子①②，输入端子①与保险BX，开关K串接，且变压器B的输入电压为220V。

10.一种智能化电力监测系统，包括单片机处理系统、以及与单片机处理系统相连的键盘输入单元、存储单元、液晶显示屏和通讯接口，其特征在于，所述单片机处理系统还连接有A/D转换器，所述A/D转换器与权利要求1～9中任一项所述的一种电力监测高灵敏采样电路中的集成运放电路IC1的OUT输出端相连，上述一种电力监测高灵敏采样电路分别提供±15V、5V电源并模拟采样信号，所述单片机处理系统还与一个用于记录采样时间的时钟振荡器和用于警报的声光报警器相连，并连接上位机。