CN109067375A - 一种pt二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路 - Google Patents

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白加林
万春竹
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Abstract

本发明公开了一种PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路，属于电力电网领域。该放大电路为：屏蔽双绞线的两根信号传输线作为输入，与第一级运算放大器U1A和U1B的同相输入端相连；U1A的反相输入端通过R2与输出端相连，U1B的反相输入端通过R3与输出端相连，U1A和U1B的反相输入端之间通过R1相连；U1A的输出端通过R6与U2A的同相输入端相连，U1B的输出端通过R7与U2A的反相输入端相连，U2A的同相输入端通过R8与输出端相连，U2A的反相输入端通过R9与地相连；U1A的输出端通过R4与U2B的同相输入端相连，U1B的输出端通过R5与U2B的同相输入端相连，U2B的反相输入端与输出端相连，U2B的输出端与屏蔽双绞线的屏蔽层相连。本发明能有效抑制共模干扰，提高采样信噪比。

Description

一种PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路
技术领域
本发明涉及一种PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路。
背景技术
电力系统反措要求，在一个变电站中，所有的PT接地线都在一点并联后接地，防止电位差异，导致继保误动。如果PT二次侧中性线发生多点接地，此时如果发生接地故障，会有很大的电流流经地网，这个短路电流会在两个接地点之间形成不可忽视的电压，从而可能造成保护误动作。
为了防止保护误动的发生，需要对PT二次侧中性点多点接地故障进行检测。正常情况下，每个PT二次侧接地线上的电流接近于零，当发生两点接地后，该电流会变大，通过检测该电流变化，发现接地异常，并发出告警信号。然而此电流信号非常小，容易被信号传输过程中带来的共模信号所干扰，影响信号测量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路，能够解决电流采样信号受到共模干扰影响测量结果的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路，该放大电路为：屏蔽双绞线的两根信号传输线作为输入，与第一级运算放大器U1A和U1B的同相输入端相连；
U1A的反相输入端通过R2与输出端相连，U1B的反相输入端通过R3与输出端相连，U1A和U1B的反相输入端之间通过R1相连；U1A的输出端通过R6与U2A的同相输入端相连，U1B的输出端通过R7与U2A的反相输入端相连，U2A的同相输入端通过R8与输出端相连，U2A的反相输入端通过R9与地相连；U1A的输出端通过R4与U2B的同相输入端相连，U1B的输出端通过R5与U2B的同相输入端相连，U2B的反相输入端与输出端相连，U2B的输出端与屏蔽双绞线的屏蔽层相连；U2A的输出端作为差分放大电路的输出。
进一步，该放大电路还包括钳形传感器、采集终端、站内录波器和屏蔽层；
所述放大电路的输出端与钳形传感器相连，所述钳形传感器通过互感采样得到的电流信号经过一段屏蔽双绞线传输到采集终端，采集终端再通过信号传输线连接至站内录波器，所述屏蔽层与信号传输线并联。
进一步，所述信号传输线额定电流为4～20mA。
进一步，所述信号传输线为V1和V2，屏蔽层为VCM；V1和V2之间接有电阻R10和R11，R10和R11中点接地；
电流信号经过R10和R11变成电压信号，然后接入U1A和U1B的同相输入端，保证放大电路对输入信号有极高的输入阻抗；R1、R2、R3组成负反馈网络，得到：
有即差分输入经过第一级U1A和U1B之后放大倍；
U2A与R6、R7、R8和R9构成的差分放大电路将差分输出VO1-VO2转化为单端输出，令R6＝R7＝R，R8＝R9＝R'：
输出VO只放大了差模信号V1-V2，对于共模信号则有很高的抑制能力，即共模抑制比CMRR(Common Mode Rejection Ratio)很高；通过调整R1、R2、R3、R6、R7、R8和R9的阻值就能实现不同的放大倍数。
进一步，若所述信号传输线的屏蔽层VCM接地，随着频率的增加，共模抑制比CMRR逐渐下降，双绞线的两根信号传输线和屏蔽层之间存在寄生电容，当V1、V2和VCM之间存在共模压差时，由于寄生电容大小的不同，在信号传输线上产生不同的压降，形成一个差分误差信号，导致CMRR下降；
若所述信号传输线的屏蔽层VCM不接地，计算出V1和V2的共模电压，使这样V1、V2和VCM之间就不存在共模压差，也不会引起高频CMRR的下降，从而提高信噪比，即
进一步，所述第一级运算放大器U1A和U1B型号为OPA1652AIDR。
本发明的有益效果是：本发明提出的提取共模信号并与信号传输屏蔽双绞线的屏蔽层相连，能有效抑制共模干扰，提高采样信噪比。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明实施例的电路图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1所示，屏蔽双绞线的两根信号传输线作为输入，与第一级运算放大器U1A和U1B的同相输入端相连。U1A的反相输入端通过R2与输出端相连，U1B的反相输入端通过R3与输出端相连，U1A和U1B的反相输入端之间通过R1相连。U1A的输出端通过R6与U2A的同相输入端相连，U1B的输出端通过R7与U2A的反相输入端相连，U2A的同相输入端通过R8与输出端相连，U2A的反相输入端通过R9与地相连。U1A的输出端通过R4与U2B的同相输入端相连，U1B的输出端通过R5与U2B的同相输入端相连，U2B的反相输入端与输出端相连，U2B的输出端与屏蔽双绞线的屏蔽层相连。U2A的输出端作为差分放大电路的输出。
钳形传感器通过互感采样得到的电流信号经过一段屏蔽双绞线传输到采集终端，由于钳形传感器和采集终端之间有一段距离，因此信号在传输过程中会带来共模干扰，因此放大器的设计需要尽可能滤除共模干扰。
本发明采用运算放大器和电阻电容实现PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路，有效降低共模干扰，提高信噪比。
如图2所示，V1和V2是信号传输线，VCM是屏蔽层。电流信号经过R10和R11变成电压信号，然后接入U1A和U1B的同相输入端，保证放大电路对输入信号有极高的输入阻抗。R1、R2、R3组成负反馈网络，可得到：
所以：差分输入经过第一级U1A和U1B之后放大了倍。
U2A与R6、R7、R8和R9构成的差分放大电路将差分输出VO1-VO2转化为单端输出，令R6＝R7＝R，R8＝R9＝R'：
从上式可以看到输出VO只放大了差模信号V1-V2，对于共模信号则有很高的抑制能力，即共模抑制比CMRR很高。通过调整R1、R2、R3、R6、R7、R8和R9的阻值就可以实现不同的放大倍数。
在一般应用中，信号传输线的屏蔽层VCM都会接地，随着频率的增加，共模抑制比CMRR会逐渐下降，原因是双绞线的两根信号传输线和屏蔽层之间存在寄生电容，当V1、V2和VCM之间存在共模压差时，由于寄生电容大小的不同，在传输线上产生不同的压降，形成一个差分误差信号，导致CMRR下降。
图2所示，不将屏蔽层直接接地，而是计算出V1和V2的共模电压，使得这样V1、V2和VCM之间就不存在共模压差，也不会引起高频CMRR的下降，从而提高信噪比。
本发明的实施案例使用两片OPA1652AIDR作运放，以及若干电阻电容，在实际的电路应用中，技术人员可以根据放大电路的带宽和放大倍数需要选择合适的运放和电阻。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路，其特征在于：该放大电路为：屏蔽双绞线的两根信号传输线作为输入，与第一级运算放大器U1A和U1B的同相输入端相连；
U1A的反相输入端通过R2与输出端相连，U1B的反相输入端通过R3与输出端相连，U1A和U1B的反相输入端之间通过R1相连；U1A的输出端通过R6与U2A的同相输入端相连，U1B的输出端通过R7与U2A的反相输入端相连，U2A的同相输入端通过R8与输出端相连，U2A的反相输入端通过R9与地相连；U1A的输出端通过R4与U2B的同相输入端相连，U1B的输出端通过R5与U2B的同相输入端相连，U2B的反相输入端与输出端相连，U2B的输出端与屏蔽双绞线的屏蔽层相连；U2A的输出端作为差分放大电路的输出。
2.根据权利要求1所述的一种PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路，其特征在于：该放大电路还包括钳形传感器、采集终端、站内录波器和屏蔽层；
所述放大电路的输出端与钳形传感器相连，所述钳形传感器通过互感采样得到的电流信号经过一段屏蔽双绞线传输到采集终端，采集终端再通过信号传输线连接至站内录波器，所述屏蔽层与信号传输线并联。
3.根据权利要求2所述的一种PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路，其特征在于：所述信号传输线额定电流为4～20mA。
4.根据权利要求2所述的一种PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路，其特征在于：所述信号传输线为V1和V2，屏蔽层为VCM；V1和V2之间接有电阻R10和R11，R10和R11中点接地；
电流信号经过R10和R11变成电压信号，然后接入U1A和U1B的同相输入端，保证放大电路对输入信号有极高的输入阻抗；R1、R2、R3组成负反馈网络，得到：
有即差分输入经过第一级U1A和U1B之后放大倍；
U2A与R6、R7、R8和R9构成的差分放大电路将差分输出VO1-VO2转化为单端输出，令R6＝R7＝R，R8＝R9＝R'：
输出VO只放大了差模信号V1-V2，对于共模信号则有很高的抑制能力，即共模抑制比CMRR(Common Mode Rejection Ratio)很高；通过调整R1、R2、R3、R6、R7、R8和R9的阻值就能实现不同的放大倍数。
5.根据权利要求4所述的一种PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路，其特征在于：若所述信号传输线的屏蔽层VCM接地，随着频率的增加，共模抑制比CMRR逐渐下降，双绞线的两根信号传输线和屏蔽层之间存在寄生电容，当V1、V2和VCM之间存在共模压差时，由于寄生电容大小的不同，在信号传输线上产生不同的压降，形成一个差分误差信号，导致CMRR下降；
若所述信号传输线的屏蔽层VCM不接地，计算出V1和V2的共模电压，使这样V1、V2和VCM之间就不存在共模压差，也不会引起高频CMRR的下降，从而提高信噪比，即
6.根据权利要求1所述的一种PT二次侧中性点多点接地检测电流信号放大电路，其特征在于：所述第一级运算放大器U1A和U1B型号为OPA1652AIDR。
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