CN109307851A - 一种电压互感器误差在线校准装置 - Google Patents
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Abstract
一种电压互感器误差在线校准装置，包括中央处理模组、数字信号处理电路模组和通道切换保护模块；中央处理模组和数字信号处理电路模组连接；通道切换保护模块连接有PT降压模块，所述PT降压模块与数字信号处理电路模组连接；通道切换保护模块，用于连接到外部的电压互感器信号，并将外部接入的电压互感器信号选择出对应的电压互感器；PT降压模块，用于将选择出的电压互感器信号转换出低压信号；数字信号处理电路模组，用于将PT降压模块输出的信号进行处理；数字信号处理电路模组与通道切换保护模块连接，用于控制通道切换保护模块进行电压互感器通道的切换；中央处理模组，用于将数字信号处理电路模组输出的数据做进一步的处理输出电压互感器的误差特性。
Description
技术领域
本发明涉及电力互感器误差监测领域，尤其涉及一种基于互感器群体差值法的电压互感器误差在线校准装置。
背景技术
近年来，随着我国电力行业及电网技术不断改革发展，为了确保电能计量的公平公正、准确规范，我国计量法规定，必须定期对互感器进行现场校验。目前，除新建站的交接试验进行误差特性检测外，绝大多数互感器没能按照JJG 1021进行周期性检测，难以开展周期性检测的主要原因如下：
1）变电站停电困难，即使有停电检修计划仅是对设备的绝缘性能、机械性能、密封性能等测试内容为主，很难为互感器误差特性检测安排时间；
2）随着电压等级的提高，互感器误差特性现场测试的设备体积、重量增加，现场的工作难度（特别是偏远山区及高海拔地区引入的安全风险）、劳动强度、实施成本等都大幅提高；
3）电网规模的扩大，人员编制受限，运维人员工作强度不断增加，传统的互感器误差特性测试工作模式很难实施下去。
同时根据已经做过的现场试验测试数据表明，除了环境温度、电网频率对互感器误差特性有影响外，高压引线连接方式、周边设备是否处于运行状态、实际二次负荷等因素都对互感器误差特性影响很多。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于互感器群体差值法的电压互感器误差在线校准装置，以解决上述技术问题。
本发明的技术方案是：
一种电压互感器误差在线校准装置，包括中央处理模组、数字信号处理电路模组和通道切换保护模块；
中央处理模组和数字信号处理电路模组连接；通道切换保护模块连接有PT降压模块，所述PT降压模块与数字信号处理电路模组连接；
通道切换保护模块，用于连接到外部的电压互感器信号，并将外部接入的电压互感器信号选择出对应的电压互感器；
PT降压模块，用于将选择出的电压互感器信号转换出低压信号；
数字信号处理电路模组，用于将PT降压模块输出的信号进行处理；
数字信号处理电路模组与通道切换保护模块连接，用于控制通道切换保护模块进行电压互感器通道的切换；
中央处理模组，用于将数字信号处理电路模组输出的数据做进一步的处理输出电压互感器的误差特性。
优选地，该装置还包括通信模块和/或显示模块，所述通信模块与中央处理模组连接，中央处理模组将输出的数据通过通信模块进行上传；
所述显示模块与中央处理模组连接，用于将中央处理模组输出的数据进行显示。
优选地，数字信号处理电路模组包括滤波处理模块、差值信号处理放大模块、转换处理模块和网口通讯模块；
PT降压模块与差值信号处理放大模块连接；用于将经过滤波模块处理后的PT降压模块的输出的做差电压信号进行做差放大处理；
转换处理模块与差值信号处理放大模块连接；用于将采集到差值信号处理放大模块输出的信号转换成数字信号；
转换处理模块还与PT降压模块输出端连接，滤波处理模块与PT降压模块连接，用于将PT降压模块输出的基波信号通过滤波处理模块进行滤波处理后转换成数字信号；
转换处理模块通过网口通讯模块与中央处理模组进行数据通讯。
优选地，所述的滤波处理模块采用LC滤波电路；
PT降压模块采用双极标准电压互感器，PT降压模块的第一路输出将电压互感器二次电压转换为低压基波信号通过滤波处理模块滤波处理后进入转换处理模块；PT降压模块的第二路输出通过滤波处理模块进入差值信号处理放大模块。
优选地，转换处理模块包括AD转换芯片和FPGA芯片，AD转换芯片分别与差值信号处理放大模块和基波信号电路连接；AD转换芯片还与FPGA芯片连接。
优选地，该装置还包括电源模块，所述电源模块分别与中央处理模组、数字信号处理电路模组和通道切换保护模块连接，用于给该系统供电；
电源模块输出包括5V电源、24V电源、15V电源、-15V电源。
优选地，该装置还包括机箱，所述机箱的正面设有工作面板，工作面板上设有状态指示灯、电源开关和面板USB接口；
状态指示灯分别与中央处理模组电源模块和数字信号处理电路模组连接；显示模块设置在工作面板上；电源开关与电源模块连接；
该系统还包括USB接口，USB接口与中央处理模组连接；USB接口与面板USB接口连接；
机箱的背面设有电压互感器信号标识接口，电压互感器信号标识接口一端连接到外部的电压互感器，电压互感器信号标识接口另一端连接到通道切换保护模块。
优选地，通道切换保护模块包括控制驱动电路单元和与控制驱动电路单元连接的通道切换电路单元；
控制驱动电路单元包括第一光电耦合器和第一继电器;
FPGA芯片通过第一输出驱动器连接到第一光电耦合器，第一光电耦合器的输入端通过电阻R101连接到5V电源，第一光电耦合器的输出端连接到第一继电器线圈第一端，第一继电器线圈的第二端通过电阻R1连接到24V电源，第一继电器的两个常开触点的一端短接，第一继电器的两个常开触点的另一端连接后连接到5v电源，第一继电器线圈的第一端连接有第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接到第一继电器线圈的第二端；第一输出驱动器的输出端通过电阻R31连接到5V电源；
通道切换电路单元包括第二光电耦合器和第二继电器；FPGA芯片通过第一输出驱动器连接到第二光电耦合器，第二光电耦合器的输入端通过电阻R102连接到第一继电器的两个常开触点的短接连接点A-K，第二光电耦合器的输出端连接到第二继电器线圈第一端，第二继电器线圈的第二端通过电阻R2连接到24V电源，第二继电器的两个常开触点1n、1a端分别连接到机箱上的对应的电压互感器信号标识接口1n、1a，第二继电器的两个常开触点的A1N、A1A端分别连接PT降压模块的输入端；第二继电器线圈的第一端连接有第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接到第二继电器线圈的第二端；第一输出驱动器的输出端通过电阻R32连接到5V电源；
通道切换电路单元数量为若干组，每组通道切换电路单元分别与控制驱动电路单元连接；
优选地，通道切换保护模块数量为三组，分别为A/B/C通道切换保护模块。
优选地，差值信号处理放大模块包括若干组运算放大器处理电路；若干组运算放大器处理电路做差值增益放大处理；
每组运算放大器处理电路包括第一运算放大器，第一运算放大器的正输入端通过正输入端分压电阻R143连接到PT降压模块第二路输出的经滤波处理后的一端口电压信号；第一运算放大器的负输入端通过负输入端分压电阻R141连接到PT降压模块第二路输出的经滤波处理后的其他端口的电压信号；第一运算放大器的正输入端还通过接地分压电阻R144接地；第一运算放大器的负输入端还通过反馈电阻R142连接到第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的正电源端连接+15V电源，第一运算放大器的正电源端通过电容C101接地；第一运算放大器负电源端连接-15V电源，第一运算放大器负电源端通过电容C102接地；第一运算放大器的输出端依次通过电阻R220、电容C421和电阻R221接地；电阻R220和电容C421的连接点连接到AD转换芯片，电容C421和电阻R221的连接点连接到AD转换芯片；
PT降压模块每一路输出经滤波处理后的电压信号还分别通过瞬态抑制二极管接地。
优选地，通信模块包括网口通讯模块和通讯接口；中央处理模组通过网口通讯模块和通信接口将数据上传；
网口通讯模块包括以太网芯片和网口芯片；
以太网芯片与FPGA芯片连接；
以太网芯片通过网口芯片与通讯接口连接。
机箱上设有通讯接口对应的通孔。
优选地，中央处理模组包括CPU处理模块、存储模块；
所述CPU处理模块与存储模块连接；
CPU处理模块，用于将转换处理模块转换的数字信号进行处理计算输出各台电压互感器的误差特性。
该装置电源模块为各设备模块组提供可靠稳定的电源。
该装置通道切换保护模块可满足不同等级、不同相间的切换监测，且多台电压互感器同时在线检测，同时具备过压、过流保护功能。
该装置PT降压模块采用高精度双极标准电压互感器，精度为0.01级，可将电压互感器二次电压100/√3V转换为采样芯片可接受的低压基波信号及做差信号，保证准确度。
该装置滤波处理模块采用LC滤波，能有效滤除外部信号干扰及谐波干扰，提供更加有效稳定的电压信号。
该装置差值信号处理放大模块，将高精度PT降压模块输出的信号进行做差处理，得出差值信号，并进行放大处理。
该装置高精转换处理模块，将采集到的差值放大信号、基波信号转换为数字信号。
该装置CPU处理模块，将转换的数字信号进行傅里叶变换，提取幅值及相位等信息，进行同级对比，计算出各台互感器的误差特性。
该装置显示模块、通讯模块，将检测数据显示、存档，并通过通讯模块上传监管用采平台。
该装置具有完善的保护设计，接入在线运行的互感器时，对系统也不构成安全问题等。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：基于互感器群体差值法的电压互感器误差在线校准装置具有能够切换不同等级、不同相的多台电压互感器进行同时在线检测校准的能力且转换精度高，采用同级差值比对的误差检测方法，测量显示精度高。同时具备过压过流保护、滤波处理等方式，接线方便并能保证设备可靠运行，对系统也不构成安全问题。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为一种电压互感器误差在线校准装置连接框图；
图2为通道切换保护模块控制驱动电路单元电路示意图；
图3为通道切换保护模块通道切换电路单元电路示意图；
图4为通道切换保护模块电路连接示意图；
图5为一路差值信号处理放大电路图；
图6为一组电压互感器连接示意图；
图7为一组基波信号电路示意图。
具体实施方式
本发明提供一种电压互感器误差在线校准装置，该装置采用220V电源供电，利用电源模块为各设备模块提供可靠稳定的电源。信号根据机箱背部标识接口进行接入，通过通道切换保护模块选择出对应的电压互感器，进入标准PT降压模块，转换出低电压信号，进入数字信号处理电路模组进行滤波、做差、放大等处理，进而通过AD转化、CPU处理器计算处理，显示在显示模块上并存档，同时通过通讯模块上传数据。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
如图1-5所示，一种电压互感器误差在线校准装置，包括中央处理模组、数字信号处理电路模组和通道切换保护模块；
中央处理模组和数字信号处理电路模组连接；通道切换保护模块连接有PT降压模块，所述PT降压模块与数字信号处理电路模组连接；
通道切换保护模块，用于连接到外部的电压互感器信号，并将外部接入的电压互感器信号选择出对应的电压互感器；
PT降压模块，用于将选择出的电压互感器信号转换出低压信号；
数字信号处理电路模组，用于将PT降压模块输出的信号进行处理；
数字信号处理电路模组与通道切换保护模块连接，用于控制通道切换保护模块进行电压互感器通道的切换；
中央处理模组，用于将数字信号处理电路模组输出的数据做进一步的处理输出电压互感器的误差特性。
该装置还包括通信模块，所述通信模块与中央处理模组连接，中央处理模组将输出的数据通过通信模块进行上传；
数字信号处理电路模组包括滤波处理模块、差值信号处理放大模块、转换处理模块和网口通讯模块；
PT降压模块与差值信号处理放大模块连接；用于将经过滤波模块处理后的PT降压模块的输出的做差电压信号进行做差放大处理；
转换处理模块与差值信号处理放大模块连接；用于将采集到差值信号处理放大模块输出的信号转换成数字信号；
转换处理模块还与PT降压模块输出端连接，滤波处理模块与PT降压模块连接，用于将PT降压模块输出的基波信号通过滤波处理模块进行滤波处理后转换成数字信号；
转换处理模块通过网口通讯模块与中央处理模组进行数据通讯。
所述的滤波处理模块采用LC滤波电路；
PT降压模块采用双极标准电压互感器，PT降压模块的第一路输出将电压互感器二次电压转换为低压基波信号通过滤波处理模块滤波处理后进入转换处理模块；PT降压模块的第二路输出通过滤波处理模块进入差值信号处理放大模块。
转换处理模块包括AD转换芯片U2和FPGA芯片U21，AD转换芯片U2分别与差值信号处理放大模块和基波信号电路连接；AD转换芯片U2还与FPGA芯片U21连接。
该装置还包括电源模块，所述电源模块分别与中央处理模组、数字信号处理电路模组和通道切换保护模块连接，用于给该系统供电；
该装置还包括机箱，所述机箱的正面设有工作面板，工作面板上设有状态指示灯、电源开关和面板USB接口；
状态指示灯分别与中央处理模组电源模块和数字信号处理电路模组连接；显示模块设置在工作面板上；电源开关与电源模块连接；
该系统还包括USB接口，USB接口与中央处理模组连接；USB接口与面板USB接口连接；
机箱的背面设有电压互感器信号标识接口，电压互感器信号标识接口一端连接到外部的电压互感器，电压互感器信号标识接口另一端连接到通道切换保护模块。
通道切换保护模块包括控制驱动电路单元和与控制驱动电路单元连接的通道切换电路单元；
控制驱动电路单元包括第一光电耦合器U11和第一继电器K1;
FPGA芯片通过第一输出驱动器U4连接到第一光电耦合器U11，第一光电耦合器U11的输入端通过电阻R101连接到电源5V，第一光电耦合器U11的输出端连接到第一继电器K1线圈第一端，第一继电器K1线圈的第二端通过电阻R1连接到电源24V，第一继电器K1的两个常开触点一端短接，第一继电器K1的两个常开触点另一端连接后连接到电源5V；第一继电器K1线圈的第一端连接有第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接到第一继电器K1线圈的第二端；第一输出驱动器U4的输出端通过电阻R31连接到电源5V；
通道切换电路单元包括一个第二光电耦合器U12和一个第二继电器K2；FPGA芯片通过第一输出驱动器U4连接到第二光电耦合器U12，第二光电耦合器U12的输入端通过电阻R102连接到第一继电器K1的两个常开触点的短接连接点A-K，第二光电耦合器U12的输出端连接到第二继电器K2线圈第一端，第二继电器K2线圈的第二端通过电阻R2连接到电源24V，第二继电器K2的两个常开触点1n、1a端分别连接到机箱上的对应的电压互感器信号标识接口1n、1a，第二继电器K2的两个常开触点的A1N、A1A端分别连接PT降压模块的输入端；第二继电器K2线圈的第一端连接有第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接到第二继电器K2线圈的第二端；输出驱动器U1的输出端通过电阻R32连接到电源5V；
通道切换电路单元均分别连接到电源24V和第一继电器K1的两个常开触点的短接连接点A-K。
运算放大器处理电路包括第一运算放大器U1，第一运算放大器U1的正输入端通过正输入端分压电阻R143连接到PT降压模块第二路输出的经滤波处理后的一端口电压信号；第一运算放大器U1的负输入端通过负输入端分压电阻R141连接到PT降压模块第二路输出的经滤波处理后的其他端口的电压信号；第一运算放大器U1的正输入端还通过接地分压电阻R144接地；第一运算放大器U1的负输入端还通过反馈电阻R142连接到第一运算放大器U1的输出端，第一运算放大器U1的正电源端连接有正电源+15V，第一运算放大器U1的正电源端通过电容C101接地；第一运算放大器U1负电源端连接有负电源-15V，第一运算放大器U1负电源端通过电容C102接地；第一运算放大器U1的输出端依次通过电阻R220、电容C421和电阻R221接地；电阻R220和电容C421的连接点连接到AD转换芯片U2，电容C421和电阻R221的连接点连接到AD转换芯片U2；
PT降压模块每一路输出经滤波处理后的电压信号还分别通过瞬态抑制二极管接地。
经双极标准PT降压模块转化出的第二路电压信号简称差分信号，通过滤波保护电路进入差分运算放大电路，通过电阻匹配设定放大倍数，运算放大器输出电压直接进入AD转换芯片进行转化。
中央处理模组包括CPU处理模块、存储模块；所述CPU处理模块与存储模块连接；CPU处理模块，用于将转换处理模块转换的数字信号进行处理计算输出各台电压互感器的误差特性；网口通讯模块包括以太网芯片、网口芯片，通信模块包括网口通讯模块和通讯接口；以太网芯片与FPGA芯片U21连接；以太网芯片通过网口芯片与通讯接口连接。
实施例二
如图1-6所示，一种电压互感器误差在线校准装置，包括中央处理模组、数字信号处理电路模组和通道切换保护模块；
中央处理模组和数字信号处理电路模组连接；通道切换保护模块连接有PT降压模块，所述PT降压模块与数字信号处理电路模组连接；
通道切换保护模块，用于连接到外部的电压互感器信号，并将外部接入的电压互感器信号选择出对应的电压互感器；
PT降压模块，用于将选择出的电压互感器信号转换出低压信号；
数字信号处理电路模组，用于将PT降压模块输出的信号进行处理；
数字信号处理电路模组与通道切换保护模块连接，用于控制通道切换保护模块进行电压互感器通道的切换；
中央处理模组，用于将数字信号处理电路模组输出的数据做进一步的处理输出电压互感器的误差特性。
该装置还包括通信模块和显示模块，所述通信模块与中央处理模组连接，中央处理模组将输出的数据通过通信模块进行上传；
所述显示模块与中央处理模组连接，用于将中央处理模组输出的数据进行显示。
数字信号处理电路模组包括滤波处理模块、差值信号处理放大模块、转换处理模块和网口通讯模块；
PT降压模块与差值信号处理放大模块连接；用于将经过滤波模块处理后的PT降压模块的输出的做差电压信号进行做差放大处理；
转换处理模块与差值信号处理放大模块连接；用于将采集到差值信号处理放大模块输出的信号转换成数字信号；
转换处理模块还与PT降压模块输出端连接，滤波处理模块与PT降压模块连接，用于将PT降压模块输出的基波信号通过滤波处理模块进行滤波处理后转换成数字信号；
转换处理模块通过网口通讯模块与中央处理模组进行数据通讯。
所述的滤波处理模块采用LC滤波电路；
PT降压模块采用双极标准电压互感器，PT降压模块的第一路输出将电压互感器二次电压转换为低压基波信号通过滤波处理模块滤波处理后进入转换处理模块；PT降压模块的第二路输出通过滤波处理模块进入差值信号处理放大模块。
转换处理模块包括AD转换芯片U2和FPGA芯片U21，AD转换芯片U2分别与差值信号处理放大模块和基波信号电路连接；AD转换芯片U2还与FPGA芯片U21连接。
该装置还包括电源模块，所述电源模块分别与中央处理模组、数字信号处理电路模组和通道切换保护模块连接，用于给该系统供电；
电源模块输出电压包括5V电源、24V电源、15V电源、-15V电源。
该装置还包括机箱，所述机箱的正面设有工作面板，工作面板上设有状态指示灯、电源开关和面板USB接口；
状态指示灯分别与中央处理模组电源模块和数字信号处理电路模组连接；显示模块设置在工作面板上；电源开关与电源模块连接；
该系统还包括USB接口，USB接口与中央处理模组连接；USB接口与面板USB接口连接；
机箱的背面设有电压互感器信号标识接口，电压互感器信号标识接口一端连接到外部的电压互感器，电压互感器信号标识接口另一端连接到通道切换保护模块。
本发明的装置能够在线同时监测多台电压互感器的误差数据（最多可监测60台、即A/B/C各20台电压互感器的误差信号），可满足A/B/C切换监测，需要A/B/C三组通道切换保护模块，且20台电压互感器同时在线检测。可采用测量不确定度分析与误差修正，扣除作为参考量的固有误差作为最大误差源的处理方式，有利于分析电压互感器的运行状态的误差，真实反映出电压互感器工作状态下的误差特性。
20台电压互感器，每组通道切换保护模块包括控制驱动电路单元和与控制驱动电路单元依次连接的20组通道切换电路单元；
控制驱动电路单元包括第一光电耦合器U11和第一继电器K1;
FPGA芯片U21通过第一输出驱动器U4连接到第一光电耦合器U11，第一光电耦合器U11的输入端通过电阻R101连接到电源5V，第一光电耦合器U11的输出端连接到第一继电器K1线圈第一端，第一继电器K1线圈的第二端通过电阻R1连接到电源24V，第一继电器K1的两个常开触点的一端短接，第一继电器K1的两个常开触点的另一端连接后连接到电源5V；第一继电器K1线圈的第一端连接有第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接到第一继电器K1线圈的第二端；第一输出驱动器U4的输出端通过电阻R31连接到电源5V；FPGA芯片的型号为EP3C40Q240C8，第一输出驱动器U4型号为SN7407N的集电极开路六正相高压驱动器/缓冲器。
第一组通道切换电路单元包括一个第二光电耦合器U12和一个第二继电器K2；FPGA芯片U21通过第一输出驱动器U4连接到第二光电耦合器U12，第二光电耦合器U12的输入端通过电阻R102连接到第一继电器K1的两个常开触点的短接连接点A-K，第二光电耦合器U12的输出端连接到第二继电器K2线圈第一端，第二继电器K2线圈的第二端通过电阻R2连接到电源24V，第二继电器K2的两个常开触点的1n、1a端分别连接到机箱上的对应的电压互感器信号标识接口1n、1a，第二继电器K2的两个常开触点的A1N、A1A端分别连接PT降压模块的输入端；第二继电器K2线圈的第一端连接有第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接到第二继电器K2线圈的第二端；输出驱动器U1的输出端通过电阻R32连接到电源5V；
依次第二组一直到第二十组，每组通道切换电路单元均分别连接到电源24V和第一继电器K1的两个常开触点的短接连接点A-K；这样第一输出驱动器U4的数量为多个；其中，
第二十组通道切换电路单元包括一个光电耦合器U31和一个第二继电器K21；FPGA芯片U21通过第一输出驱动器U4连接到光电耦合器U31，光电耦合器U31的输入端通过电阻R121连接到第一继电器K1的两个常开触点的短接连接点A-K，光电耦合器U31的输出端连接到第二继电器K21线圈第一端，第二继电器K21线圈的第二端通过电阻R21连接到电源24V，第二继电器K21的两个常开触点的20n、20a端分别连接到机箱上的对应的电压互感器信号标识接口20n、20a，第二继电器K21的两个常开触点的A20N、A20A端分别连接PT降压模块的输入端；第二继电器K21线圈的第一端连接有第二二极管D21的阳极，第二二极管D21的阴极连接到第二继电器K21线圈的第二端；第一输出驱动器U4的输出端通过电阻R51连接到电源5V；
20台电压互感器，选择其中一组作为运算放大器的正输入端，其他19组分别作为运算放大器的负输入端，这样差值信号处理放大模块包括19组运算放大器处理电路；19组运算放大器处理电路做差值增益放大处理；
每组运算放大器处理电路包括第一运算放大器U1，第一运算放大器U1的正输入端通过正输入端分压电阻R143连接到PT降压模块第二路输出的经滤波处理后的一端口电压信号；第一运算放大器U1的负输入端通过负输入端分压电阻R141连接到PT降压模块第二路输出的经滤波处理后的其他端口的电压信号；第一运算放大器U1的正输入端还通过接地分压电阻R144接地；第一运算放大器U1的负输入端还通过反馈电阻R142连接到第一运算放大器U1的输出端，第一运算放大器U1的正电源端连接有正电源+15V，第一运算放大器U1的正电源端通过电容C101接地；第一运算放大器U1负电源端连接有负电源-15V，第一运算放大器U1负电源端通过电容C102接地；第一运算放大器U1的输出端依次通过电阻R220、电容C421和电阻R221接地；电阻R220和电容C421的连接点连接到AD转换芯片，电容C421和电阻R221的连接点连接到AD转换芯片U2；运算放大器型号为OP07，AD转换芯片U2的型号为AD7608，。
PT降压模块每一路输出经滤波处理后的电压信号还分别通过瞬态抑制二极管TVS1接地。
该装置包括一组数字信号处理电路模组和三组通道切换保护模块；数字信号处理电路模组接收中央处理模组的指令后，控制ABC三组通道切换保护模块有序的进行投切，有效的进入公用的PT降压模块进行信号的高精度转化，降低至AD转换芯片能够接受的准确转换电压范围内。通道切换保护模块具有多重互锁保护电路设计，能够保证ABC三相电压的每一相、每一路的电压信号安全、独立、可靠运行。
AD转换芯片部分接收差分信号和基波信号两部分；双极标准PT降压模块为一路输入两路输出，经双极标准PT降压模块转化出的第一路电压信号简称基波信号，当输入电压互感器标准57.7V时，转化出的电压值为2.3V，通过滤波保护电路直接进入AD转换芯片进行转化。
如图7所示，PT降压模块转化出的第一路电压信号即基波信号通过依次串联连接的电阻R101、电容C401和电阻R102接地；电阻R101和电容C401的连接点连接到AD转换芯片U2；电容C401和电阻R102的连接点连接到AD转换芯片U2；
经双极标准PT降压模块转化出的第二路电压信号简称差分信号，当输入电压互感器标准57.7V时，转化出的电压值为6.9V，通过滤波保护电路进入差分运算放大电路，通过电阻匹配设定放大倍数，运算放大器输出电压直接进入AD转换芯片进行转化。这样，基波信号和差分信号输入到AD转换芯片U2，这样需要5组AD转换芯片U2。
中央处理模组包括CPU处理模块、存储模块；所述CPU处理模块与存储模块连接；CPU处理模块，用于将转换处理模块转换的数字信号进行处理计算输出各台电压互感器的误差特性；通信模块包括网口通讯模块和通讯接口，网口通讯模块包括以太网芯片和网口芯片；以太网芯片与FPGA芯片U21连接；以太网芯片通过网口芯片与通讯接口连接。机箱上设有通讯接口对应的通孔，以太网芯片的型号为W5500嵌入式以太网控制器；网口芯片型号为H1102NL的网口变压器。
其中，数字信号处理电路模组通过FPGA芯片U21及AD转换芯片U2的逻辑时序，将AD转换芯片U2转化成的基波数字量和差值信号的数字量进行采集，通过傅里叶变换将信号的幅值和相位分离出来，通过SPI接口与网口芯片通讯并通过网口芯片将带有地址标示的数据通过网口上传至中央处理模组。
中央处理模块通过网口协议及双方约定好的解码算法，将网口上传的带有地址标示的数据解析出来，放入对应的缓存区，然后通过将差值数据及基波数据，参考相关数据进行综合计算，通过数据、图形的形式，显示当前状态下，电压互感器的误差特性状态。并能够保存、上传数据至终端用采系统。本发明中，
该装置能够在线同时监测多台电压互感器的误差数据（最多可监测60台、即A/B/C各20台电压互感器的误差信号），可满足A/B/C切换监测，且20台电压互感器同时在线检测。采用同级差值比对的误差检测方法，可并结合测量不确定度分析与误差修正，扣除作为参考量的固有误差作为最大误差源的处理方式，进行群体差值计算，得出每台互感器的误差数据信息，真实反映出电压互感器工作状态下的误差特性。监测数据可显示、存档，历史数据查询等功能，并通过通讯上传监管用采平台。该装置还具有完善的保护设计，接入在线运行的互感器时，对系统也不构成安全问题等。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种电压互感器误差在线校准装置，其特征在于包括中央处理模组、数字信号处理电路模组和通道切换保护模块；
中央处理模组和数字信号处理电路模组连接；通道切换保护模块连接有PT降压模块，所述PT降压模块与数字信号处理电路模组连接；
通道切换保护模块，用于连接到外部的电压互感器信号，并将外部接入的电压互感器信号选择出对应的电压互感器；
PT降压模块，用于将选择出的电压互感器信号转换出低压信号；
数字信号处理电路模组，用于将PT降压模块输出的信号进行处理；
数字信号处理电路模组与通道切换保护模块连接，用于控制通道切换保护模块进行电压互感器通道的切换；
中央处理模组，用于将数字信号处理电路模组输出的数据做进一步的处理输出电压互感器的误差特性。
2.根据权利要求1所述的一种电压互感器误差在线校准装置，其特征在于，该装置还包括通信模块和/或显示模块，所述通信模块与中央处理模组连接，中央处理模组将输出的数据通过通信模块进行上传；
所述显示模块与中央处理模组连接，用于将中央处理模组输出的数据进行显示。
3.根据权利要求1或2所述的一种电压互感器误差在线校准装置，其特征在于数字信号处理电路模组包括滤波处理模块、差值信号处理放大模块、转换处理模块和网口通讯模块；
PT降压模块与差值信号处理放大模块连接；用于将经过滤波模块处理后的PT降压模块的输出的做差电压信号进行做差放大处理；
转换处理模块与差值信号处理放大模块连接；用于将采集到差值信号处理放大模块输出的信号转换成数字信号；
转换处理模块还与PT降压模块输出端连接，滤波处理模块与PT降压模块连接，用于将PT降压模块输出的基波信号通过滤波处理模块进行滤波处理后转换成数字信号；
转换处理模块通过网口通讯模块与中央处理模组进行数据通讯。
4.根据权利要求3所述的一种电压互感器误差在线校准装置，其特征在于，所述的滤波处理模块采用LC滤波电路；
PT降压模块采用双极标准电压互感器，PT降压模块的第一路输出将电压互感器二次电压转换为低压基波信号通过滤波处理模块滤波处理后进入转换处理模块；PT降压模块的第二路输出通过滤波处理模块进入差值信号处理放大模块。
5.根据权利要求3所述的一种电压互感器误差在线校准装置，其特征在于，转换处理模块包括AD转换芯片和FPGA芯片，AD转换芯片分别与差值信号处理放大模块和基波信号电路连接；AD转换芯片还与FPGA芯片连接。
6.根据权利要求5所述的一种电压互感器误差在线校准装置，其特征在于，该装置还包括电源模块，所述电源模块分别与中央处理模组、数字信号处理电路模组和通道切换保护模块连接，用于给该系统供电；
电源模块输出包括5V电源、24V电源、15V电源、-15V电源。
7.根据权利要求5所述的一种电压互感器误差在线校准装置，其特征在于，该装置还包括机箱，所述机箱的正面设有工作面板，工作面板上设有状态指示灯、电源开关和面板USB接口；
状态指示灯分别与中央处理模组、电源模块和数字信号处理电路模组连接；显示模块设置在工作面板上；电源开关与电源模块连接；
该系统还包括USB接口，USB接口与中央处理模组连接；USB接口与面板USB接口连接；
机箱的背面设有电压互感器信号标识接口，电压互感器信号标识接口一端连接到外部的电压互感器，电压互感器信号标识接口另一端连接到通道切换保护模块。
8.根据权利要求7所述的一种电压互感器误差在线校准装置，其特征在于，通道切换保护模块包括控制驱动电路单元和与控制驱动电路单元连接的通道切换电路单元；
控制驱动电路单元包括第一光电耦合器和第一继电器;
FPGA芯片通过第一输出驱动器连接到第一光电耦合器，第一光电耦合器的输入端通过电阻R101连接到5V电源，第一光电耦合器的输出端连接到第一继电器线圈第一端，第一继电器线圈的第二端通过电阻R1连接到24V电源，第一继电器的两个常开触点的一端短接，第一继电器的两个常开触点的另一端连接后连接到5v电源，第一继电器线圈的第一端连接有第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接到第一继电器线圈的第二端；第一输出驱动器的输出端通过电阻R31连接到5V电源；
通道切换电路单元包括第二光电耦合器和第二继电器；FPGA芯片通过第一输出驱动器连接到第二光电耦合器，第二光电耦合器的输入端通过电阻R102连接到第一继电器的两个常开触点的短接连接点A-K，第二光电耦合器的输出端连接到第二继电器线圈第一端，第二继电器线圈的第二端通过电阻R2连接到24V电源，第二继电器的两个常开触点1n、1a端分别连接到机箱上的对应的电压互感器信号标识接口1n、1a，第二继电器的两个常开触点的A1N、A1A端分别连接PT降压模块的输入端；第二继电器线圈的第一端连接有第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接到第二继电器线圈的第二端；第一输出驱动器的输出端通过电阻R32连接到5V电源；
通道切换电路单元数量为若干组，每组通道切换电路单元分别与控制驱动电路单元连接。
9.根据权利要求7所述的一种电压互感器误差在线校准装置，其特征在于，差值信号处理放大模块包括若干组运算放大器处理电路；若干组运算放大器处理电路做差值增益放大处理；
每组运算放大器处理电路包括第一运算放大器，第一运算放大器的正输入端通过正输入端分压电阻R143连接到PT降压模块第二路输出的经滤波处理后的一端口电压信号；第一运算放大器的负输入端通过负输入端分压电阻R141连接到PT降压模块第二路输出的经滤波处理后的其他端口的电压信号；第一运算放大器的正输入端还通过接地分压电阻R144接地；第一运算放大器的负输入端还通过反馈电阻R142连接到第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的正电源端连接+15V电源，第一运算放大器的正电源端通过电容C101接地；第一运算放大器负电源端连接-15V电源，第一运算放大器负电源端通过电容C102接地；第一运算放大器的输出端依次通过电阻R220、电容C421和电阻R221接地；电阻R220和电容C421的连接点连接到AD转换芯片，电容C421和电阻R221的连接点连接到AD转换芯片；
PT降压模块每一路输出经滤波处理后的电压信号还分别通过瞬态抑制二极管接地。
10.根据权利要求5所述的一种电压互感器误差在线校准装置，其特征在于，通信模块包括网口通讯模块和通讯接口；中央处理模组通过网口通讯模块和通信接口将数据上传；
网口通讯模块包括以太网芯片和网口芯片；
以太网芯片与FPGA芯片连接；
以太网芯片通过网口芯片与通讯接口连接。
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