CN110441558A - 一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置，包括模拟电路模块、数字电路模块和供电模块，模拟电路模块输入端连接电子式互感器输出的A相、B相和C相三路信号，输出端连接到数字电路模块，数字电路模块通过光纤将信号传输到后端合并单元设备，供电模块分别为模拟电路模块和数字电路模块提供电源。本发明只有一个电源模块，分别为采集装置A、B、C三相采样及信号处理回路供电，可以有效减少不同电源模块之间的相互干扰及影响，造成供电电源不稳定和使高速AD采样回路采样数据出现波动和较大畸变的现象；同时采集装置的模拟回路及数字回路均只有一个接地点，即一个模拟地和一个数字地，并在PCB版上实现模拟地与数字地的隔离。
Description
技术领域
本发明属于智能变电站电子式互感器采集单元技术领域，尤其涉及一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置。
背景技术
目前，随着智能变电站的快速发展，电子式互感器在国内广泛应用。电子式互感器相较传统电磁式互感器具有体积小、重量轻、无磁饱和、无二次开路、可方便地与一次高压开关设备组合安装，有效提高了设备集成度，减少用地、安装运输方便等优点，具有广阔的市场应用前景。随着电子式互感器技术的进一步成熟，取代传统电磁式互感器是必须趋势。
但是由于电子式互感器是智能变电站中联结一次侧强电设备和二次侧弱电设备的过渡体，每当变电站中的隔离开关、断路器进行操作或隔离开关、断路器发生接地故障时，会形成较强的干扰信号通过接地网以及信号线等途径影响到电子式互感器前端的采集单元造成干扰，导致采集单元工作出现异常，二次侧采样失真，影响到保护装置及整个电力系统的稳定运行。电子式互感器采集单元抗干扰的好坏主要是看供电电源的可靠性及采集单元接地是否良好。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置，以解决现有技术的电子式互感器采集单元三相（A相、B相、C相）采样模块独立设计，独立的供电电源、独立接地的方式易受一次侧大电流、强电压信号干扰等缺点，很大程度上会影响电子式互感器采集单元采样的准确性和故障发生率等问题。
本发明采取的技术方案为：一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置，包括模拟电路模块、数字电路模块和供电模块，模拟电路模块输入端连接电子式互感器输出的A相、B相和C相三路信号，输出端连接到数字电路模块，数字电路模块通过光纤将信号传输到后端合并单元设备，供电模块分别为模拟电路模块和数字电路模块提供电源。
模拟电路模块包括三组依次连接到低通滤波器和A/D转换模块。
低通滤波器采用二阶无源低通滤波器，滤波回路中电阻元件采用低温漂特性的无感电阻，电容器件采用ESI和ESR值较低的陶瓷电容或CBB无感电容。
A/D转换模块采用AD7606芯片。
数字电路模块采用FPGA数字信号处理模块。
供电模块包括主电源模块，主电源模块设置有两路输出V1和V2，V1和V2两路输出通过电源线性稳压芯片分别形成给模拟电路模块和数字电路模块供电的模拟电源系统和数字电源系统，模拟电源系统给三相高速A/D转换模块供电和提供基准电压源，数字电源系统给三相的主控芯片FPGA供电。
供电模块还包括电源监视模块，电源监视模块与模拟电源系统和数字电路模块相连。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明整个装置只有一个电源模块，分别为采集装置A、B、C三相采样及信号处理回路供电，可以有效减少不同电源模块之间的相互干扰及影响，造成供电电源不稳定和使高速AD采样回路采样数据出现波动和较大畸变的现象；同时采集装置的模拟回路及数字回路均只有一个接地点，即一个模拟地和一个数字地，并在PCB版上实现模拟地与数字地的隔离，而电源模块的接地直接通过接地导线与机壳相连接，机壳外部安装时与应用场的二次地相连接，这样使整个采集装置实现共地，当实际应用中一次侧进行断路器、隔离开关、刀闸的操作时产生的部分强干扰信号通过接地进行快速的释放，减少对采集装置内部弱电回路的影响。
附图说明
图1是本发明设计原理框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1所示，一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置，包括模拟电路模块1、数字电路模块2和供电模块3，模拟电路模块1输入端连接电子式互感器输出的A相、B相和C相三路信号，输出端连接到数字电路模块2，数字电路模块2通过光纤将信号传输到后端合并单元设备，供电模块3分别为模拟电路模块1和数字电路模块2提供电源，采集装置的机壳接地。
供电电源模块中的主电源模块与外部供电电源连接，并实现电源的转换，且可以完成两路输出分别给模拟信号处理模块和数字信号处理模块供电；模拟信号处理电路主要是实现对电子式互感器输出的A、B、C三相模拟小信号进行滤波处理和进行A/D转换处理；数字信号处理电路采用FPGA为主控芯片，实现对电子式互感器的微分输出小信号进行软件积分还原和实现数据通信协议转换，完成数字信号到光信号的转换，最后通过光纤输出。
模拟电路模块1包括三组依次连接到低通滤波器和A/D转换模块。
低通滤波器采用二阶无源低通滤波器，本低通滤波器4的3dB带宽设计为1kHz，截止频率为1kHz，实现对电子式互感器输入小信号内的杂质干扰信号滤除作用，滤波回路中电阻元件采用低温漂特性的无感电阻，电容器件采用ESI和ESR值较低的陶瓷电容或CBB无感电容，以确保滤波回路具有足够好的高频特性，其设计截止频率为1kHz。
A/D转换模块采用2片AD同时对输入的模拟信号进行采集，采用AD7606芯片，AD7606芯片的主要特性如下：真双极性模拟输入范围：±10V、±5V；5V单模拟电源，VDRIVE：2.3V-5V；具有16bit的采样精度，支持8通道同步采样，采样频率最高可达200kSPS；内置2阶抗混叠模拟滤波器，具有1MΩ模拟输入阻抗的输入缓冲器；片内精密精准电压及缓冲。功耗低约100mW，待机时可低至25mW；采样输出可支持高速串行及并行接口，本设计选用串行输出方式。。
数字电路模块2采用FPGA数字信号处理模块，由三块主控芯片FPGA构成，实现对A、B、C三相的数字输入信号进行软件积分处理、插值算法、系统补偿系数调整及输出协议转换，最后完成数字信号到光信号的转换，由光纤发送给后端的合并单元，数字电路模块主要是使用FGPA作为主控制器对采样数据进行积分、插值、组包等处理，同时根据传输协议进行数据的编码，并将处理好的数据转换成光信号输出；FGPA还通过电源监视模块实时监测AD采集模块的供电电源的状态，实现电源异常情况的实时预警功能，从而快速判断AD采样数据的有效性与正确性。主控制器采用Xilinx公司的XC3SD250E FPGA芯片实现。XC3SD250E工作频率可达200Mhz；逻辑门数高达250k，并提供了大量的片上存储单元，外部只需一片PROM存储器即可正常运行。
供电模块3包括主电源模块7，主电源模块7设置有两路输出V1和V2，V1和V2两路输出通过电源线性稳压芯片分别形成给模拟电路模块1和数字电路模块2供电的模拟电源系统8和数字电源系统9，模拟电源系统8给三相高速A/D转换模块5供电和提供基准电压源，数字电源系统9给三相的主控芯片FPGA供电，该供电模块可以使得采集装置的三相模拟回路实现一个共用的模拟接地，数字信号回路也可实现只有一个共用的数字接地，并在PCB版实现模拟地与数字地的隔离，电源转换效率高、体积小、稳定度高、寿命长和高等级EMS适应能力（浪涌(IEC61000-4-5),共模6000VAC）；其可接受的外部电源输入范围为AC 85-264V，DC85-370V，输入频率—直流/交流47-60Hz；该电源模块可以实现多路输出，从而保证模拟电源系统与数字电源系统独立供电，减少模拟回路与数字回路的相互干扰，保证采集装置的可靠性与稳定性，其中V1为采集装置的数字电源系统供电，V1的输出电压为5.2V，输出调整率为5.1V-5.3V，线性调整率5.1V-5.3V，负载调整率5.1V-5.3V，电流1.0A，纹波及噪声p-p—75mV；V2为采集装置的模拟电源系统供电，输出电压为5.0V，输出调整率4.8V-5.1V，线性调整率4.8V-5.1V，负载调整率4.8V-5.1V，电流0.2A，纹波及噪声p-p—150mV；该电源模块还具备过压保护和过功率保护功能，总输出功率大于额定输出功率的150%—230%时进入过功率保护，故障排除后恢复正常工作。
供电模块3还包括电源监视模块10，电源监视模块10与模拟电源系统8和数字电路模块2相连，实现对AD转换模块5供电电源正常情况进行实时监控，一旦AD转换模块5供电电源出现异常波动，低于正常工作电压，电源监视模块10将异常信号发送给数字电路模块2，此时数字电路模块2将进行采样数据有效性判断。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置，其特征在于：包括模拟电路模块（1）、数字电路模块（2）和供电模块（3），模拟电路模块（1）输入端连接电子式互感器输出的A相、B相和C相三路信号，输出端连接到数字电路模块（2），数字电路模块（2）通过光纤将信号传输到后端合并单元设备，供电模块（3）分别为模拟电路模块（1）和数字电路模块（2）提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置，其特征在于：模拟电路模块（1）包括三组依次连接到低通滤波器和A/D转换模块。
3.根据权利要求1所述的一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置，其特征在于：低通滤波器采用二阶无源低通滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置，其特征在于：A/D转换模块采用AD7606芯片。
5.根据权利要求1所述的一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置，其特征在于：数字电路模块（2）采用FPGA数字信号处理模块。
6.根据权利要求1所述的一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置，其特征在于：供电模块（3）包括主电源模块7，主电源模块（7）设置有两路输出V1和V2，V1和V2两路输出通过电源线性稳压芯片分别形成给模拟电路模块（1）和数字电路模块（2）供电的模拟电源系统（8）和数字电源系统（9），模拟电源系统（8）给三相高速A/D转换模块（5）供电和提供基准电压源，数字电源系统（9）给三相的主控芯片FPGA供电。
7.根据权利要求6所述的一种实现共电源和共地的电子式互感器采集装置，其特征在于：供电模块（3）还包括电源监视模块（10），电源监视模块（10）与模拟电源系统（8）和数字电路模块（2）相连。
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