CN110954738A - 一种内嵌式馈线终端残压检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内嵌式的馈线终端残压检测电路，包括供电电路、残压信号处理电路、比较电路、信号触发电路、遥测采集电路和微功率处理器；所述残压信号处理电路输出端分别与比较电路和遥测采集电路连接，所述比较电路与信号触发电路相连，所述触发电路和所述残压信号处理电路与微功率处理器连接。本发明克服机械动作延迟，电源取电时间延时，机械性能不同步问题，电子式检测电路稳定可靠，抗干扰能力极强，达到馈线终端短时有效检测到残压，迅速隔离故障的目的。

Description

一种内嵌式馈线终端残压检测电路

技术领域

本发明涉及配电网馈线终端技术领域，具体涉及一种内嵌式馈线终端残压检测电路。

背景技术

随着经济的发展，目前对电网的可靠性、安全性要求愈来愈高，如何提高供电可靠性成为馈线终端的关键。重合器式馈线自动化馈线终端是采用双侧PT供电，通过“来电即合，无压释放”(电压-时间型逻辑)的原理减少线路停电区域面积，因此分段或联络的馈线终端均需要采集电压作为判据，来执行保护逻辑，减少线路停电的区域面积，而在线路送电前，馈线终端处于失电不运行状态，在送电过程中，若线路中存在故障，变电站出口的重合器会进行速断保护动作跳闸，在100ms内变电站出口的开关就可以跳开，而主干线路后面的分段或联络馈线终端启动的时间都远大于一百毫秒，造成分段或联络馈线终端在短时间内无法检测电压的变化不能立即做出相应的保护动作，只能通过变电站出口的重合器进行多次重合闸的过程中逐渐隔离故障点，此种造成了故障电流会多次冲击变电站，且不能对故障点迅速做出判断，降低了供电可靠性。

虽然现在多数的残压检测使用电磁式继电器检测方式，但是继电器仍存在机械动作时间同步性，动作延时，残压漏检等问题。检测精度高、检测电路稳定可靠、方便各个厂家配电终端系统集成的残压检测模块，是可靠检测残压判断线路故障亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提出一种内嵌式馈线终端残压检测电路。所述内嵌式馈线终端残压检测电路具有设计新颖、造价低廉和实用性强的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种内嵌式的馈线终端残压检测电路，包括供电电路、残压信号处理电路、比较电路、信号触发电路、遥测采集电路和微功率处理器；所述残压信号处理电路输出端分别与比较电路和遥测采集电路连接，所述比较电路与信号触发电路相连，所述触发电路和所述残压信号处理电路与微功率处理器连接，所述供电电路与所述信号处理电路、信号触发电路、遥测采集电路和微功率处理器连接并提供电源。

进一步地，所述残压信号处理电路包括电流互感器和运算放大器A1,所述电流互感器一次侧同名端连接有电阻R1,所述电流互感器二次侧同名端连接电阻R8和电阻R2的一端，电阻R8另一端接地，电阻R2的另一端与所述运算放大器A1的反相端相连，所述运算放大器A1的反相端还与R6的一端连接，R6的另一端与所述运算放大器A1的输出端连接，所述运算放大器A1的同相端通过R5与地连接，通过R4基准电压V1相连。

进一步地，所述比较电路包括比较器A2、比较器A3、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R13和电阻R14，所述比较器A2的同相端与所述比较器A3的反相端连接，所述比较器A2同相端与电阻R9和电阻R10一端连接，所述电阻R10的另一端与地连接，所述电阻R9的另一端与基准电压V1连接，所述比较器A3反相端与电阻R13和R14的一端连接，所述电阻R13的另一端与地连接，所述电阻R14的另一端与基准电压V1连接。

进一步地，所述比较器A2输出端连接所述信号触发电路的输入端Vin1,所述比较器A3的输出端连接信号触发电路的输入端Vin2,所述信号触发电路的输出端接微功率MCU的中断引脚，所述微功率处理器MCU型号为MSP430FR2111IPW16R。

进一步地，所述运算放大器A1输出端连接第一支路与第二支路，所述第一支路包括信号触发电路，所述第二支路包括遥测采集电路

进一步地，所述第二支路通过电阻R15和电阻R16分压接入微功率处理器MCU采集输入端。

进一步地，所述放大器A1输出端Ua的值的表达式：Ua＝220*N1*R8/(R1*N2)

其中，Ua表示互感器二次侧残压检测电路的输入电压，N1/N2是一次侧与二次侧的匝数比。

进一步地，残压检测电路的整体功耗为p，表达式为p＝U*I

其中，U为电路供电电压，I为电路消耗电流。

进一步地，馈线终端上电后残压检测电路由馈线终端系统电源供电。

进一步地，残压检测电路的后备电源选用3.6V锂亚柱式电池，电池容量为2200mAH，因此电池的供电时间t为：t＝C/I

其中，C为后备电源的容量，I为电路消耗电流。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.残压采集电路在于提供一种在馈线终端电源掉电状态下精确检测残压值并闭锁残压遥信的办法。

2.残压检测电路上所有的集成电路均为微功率器件，睡眠状态功耗P可达到微瓦级。

3.残压检测电路中的微功率MCU唤醒速率可达微秒级，且残压动作限值、残压动作时间、残压复位时间均可设置，当线路出现瞬时干扰时，残压检测电路将会启动运行，判断残压状态；而设定的残压动作时间将避免线路出现瞬时干扰，对残压信号进行系统的逻辑判断，提高了检测的准确性。

4.残压检测电路可有效的记录残压值；当馈线终端正常运行之后，终端处理器将调取微功率MCU的记录，立即对相关联的馈线终端执行闭锁合闸，达到迅速隔离故障的目的。

5.残压检测电路克服以往电磁式残压检测电路机械延时、充电延时，继电器动作时间不同步，残压漏报等问题。

6.残压检测电路当检测的电路恢复正常后不需要外部输入信号可自动消除残压闭锁信号。

7.残压检测电路内嵌于馈线终端中，结构新颖独特，使用便捷，现有的馈线终端可直接选配使用，具有易生产，易操作，灵敏度极高，可精确到具体的残压值、残压限值，检测电路稳定可靠，抗干扰能力强的特点，是馈线终端残压检测上新颖的创新。

8.本发明的残压检测电路为电子式电路与现有电磁式继电器的电路相比，克服机械动作延迟，电源取电时间延时，机械性能不同步问题；结构新颖独特，易生产，易操作，灵敏度极高，残压限值、残压检测时间、残压复归信号时间均可调，被检测的电路恢复正常后不需要外部输入信号可自动消除残压闭锁信号，检测电路稳定可靠，抗干扰能力极强，达到馈线终端短时有效检测到残压，迅速隔离故障的目的。

附图说明

图1为本发明的残压检测电路整体结构的示意图；

图2为本发明的残压检测电路中信号处理电路示意图；

图3为本发明的残压检测电路中触发电路示意图；

图4为本发明的残压检测电路中微功率MCU示意图；

图5为本发明的残压检测电路的判断逻辑图；

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

一种内嵌式的馈线终端残压检测电路，包括供电电路、残压信号处理电路、比较电路、信号触发电路、遥测采集电路和微功率处理器；所述残压信号处理电路输出端分别与比较电路和遥测采集电路连接，所述比较电路与信号触发电路相连，所述触发电路和所述残压信号处理电路与微功率处理器连接，所述供电电路与所述信号处理电路、信号触发电路、遥测采集电路和微功率处理器连接并提供电源。

具体而言，所述残压信号处理电路包括电流互感器和运算放大器A1,所述电流互感器一次侧同名端连接有电阻R1,所述电流互感器二次侧同名端连接电阻R8和电阻R2的一端，电阻R8另一端接地，电阻R2的另一端与所述运算放大器A1的反相端相连，所述运算放大器A1的反相端还与R6的一端连接，R6的另一端与所述运算放大器A1的输出端连接，所述运算放大器A1的同相端通过R5与地连接，通过R4基准电压V1相连。

具体而言，所述比较电路包括比较器A2、比较器A3、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R13和电阻R14，所述比较器A2的同相端与所述比较器A3的反相端连接，所述比较器A2同相端与电阻R9和电阻R10一端连接，所述电阻R10的另一端与地连接，所述电阻R9的另一端与基准电压V1连接，所述比较器A3反相端与电阻R13和R14的一端连接，所述电阻R13的另一端与地连接，所述电阻R14的另一端与基准电压V1连接。

具体而言，所述比较器A2输出端连接所述信号触发电路的输入端Vin1,所述比较器A3的输出端连接信号触发电路的输入端Vin2,所述信号触发电路的输出端接微功率MCU的中断引脚。

具体而言，所述运算放大器A1输出端连接第一支路与第二支路，所述第一支路包括信号触发电路，所述第二支路包括遥测采集电路

具体而言，所述第二支路通过电阻R15和电阻R16分压接入微功率处理器MCU采集输入端。

具体而言，所述放大器A1输出端Ua的值的表达式：Ua＝220*N1*R8/(R1*N2)

其中，Ua表示互感器二次侧残压检测电路的输入电压，N1/N2是一次侧与二次侧的匝数比。

具体而言，残压检测电路的整体功耗为p，表达式为p＝U*I

其中，U为电路供电电压，I为电路消耗电流。

具体而言，馈线终端上电后残压检测电路由馈线终端系统电源供电。

具体而言，残压检测电路的后备电源选用3.6V锂亚柱式电池，电池容量为2200mAH，因此电池的供电时间t为：t＝C/I

其中，C为后备电源的容量，I为电路消耗电流。

参见图2，图2所示介绍了残压信号处理电路包括电流互感器和运算放大器A1，残压信号经过电阻R1连接电流互感器一次侧同名端，互感器二次侧同名端连接电阻R8和电阻R2,电阻R2与运算放大器A1的反相端相连，基准电压V1经过电阻R4与运算放大器A1的同相端相连；运算放大器A1的同相端经过电阻R5与地相连。残压信号处理电路的目的是将残压信号由一次侧信号变换成二次侧信号，为触发电路和采集电路提供有效的输入信号，采用互感器进行电气隔离，能有效防止浪涌等强脉冲对后级电路造成破坏，保护后级电路，使之能够在复杂电磁环境下仍能正常工作。

其中，Ua的计算方法为：

Ua＝220*N1*R8/(R1*N2)

其中，Ua表示互感器二次侧残压检测电路的输入电压，N1/N2是一次侧与二次侧的匝数比。

参见图3，图3介绍了残压信号处理电路输出信号Ua1经过电阻R11进去运算放大器A2的同相端与运算放大器A3的反相端，基准电压V1经过电阻R9和R10分压连接运算放大器A2反相端，同时经过电阻R14和R13分压连接比较器A3同相端；比较器A2和A3的输出端分别连接电路的两路输入端。此电路目的是将残压信号与分压后的基准电压做比较，用于设定检测残压信号输入检测限值，当残压信号超过设定的限值时触发电路输出脉冲信号CY1。

参见图4，图4介绍了残压信号Ua1由电阻R15和电阻R16分压后接入微功率处理器MCU的AD输入引脚，触发器输出的脉冲信号CYI经过电阻R17接入微功率处理器MCU的中断引脚。

参见图5，图5介绍了残压信号经过电流互感器和运算放大器A1转换为二次侧信号，二次侧信号与电路基准电压通过比较器A2和A3进行比较，当二次侧信号大于比较器A2的基准电压值，比较器A2将会产生矩形脉冲波形，当二次侧信号小于比较器A3的基准电压值，比较器A3将会产生矩形脉冲波形，触发电路根据输入的波形产生频率为100Hz脉冲信号，脉冲信号连接微功率MCU的中断唤醒引脚，当触发脉冲持续时间大于10us时，微功率MCU会被唤醒，此时微功率MCU会将输入信号与预先设定的残压限值和残压持续时间进行逻辑判断，若残压值大于预先设定的残压限值和残压持续时间，微功率MCU会存储此时的残压遥信和残压值，待馈线终端FTU上电后，微功率MCU主动上报残压遥信及残压值，馈线终端通过收到的残压信息进行逻辑判断，切除故障点，保障线路正常运行。当线路正常运行后，FTU监测到线路电压，此时微功率MCU会复归残压信号，进去睡眠状态，等待下一次残压信号唤醒。

残压检测电路的整体功耗为p：p＝U*I

其中，U为电路供电电压，I为电路消耗电流。

残压检测电路均采用微功耗的电子器件，实测整个残压检测电路睡眠状态的电流I为13uA,此时电路的功耗P为46.8uW。

实测整个残压检测电路残压检测状态的的电流I为667uA,此时电路的功耗P为2.4mW。

馈线终端上电后残压检测电路由馈线终端系统电源供电。

本发明的一实施例中残压检测电路的后备电源选用3.6V锂亚柱式电池，电池容量为2200mAH，因此电池的供电时间t为：t＝C/I

其中，C为后备电源的容量，I为电路消耗电流。

选配普通3.6V锂亚柱式电池可维持睡眠状态的残压检测电路正常工作时间t为：169230小时。

选配普通3.6V锂亚柱式电池可维持残压检测状态的残压电路正常工作时间t为：3298小时。

发明原理：残压信号经过电流互感器和运算放大器A1转换为二次侧信号，二次侧信号与电路基准电压通过比较器A2和A3进行比较，当二次侧信号大于比较器A2的基准电压值，比较器A2将会产生矩形脉冲波形，当二次侧信号小于比较器A3的基准电压值，比较器A3将会产生矩形脉冲波形，触发电路根据输入的波形产生频率为100Hz脉冲信号，脉冲信号连接微功率MCU的中断唤醒引脚，当触发脉冲持续时间大于10us时，微功率MCU会被唤醒，此时微功率MCU会将输入信号与预先设定的残压限值和残压持续时间进行逻辑判断，若残压值大于预先设定的残压限值和残压持续时间，微功率MCU会存储此时的残压遥信和残压值，待馈线终端FTU上电后，微功率MCU主动上报残压遥信及残压值，馈线终端通过收到的残压信息进行逻辑判断，切除故障点，保障线路正常运行。当线路正常运行后，FTU监测到线路电压，此时微功率MCU会复归残压信号，进去睡眠状态，等待下一次残压信号唤醒。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (6)

1.一种内嵌式的馈线终端残压检测电路，其特征在于：包括供电电路、残压信号处理电路、比较电路、信号触发电路、遥测采集电路和微功率处理器；所述残压信号处理电路输出端分别与比较电路和遥测采集电路连接，所述比较电路与信号触发电路相连，所述触发电路和所述残压信号处理电路与微功率处理器连接，所述供电电路与所述信号处理电路、信号触发电路、遥测采集电路和微功率处理器连接并提供电源。

2.如权利要求1所述的内嵌式的馈线终端残压检测电路，其特征是所述残压信号处理电路包括电流互感器和运算放大器A1,所述电流互感器一次侧同名端连接有电阻R1,所述电流互感器二次侧同名端连接电阻R8和电阻R2的一端，电阻R8另一端接地，电阻R2的另一端与所述运算放大器A1的反相端相连，所述运算放大器A1的反相端还与R6的一端连接，R6的另一端与所述运算放大器A1的输出端连接，所述运算放大器A1的同相端通过R5与地连接，通过R4基准电压V1相连。

3.如权利要求1所述的内嵌式的馈线终端残压检测电路，其特征是所述比较电路包括比较器A2、比较器A3、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R13和电阻R14，所述比较器A2的同相端与所述比较器A3的反相端连接，所述比较器A2同相端与电阻R9和电阻R10一端连接，所述电阻R10的另一端与地连接，所述电阻R9的另一端与基准电压V1连接，所述比较器A3反相端与电阻R13和R14的一端连接，所述电阻R13的另一端与地连接，所述电阻R14的另一端与基准电压V1连接。

4.如权利要求3所述的内嵌式的馈线终端残压检测电路，其特征是所述比较器A2输出端连接所述信号触发电路的输入端Vin1,所述比较器A3的输出端连接信号触发电路的输入端Vin2,所述信号触发电路的输出端接微功率处理器MCU的中断引脚，所述微功率处理器MCU型号为MSP430FR2111IPW16R。

5.如权利要求2所述的内嵌式的馈线终端残压检测电路，其特征是所述运算放大器A1输出端连接第一支路与第二支路，所述第一支路包括信号触发电路，所述第二支路包括遥测采集电路。

6.如权利要求5所述的内嵌式的馈线终端残压检测电路，其特征是所述第二支路通过电阻R15和电阻R16分压接入微功率处理器MCU采集输入端。

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