CN112748269A - 应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提出了应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置及方法，包括：有源电流转电压电路，该电路包括电流运算放大器、采样电阻，所述电流运算放大器做电流互感器输出级，使电流互感器的输出始终处于“短路”状态；所述采样电阻设置在电流运算放大器负反馈回路上，电流互感器的输出阻抗始终为“零”，采样电阻根据需要输出的电压值调整大小，输出电压达到运放输出上限。
Description
技术领域
本公开属于继电保护测试仪技术领域，尤其涉及应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前配网10kV新型一二次融合开关柜采用电子式电流互感器取代电磁式电流互感器，有效避免了电流互感器二次侧开路所带来的安全问题。电子式电流互感器分为光学电流互感器、空心线圈电流互感器和铁芯线圈式低功率电流互感器(LPCT)。配网10kV开关的保护和测量大多共用一个LPCT，将一次大电流转化为二次小电压，通常相间CT变比为600A/1V，零序CT变比为20A/0.2V。
由于电子式电流互感器输出的是小电压信号，当开关调试人员进行开关测量和保护试验时，需要模拟输出小电压信号，供开关终端进行信号处理传送。而目前的继电保护测试仪或是不带电压信号输出，或是电压信号输出精度不够，无法模拟小电压信号输出。若更换继电保护测试仪，成本高达几万甚至十几万一台。供电公司现在使用的老式继电保护测试仪小信号输出精度一般为1-2.5％，作为测试仪器精度不够，同时交流小信号输出电压较低，无法满足测试需要，新式的继保测试仪成本较高。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本公开提供了应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置，通过转换电路将继电保护测试仪输出的电流信号转化为稳定、高精度的小电压信号。
为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
第一方面，公开了应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置，包括：
有源电流转电压电路，该电路包括电流运算放大器、采样电阻，所述电流运算放大器做电流互感器输出级，使电流互感器的输出始终处于“短路”状态；
所述采样电阻设置在电流运算放大器负反馈回路上，电流互感器的输出阻抗始终为“零”，采样电阻根据需要输出的电压值调整大小，输出电压达到运放输出上限。
进一步的技术方案，还包括保护电路，用于对有源电流转电压电路输出的电压进行低通滤波。
进一步的技术方案，还包括处理器，所述处理器利用ADC采样电路采集保护电路输出信号，所述处理器对采样点进行傅里叶变换，计算出基波幅值和相位，在液晶屏上显示。
进一步的技术方案，所述保护电路为有源二阶低通滤波器电路。
进一步的技术方案，还包括柜体，所述柜体空腔内固定布设有上述有源电流转电压电路、保护电路及处理器。
优选的，所述柜体采用绝缘材料，柜体的一侧面开设有凹槽，所述液晶屏嵌入在所述凹槽内。
进一步的技术方案，所述处理器还连接至通信模块，利用所述通信模块与上位机连接，利用上述上位机下发测试指令，测试所述有源电流转电压电路是否能正常工作，在存在异常时，进行报警。
进一步的技术方案，还包括电源模块，所述电源模块包括并联的直流模块及交流模块，将电源模块电压转换后为处理器供电，直流模块及交流模块所在的电路中串联有二极管，避免电流的回流。
第二方面，公开了应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换方法，包括：
电流运算放大器做电流互感器输出级，使电流互感器的输出始终处于“短路”状态；
采样电阻设置在电流运算放大器负反馈回路上，电流互感器的输出阻抗始终为“零”，采样电阻根据需要输出的电压值调整大小，输出电压达到运放输出上限。
第三方面，公开了继电保护测试仪，所述继电保护测试仪包括上述电流电压转换装置，通过电流电压转换装置将继电保护测试仪输出的电流信号转化为所需的小电压信号。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本公开技术方案的有源电流转电压电路中，电流型互感器输出采样电阻不能太大，一般不超过100Ω，输出电压低于1.2V；有源电流转电压电路采用高精度低偏置电流运算放大器做电流互感器输出级，利用运放的“虚短”“虚断”特性，使电流互感器的输出始终处于“短路”状态，将采样电阻放在负反馈回路上，电流互感器的输出阻抗始终为“零”，不受采样电阻大小的影响，采样电阻可以根据需要输出的电压值随意调整大小，输出电压可以达到运放输出上限。
本公开技术方案的抗干扰电路，针对高频干扰频率利用运算放大器设计一款有源二阶低通滤波器电路，常见干扰频率从2KHz-500MHz不等，基波频率为50Hz，为保证基波精度不受影响，二级低通滤波器转折频率设置为1.5KHz。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例的电路图；
图2为本公开实施例的电路框图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
参见附图1、2所示，本实施例公开了应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置，包括：有源电流转电压电路，该电路包括电流运算放大器、采样电阻，所述电流运算放大器做电流互感器输出级，使电流互感器的输出始终处于“短路”状态；
采样电阻设置在电流运算放大器负反馈回路上，电流互感器的输出阻抗始终为“零”，采样电阻根据需要输出的电压值调整大小，输出电压达到运放输出上限。
本公开技术方案中，需要电流转电压，由于普通电流型电流互感器输出采样电阻不能太大，输出电压＜1.2V，为试验需求，实际需要交流小电压要达到2V。
具体的，为了满足上述需要，公开了有源电流转电压电路：电流型互感器输出采样电阻不能太大，一般不超过100Ω，输出电压低于1.2V；有源电流转电压电路采用高精度低偏置电流运算放大器做电流互感器输出级，利用运放的“虚短”“虚断”特性，使电流互感器的输出始终处于“短路”状态，将采样电阻放在负反馈回路上，电流互感器的输出阻抗始终为“零”，不受采样电阻大小的影响，采样电阻可以根据需要输出的电压值随意调整大小，输出电压可以达到运放输出上限。
本公开技术方案中，需要设置保护电路，由于开关柜测试与使用环境下，电磁干扰强烈，常见电磁干扰为浪涌、电快速脉冲群、静电等高频干扰，由于电流互感器的隔离作用，此类干扰基本不会造成设备损坏，但是会严重影响精度。
具体的，为了满足上述需要，公开了抗干扰电路：针对高频干扰频率利用运算放大器设计一款有源二阶低通滤波器电路，常见干扰频率从2KHz-500MHz不等，基波频率为50Hz，为保证基波精度不受影响，二级低通滤波器转折频率设置为1.5KHz。
本公开技术方案中，需要检测显示，能够对小信号进行高精度检测和显示。
具体的，为了满足上述需要，增加高精度ADC采样电路，每周波采样64点，通过单片机对AD采样点进行傅里叶变换，计算出基波幅值和相位，在液晶屏上显示；计算公式如下：
本装置可以扩展现有继电保护测试仪的功能，使其满足现有新型10kV一二次融合开关柜的开关测量和保护测试工作要求，避免了因更换设备带来的高昂购机费用。以青岛为例，平均每台继电保护测试仪价格为10万元，每使用本模块扩展一台继电保护测试仪功能，就可以节省大约9.9万元的购机费用。
本公开为适用于继电保护测试仪的电流电压转换装置，通过转换电路将继电保护测试仪输出的电流信号转化为稳定、高精度的小电压信号。为了同时满足零序和相间的保护、测量需求，该发明输出两个不同量程的小电压信号，并采取防干扰设计，提高电压信号精度；
在另一实施例子中，公开了应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换方法，包括：
电流运算放大器做电流互感器输出级，使电流互感器的输出始终处于“短路”状态；
采样电阻设置在电流运算放大器负反馈回路上，电流互感器的输出阻抗始终为“零”，采样电阻根据需要输出的电压值调整大小，输出电压达到运放输出上限。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置，其特征是，包括：
有源电流转电压电路，该电路包括电流运算放大器、采样电阻，所述电流运算放大器做电流互感器输出级，使电流互感器的输出始终处于“短路”状态；
所述采样电阻设置在电流运算放大器负反馈回路上，电流互感器的输出阻抗始终为“零”，采样电阻根据需要输出的电压值调整大小，输出电压达到运放输出上限。
2.如权利要求1所述的应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置，其特征是，还包括保护电路，用于对有源电流转电压电路输出的电压进行低通滤波。
3.如权利要求2所述的应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置，其特征是，还包括处理器，所述处理器利用ADC采样电路采集保护电路输出信号，所述处理器对采样点进行傅里叶变换，计算出基波幅值和相位，在液晶屏上显示。
4.如权利要求2所述的应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置，其特征是，所述保护电路为有源二阶低通滤波器电路。
5.如权利要求3所述的应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置，其特征是，还包括柜体，所述柜体空腔内固定布设有上述有源电流转电压电路、保护电路及处理器。
6.如权利要求5所述的应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置，其特征是，所述柜体采用绝缘材料，柜体的一侧面开设有凹槽，所述液晶屏嵌入在所述凹槽内。
7.如权利要求1所述的应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置，其特征是，所述处理器还连接至通信模块，利用所述通信模块与上位机连接，利用上述上位机下发测试指令，测试所述有源电流转电压电路是否能正常工作，在存在异常时，进行报警。
8.如权利要求1所述的应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换装置，其特征是，还包括电源模块，所述电源模块包括并联的直流模块及交流模块，将电源模块电压转换后为处理器供电，直流模块及交流模块所在的电路中串联有二极管，避免电流的回流。
9.应用于继电保护测试仪功能扩展电流电压转换方法，其特征是，包括：
电流运算放大器做电流互感器输出级，使电流互感器的输出始终处于“短路”状态；
采样电阻设置在电流运算放大器负反馈回路上，电流互感器的输出阻抗始终为“零”，采样电阻根据需要输出的电压值调整大小，输出电压达到运放输出上限。
10.继电保护测试仪，所述继电保护测试仪包括上述权利要求1-8任一所述的电流电压转换装置，通过电流电压转换装置将继电保护测试仪输出的电流信号转化为所需的小电压信号。
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