CN202267707U - 一种高频行波电流信号采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种信号采集电路，具体公开了一种高频行波电流信号采集电路，包括用于采集行波电流电压信号的Rogowski线圈电子式电流互感器、信号取样电路、多通道数据选择开关、A/D转换器、存储缓冲模块和控制模块。采用多通道、差异变比的信号采集方式，同时采集多路行波数据，再选择最大幅值小于A/D转换器的最大输入值的数据通过软件积分器还原成电流信号，避免了选择幅值小的数据精度低和幅值高的数据可能存在饱和失真的问题，实现故障电流信息的完整精确采集。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种信号采集电路，尤其是高压输电线路故障监测系统的高频行波电流信号采集电路，主要是用于解决传统的行波电流信号采集系统容易出现的采集精度不高或信号饱和失真的问题。
背景技术
对电力系统高压输电线路进行精确的故障定位是保证系统安全稳定运行的有效途径。现代行波定位技术通过对故障发生后的输电线路出现的电流行波进行采样并综合分析，确定故障行波波头到达线路上测量点的准确时刻，来实现精确的故障定位。能否对故障行波进行精确测量就成为应用行波进行故障定位的关键，然而受到线路阻抗、故障点电压和故障类型等原因影响，故障电流幅值变化很大，传统的单通道信号采集方式要么采集精度不够，要么容易饱和导致信息丢失。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种采集精度高且不会发生饱和失真的可用于高压输电线路故障监测的高频行波电流信号采集电路。
本实用新型的技术问题通过如下技术方案解决：一种高频行波电流信号采集电路，包括用于采集行波电流电压信号的Rogowski线圈电子式电流互感器、信号取样电路、多通道数据选择开关、A/D转换器、存储缓冲模块和控制模块，所述的信号取样电路将电流互感器采集的电压信号分为若干路幅值不同的信号并对应输出到多通道数据选择开关的各通道，所述的控制模块控制多通道数据选择开关分时循环地选取一路信号输出到A/D转换器，A/D转换器输出数字信号到存储缓冲模块，由存储缓冲模块进行缓冲并输出到控制模块。
所述的控制模块包括用于存储、处理或转发从A/D转换器输入的数字信号的主控制器和用于协调多通道数据选择开关、A/D转换器、存储缓冲模块和主控制器数据采集时序的CPLD。
所述的信号取样电路为：8个阻值分别为R0、R0、2R0、4R0、8R0、16R0、32R0、64R0的电阻依次串联在电流互感器两端，所述的各电阻上端引出连接端连接多通道数据选择开关的各通道，最下面的电阻下端接地。
所述的多通道数据选择开关为8通道数据选择开关，与信号取样电路上的各引出端一一对应。
所述的存储缓冲模块包括两块通过字长扩展连接而成的FIFO存储器。通过两块FIFO存储器来缓存数据，在扩展了存储容量的同时，可以方便的与A/D转换器、主控制器进行字长匹配。
为了将Rogowski线圈电子式电流互感器采集到的电压信号还原为电流信号，本实用新型的主控制器内还设置有软件积分器，Rogowski线圈电子式电流互感器采集到的电压信号转化为输电线路电流信号是通过在主控制器内进行软件积分的方式完成的。
相对现有技术，本实用新型的有益效果：
1、采用多通道、差异变比(不同阻值处输出，带来不同的变比)的信号采集方式，同时采集多路行波数据，再选择最大幅值小于A/D转换器的最大输入值的数据通过软件积分器还原成电流信号，避免了选择幅值小的数据精度低和幅值高的数据可能存在饱和失真的问题，实现故障电流信息的完整精确采集。
2、设置软件积分器，使得信号采集电路的设计进一步简化，并且积分方式灵活。
附图说明
图1是本实用新型较佳实施例的逻辑结构图；
图2是本实用新型较佳实施例的存储缓冲模块的字长扩展引脚连接结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本实用新型作进一步描述：
如图1所示，本实用新型较佳实施例选择多路开关CD4051作为本实用型的多通道数据选择开关，ADS5422作为本实用新型的A/D转换器、IDT72V2113模块作为本实用新型的存储缓冲模块、MSP430作为本实用新型的主控制器。
本实用新型的较佳实施例包括用于采集行波电流电压信号的Rogowski线圈(罗氏线圈)电子式电流互感器、信号取样电路、多通道数据选择开关、A/D转换器、存储缓冲模块和由主控制器、CPLD组成的控制模块，所述的电流互感器的两端与信号取样电路串联后再依次连接多通道数据选择开关、A/D转换器、存储缓冲模块、主控制器，所述的多通道数据选择开关、A/D转换器、存储缓冲模块、主控制器并联在CPLD上。
所述的主控制器用于存储、处理或转发从A/D转换器输入的数字信号，CPLD用于对多通道数据选择开关、A/D转换器、存储缓冲模块和主控制器数据采集时序进行协调。
所述的多通道数据选择开关为8通道数据选择开关，所述的信号取样电路串联在电 流互感器两端，由8个阻值分别为R0、R0、2R0、4R0、……、64R0的电阻依次串联而成，所述的各电阻上端引出连接端连接多通道数据选择开关的各通道，最下面的电阻下端接地。
信号取样电路将电流互感器输出的一路信号分为8路输出，由于电流互感器的电阻远小于R0，当电流互感器的输出电压为U时，8个输出端自下到上输出电压依次为 
...、U。信号取样电路配合电流互感器将输电线路上的行波信号按不同变比进行多路采集，选择合理的线圈匝数，使得线路中流过最大预测电流时，取样电路的最小输出电压 不超过A/D转换模块输入电压，这样可以保证不会因为A/D转换器输入饱和造成采集到的信号全部失真。
信号取样电路的8路行波模拟信号对应接到一个8通道数据选择开关CD4051的8个输入引脚，在CPLD驱动下分时循环将8路信号输出到A/D转换器ADS5422，选择顺序为自上而下、往复循环，每一路信号采集到一个数据点完成A/D转换后循环到下一路信号，多通道数据选择开关CD4051高速切换，保证多路信号是近似同时采集。
经过转换后的数字信号输入到FIFO存储器IDT72V2113中进行缓存，由于是定时采集，采集完一次数据后，A/D转换器停止采样转换进入省电模式，然后停止FIFO的写入，开启FIFO的读写，将数据从FIFO存储器读入主控制器MSP430，并按读取顺序分离还原为8路信号数据。
在主控制器MSP430中，挑选出精度最高的一组未失真数据作为最终分析处理的有效数据，并利用主控制器内设置的软件积分器完成从电压信号到电流信号的转换。
8路同时采集到的行波数据中，幅值小的数据精度低，由于A/D转换器的输入电压必须满足固定范围，幅值高的数据可能存在饱和失真，有效数据的选取标准为信号最大幅值小于A/D转换器的最大输入值，这个前提下选取幅值最大的那一路信号，并根据变比将数据进行还原。
FIFO存储器的数据输到主控制器MSP430中进行数据处理，然后存储或是进行转发。数据采集电路采集到得8路数据实质上是同一信号经过不同变比得到的8组不同幅值的信号，最终在8组数据中只选取一组信号数据作为有效数据。
Rogowski线圈电子式电流互感器采集到的是实际是输电线路的电压信号，最终通过主控制器中的软件积分器完成由电压到电流的转换，软件积分的方式可以使得信号采集电路的设计进一步简化，并且积分方式灵活。
由于A/D转换器采样频率、FIFO存储器和主控制器MSP430的时钟频率各不相同，最后通过CPLD来协调各个模块的时序。
由于A/D转换器的转换频率和主控制器MSP430的时钟频率不一致，不方便直接进行数据传输，A/D转换后的数字信号通过一个FIFO存储器来进行数据缓冲。为了协调A/D转换器、FIFO存储器和主控制器的字长，同时增加存储容量，对FIFO进行字长扩展。
字长扩展的具体连接方式，如图2所示，两块IDT72V2113通过字长扩展来增加存储容量，同时方便与A/D转换器和主存储器实现数据位的匹配。IDT72V2113字长扩展连接方式为：将两块芯片的读使能端口REN、读时钟端口RCLK、写使能端口WEN、写时钟端口WCLK分别连在一起，两块芯片空标志信号PAE通过或门连在一起，ADS5442的低8位连到IDT72V2113(1)的输入端口，ADS5442的高6位连到IDT72V2113(2)的输入端口，IDT72V2113(1)的输出端口和IDT72V2113(2)的输出端口中的低6位分别连到MSP430的P1.0-P1.7和P2.0-P2.5引脚。
Claims (5)
1.一种高频行波电流信号采集电路，其特征在于：包括用于采集行波电流电压信号的Rogowski线圈电子式电流互感器、信号取样电路、多通道数据选择开关、A/D转换器、存储缓冲模块和控制模块，所述的信号取样电路将电流互感器采集的电压信号分为若干路幅值不同的信号并对应输出到多通道数据选择开关的各通道，所述的控制模块控制多通道数据选择开关分时循环地选取一路信号输出到A/D转换器，A/D转换器输出数字信号到存储缓冲模块，由存储缓冲模块进行缓冲并输出到控制模块。
2.根据权利要求1所述的高频行波电流信号采集电路，其特征在于：所述的控制模块包括用于存储、处理或转发从A/D转换器输入的数字信号的主控制器和用于协调多通道数据选择开关、A/D转换器、存储缓冲模块和主控制器数据采集时序的CPLD。
3.．根据权利要求1所述的高频行波电流信号采集电路，其特征在于：所述的信号取样电路为电流互感器两端由8个阻值分别为R0、R0、2 R0、4 R0、……、64 R0 的电阻依次串联而成，所述的各电阻上端引出连接端连接多通道数据选择开关的各通道，最下面的电阻下端接地。
4.根据权利要求1所述的一种高频行波电流信号采集电路，其特征在于：所述的多通道数据选择开关为8通道数据选择开关，与信号取样电路上的各引出端一一对应。
5.根据权利要求1所述的一种高频行波电流信号采集电路，其特征在于：所述的存储缓冲模块包括两块通过字长扩展连接而成的FIFO存储器。
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