CN202614838U - 一种输电线路故障电流精确采样装置 - Google Patents

Abstract

一种输电线路故障电流精确采样装置，由正常、故障各三个通道，每个通道按信号走向依顺序从电流前置处理模块、信号调理模块、模数转换模块、通道切换模块、数据处理模块、数据存储模块，外围的时钟控制模块和通信模块连接组成。本装置通过信号采集通道切换，有针对性地采集不同状态下的电流信号，扩宽了采集信号的频谱范围，避免了高频暂态故障电流信号失真，实现了工频故障电流信息的完整采集。

Description

一种输电线路故障电流精确采样装置

技术领域

本实用新型涉及变电站故障电流监测领域，具体是一种输电线路故障电流精确采样装置。

背景技术

在高压远距离输电线路上，为了保证电力系统的稳定运行，要求对线路故障信号能够精确采集。在电感性元件组成的电力系统中发生短路时，短路暂态过程中将出现随时间衰减的非周期性自由分量。输电线路不仅有电感，而且线与线之间、线与地之间有电容，且这些参数是沿线路均匀分布的。因此，高压工频故障时，有无穷多个随时间衰减的周期性自由分量，并且它们的频率都高于工频。

高压输电线路工频故障时的高频暂态分量包含大量的故障信息，其中包括故障类型、方向、位置、持续时间等，如若能够采集到完整的故障信号，则对于故障判断乃至输电线路继电保护都有极大的意义。

但是传统基于工频量的保护，信号采集过程中高频分量通常都会被作为干扰而被滤掉，造成故障电流信号的失真，不利于变电站有效运行。

发明内容

为了采集工频故障电流时高频暂态分量，同时在不降低正常工频电流信号前提下，本实用新型提供一种输电线路故障电流精确采样装置，有针对性地采集工频正常电流和故障电流信号，实现对故障信号的完整采样。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种输电线路故障电流精确采样装置，该装置由正常、故障各三个通道，每个通道按信号走向依顺序从电流前置处理模块、信号调理模块、模数转换模块、通道切换模块、数据处理模块、数据存储模块，外围的时钟控制模块和通信模块连接组成，输电线路耦合的电流信号经电流前置处理模块、信号调理模块转化为模数转换模块可识别的单极性电压信号，然后模数转换模块将输出的数字信号送至通道切换模块，通道切换模块响应信号并发出切换信号通道开关状态的命令，最后被选择通过信号通路的信号被传至数据处理模块，然后存储于数据存储模块中，数据存储模块一旦发现故障情况，可通过通信模块向局方传递实时故障信息，外围时钟控制模块控制模数转换模块的采样频率。

所述正常三个通道的电流前置处理模块包括一罗氏线圈，一积分电路，一低通滤波电路，各结构特征如下：

一罗氏线圈，其直接从是线路上耦合电流信号；

一积分电路，其反向输入端串联电阻R1，同向输入端并联积分电容C1和积分电阻R2，积分器电源为5V电源，正负两端分别并联第一等值电容C2和第二等值电容C3，积分器输出端并联二极管D1，并通过电容C4反馈信号；

一低通滤波电路，其为二阶有源低通滤波结构，同向输入端串联第一低通滤波电阻R3、第二低通滤波电阻R4，并联第一低通滤波电容C5、第二低通滤波电容C6，其中第一低通滤波电容C5接至输出端，第二低通滤波电容C6接地，反向输出端并联第一同相比例放大电阻R5、第二同相比例放大电阻R6。

所述故障三个通道的电流前置处理模块包括一罗氏线圈，一积分电路，一高通滤波电路，各结构特征如下：

一罗氏线圈，其直接从是线路上耦合电流信号；

一积分电路，其反向输入端串联电阻R7，同向输入端并联积分电容C7和积分电阻R8，积分器电源为5V电源，正负两端分别并联第三等值电容C8和第四等值电容C9，积分器输出端并联二极管D2，并通过电容C10反馈信号；

一高通滤波电路，其为二阶有源高通滤波结构，同向输入端串联第一高通滤波电容C11、第二高通滤波电容C12，并联第一高通滤波电阻R9、第二高通滤波电阻R10，其中第一高通滤波电阻R接至输出端，第二高通滤波电阻R10接地，反向输出端并联第一同相比例放大电阻R11、第二同相比例放大电阻R12。

所述信号调理模块是采用双输入单输出的差分结构，运放电源为5V，正负两端分别并联第五等值电容C13和第六等值电容C14，两输入端串联第一等值电阻R13和第二等值电阻R14，同向输入端串联双向TVS瞬态抑制二极管D2，输出端串联电阻R16和并联电容C15，运放通过电阻R13反馈信号。

所述通道切换模块为一集成电路，包括电压比较器、控制开关，其中电压比较器采用单极+5V电源，输入端串联第一电阻R18、第二电阻R19、第三电阻R20，且正、负输入端并联第一稳压二极管D4、第二稳压二极管D5、第三稳压二极管D6和第四稳压二极管D7，两个电压比较器共用外接电阻R21，当信号突变时，输出高电平；反之，则输出低电平，两个电压比较器输出端接控制开关，当开关接收高电平信号，则开关状态翻转一次。

信号调理模块采用双输入单输出的差分结构，是为了将电流信号转换为模数转换模块可处理的单极性电压信号。正常状态下，通道切换模块集成电路电压比较器输出低电平，开关状态保持不变，正常通道采集的三相电流信号可以传至数据处理模块，而故障状态三相电流信号则不能通过并传到数据存储模块，完成数据存储；当工频故障时，信号突变，比较器输出高电平脉冲，触发开关状态发生翻转，从而正常采集通道关闭，故障采集通道三相电流信号通过并传到数据存储模块，同时处理后的信号通过外围通信模块传送至局方。

本实用新型的有益效果：通过采集通道切换，有针对性地采集不同状态下的电流，扩宽了采集信号的频谱范围，避免了高频暂态故障电流信号失真，实现了工频故障电流信息的完整采集。本实用型还可以通过数据存储模块与通道切换模块之间信息反馈，定期检查比较精度，如果发现精度有偏失，会发送报告给局方，及时修正精度。

附图说明

图1是输电线路故障电流精确采样装置的总体结构框图；

图2是正常工频单相采集通道电流前置处理模块；

图3是故障工频单相采集通道电流前置处理模块；

图4是电流信号调理模块；

图5是通道切换模块集成电路电压比较器部分。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型所述的输电线路故障电流精确采样装置，由三个正常通道和三个故障通道组成，每个通道按信号走向依顺序从电流前置处理模块、信号调理模块、模数转换模块、通道切换模块、数据处理模块、数据存储模块、时钟控制模块和通信模块连接组成，输电线路耦合的电流信号经电流前置处理模块、信号调理模块，转化为模数转换模块可识别的单极性电压信号，然后模数转换模块将输出的数字信号送至通道切换模块，通道切换模块响应信号并发出切换信号通道开关状态的命令，最后被选择通过信号通路的信号被传至数据处理模块，然后存储于数据存储模块中；数据存储模块一旦发现故障情况，可通过通信模块向局方传递实时故障信息，外围时钟控制模块控制模数转换模块的采样频率。三个正常通道和三个故障通道分别采集正常、故障时刻A、B、C三相工频电流。

如图2所示，所述正常三个通道的电流前置处理模块包括：一罗氏线圈，其直接从线路上耦合电流信号；一积分电路，将罗氏线圈耦合信号di/dt还原为电流信号，其反向输入端串联电阻R1，同向输入端并联积分电容C1和积分电阻R2，积分器电源为5V电源，电源正负两端分别并联第一等值电容C2和第二等值电容C3，过滤外界信号干扰，积分器输出端并联二极管D1，并通过电容C4反馈信号，可以稳定输出信号和防止输出信号漂移；一低通滤波电路，其为二阶有源低通滤波结构，同向输入端串联第一低通滤波电阻R3、第二低通滤波电阻R4，并联第一低通滤波电容C5、第二低通滤波电容C6，其中电容C5接至输出端，电容C6接地，四者构成二阶有源低通滤波结构的滤波结构部分，反向输出端并联第一同相比例放大电阻R5、第二同相比例放大电阻R6，二者构成二阶有源低通滤波结构同相比例放大结构部分。

如图3所示，所述故障三个通道的电流前置处理模块包括：一罗氏线圈，其直接从线路上耦合电流信号；一积分电路，将罗氏线圈耦合信号di/dt还原为电流信号，其反向输入端串联电阻R7，同向输入端并联积分电容C7和积分电阻R8，积分器电源为5V电源，电源正负两端分别并联第三等值电容C8和第四等值电容C9，过滤外界信号干扰，积分器输出端并联二极管D2，并通过电容C10反馈信号，可以稳定输出信号和防止输出信号漂移；一高通滤波电路，其为二阶有源高通滤波结构，同向输入端串联第一高通滤波电容C11、第二高通滤波电容C12，并联第一高通滤波电阻R9、第二高通滤波电阻R10，其中第一高通滤波电阻R9接至输出端，电阻R10接地，四者构成二阶有源高通滤波结构的滤波结构部分；反向输出端并联第一同相比例放大电阻R11、第二同相比例放大电阻R12，二者构成二阶有源高通滤波结构同相比例放大结构部分。

如图4所示，所述信号调理模块采用双输入单输出的差分结构，运放的电源为5V电源，电源正负两端分别并联第五等值电容C13和第六等值电容C14，两输入端串联第一等值电阻R13和第二等值电阻R14，同向输入端串联双向TVS瞬态抑制二极管D3，稳定输出电压，输出端串联电阻R16和并联电容C15，运放通过电阻R13反馈信号；

如图5所示，所述通道切换模块集成电路电压比较器部分包括：单极+5V电源，输入端串联电阻R18、R19、R20，且正、负输入端并联稳压二极管D4、D5、D6、D7，两比较器共用外接电阻R21。正常状态时，比较器输出低电平，开关状态保持不变，正常通道采集的三相电流信号可以传至数据处理模块，而故障状态三相电流信号则不能通过并传到数据存储模块，完成数据存储。当工频故障时，信号突变，比较器输出高电平脉冲，触发开关状态发生翻转，从而正常信号采集通道关闭，故障采集通道三相电流信号通过并传到数据存储模块。

Claims (5)

1.一种输电线路故障电流精确采样装置，其特征是：该装置由正常、故障各三个通道，每个通道按信号走向依顺序从电流前置处理模块、信号调理模块、模数转换模块、通道切换模块、数据处理模块、数据存储模块，外围的时钟控制模块和通信模块连接组成，输电线路耦合的电流信号经电流前置处理模块、信号调理模块转化为模数转换模块可识别的单极性电压信号，然后模数转换模块将输出的数字信号送至通道切换模块，通道切换模块响应信号并发出切换信号通道开关状态的命令，最后被选择通过信号通路的信号被传至数据处理模块，然后存储于数据存储模块中，外围时钟控制模块控制模数转换模块的采样频率。

2.根据权利要求1所述的输电线路故障电流精确采样装置，其特征是：所述正常三个通道的电流前置处理模块包括一罗氏线圈，一积分电路，一低通滤波电路，各结构特征如下：

一罗氏线圈，其直接从是线路上耦合电流信号；

一积分电路，其反向输入端串联电阻R1，同向输入端并联积分电容C1和积分电阻R2，积分器电源为5V电源，正负两端分别并联第一等值电容C2和第二等值电容C3，积分器输出端并联二极管D1，并通过电容C4反馈信号；

一低通滤波电路，其为二阶有源低通滤波结构，同向输入端串联第一低通滤波电阻R3、第二低通滤波电阻R4，并联第一低通滤波电容C5、第二低通滤波电容C6，其中第一低通滤波电容C5接至输出端，第二低通滤波电容C6接地，反向输出端并联第一同相比例放大电阻R5、第二同相比例放大电阻R6。

3.根据权利要求1所述的输电线路故障电流精确采样装置，其特征是：所述故障三个通道的电流前置处理模块包括一罗氏线圈，一积分电路，一高通滤波电路，各结构特征如下：

一罗氏线圈，其直接从是线路上耦合电流信号；

一积分电路，其反向输入端串联电阻R7，同向输入端并联积分电容C7和积分电阻R8，积分器电源为5V电源，正负两端分别并联第三等值电容C8和第四等值电容C9，积分器输出端并联二极管D2，并通过电容C10反馈信号；

一高通滤波电路，其为二阶有源高通滤波结构，同向输入端串联第一高通滤波电容C11、第二高通滤波电容C12，并联第一高通滤波电阻R9、第二高通滤波电阻R10，其中第一高通滤波电阻R接至输出端，第二高通滤波电阻R10接地，反向输出端并联第一同相比例放大电阻R11、第二同相比例放大电阻R12。

4.根据权利要求1所述的输电线路故障电流精确采样装置，其特征是：所述信号调理模块是采用双输入单输出的差分结构，运放电源为5V，正负两端分别并联第五等值电容C13和第六等值电容C14，两输入端串联第一等值电阻R13和第二等值电阻R14，同向输入端串联双向TVS瞬态抑制二极管D2，输出端串联电阻R16和并联电容C15，运放通过电阻R13反馈信号。

5.根据权利要求1所述一种输电线路故障电流精确采样装置，其特征是：所述通道切换模块为一集成电路，包括电压比较器、控制开关，其中电压比较器采用单极+5V电源，输入端串联第一电阻R18、第二电阻R19、第三电阻R20，且正、负输入端并联第一稳压二极管D4、第二稳压二极管D5、第三稳压二极管D6和第四稳压二极管D7，两个电压比较器共用外接电阻R21，当信号突变时，输出高电平；反之，则输出低电平，两个电压比较器输出端接控制开关，当开关接收高电平信号，则开关状态翻转一次。

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