CN207937582U - 一种交流窜入直流监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交流窜入直流监测装置，包括壳体和设于壳体内的实时监控器、主控制器、数据存储器、告警模块、触摸屏、电源电路和驱动板，所述驱动板上集成有多路依次连接的分压取样电路，霍尔传感器，调理电路，光电隔离电路和信号放大器；所述多路信号放大器的输出端和所述AD转换器的信号输入端连接，所述AD转换器的信号输出端与所述实时监控器的输入端连接，实时监控器的输出端分别与所述数据存储器和主控制器的输入端连接，主控制器的输出端与所述告警模块输入端连接，所述触摸屏和主控制器电性连接，且触摸屏设于所述壳体的前面板上；电源电路为装置中的各个电路提供电源。

Description

一种交流窜入直流监测装置

技术领域

本实用新型涉及变电量监测装置技术领域，特别是一种交流窜入直流监测装置。

背景技术

变电站的直流电源系统是给保护提供动力电源的系统，并且其稳定性和可靠性是会直接影响保护的工作状况。而对于该直流电源系统，交流窜入是影响其稳定性和可靠性的主要故障之一。交流窜入直流电源系统，其是会直接导致保护误动，从而产生严重的系统的故障，近年来，相继在多地发生了多起因交流电源窜入直流系统而导致继电保护装置及开关设备误动作，从而造成整个变电所或地铁车站出现了重大的安全事故；目前，我国现有交流窜入直流装置的实际现场监测效果不甚理想，主要存在以下问题：装置的监测速度慢、精度低，尤其在干扰严重的工业现场监测精度很难达到仪器技术参数所规定的精度要求；同时现有的监测装置还存在结构复杂、使用不便、功能单一、成本高等问题。

因此，如何提高交流电源窜入直流系统的故障监测装置的性能是目前行业内亟待解决的问题。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种结构简单、使用方便、精度高、成本低廉交流窜入直流监测装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种交流窜入直流监测装置，包括壳体和设于壳体内的实时监控器、主控制器、数据存储器、告警模块、触摸屏、电源电路和驱动板，所述驱动板上集成有多路依次连接的分压取样电路，霍尔传感器，调理电路，光电隔离电路和信号放大器；所述多路信号放大器的输出端和所述AD转换器的信号输入端连接，所述AD转换器的信号输出端与所述实时监控器的输入端连接，实时监控器的输出端分别与所述数据存储器和主控制器的输入端连接，主控制器的输出端与所述告警模块输入端连接，所述触摸屏和主控制器电性连接，且触摸屏设于所述壳体的前面板上；电源电路为装置中的各个电路提供电源。

作为本实用新型的进一步改进，所述分压取样电路包括电阻R1、电阻R2和电容C1；所述电阻R1的第一端与被测直流电源系统的母线连接，所述电阻R1 的第二端通过电阻R2与地连接，所述电阻R1的第二端通过电容C1连接至所述霍尔传感器的第一端。

作为本实用新型的进一步改进，所述调理电路包括电阻R3、电阻R4、电阻 R5、电阻R6、电阻R7、电容C2、电容C3、运算放大器U1、运算放大器U2、二极管D1和二极管D2；所述霍尔传感器的第二端通过电阻R3与所述运算放大器 U1的反向输入端连接，所述运算放大器U1的正向输入端与地连接，所述电容 C2设于运算放大器U1的正向输入端和反向输入端之间，所述电阻R4设于运算放大器U1的反向输入端和输出端之间，所述运算放大器U1的输出端通过电阻 R5与运算放大器U2的正向输入端连接，运算放大器U2的正向输入端通过电阻 R6连接电源，运算放大器U2的反向输入端和输出端连接，运算放大器U2的输出端与电阻R7的第一端连接，电阻R7的第二端通过二极管D1与电源连接，且电阻R7与二极管D1的阳极连接，电阻R7的第二端通过二极管D2与地连接，且电阻R7与二极管D2的阴极连接，电阻R7的第二端通过电容C3与地连接；电阻R7的第二端连接至光电隔离电路的输入端。

作为本实用新型的进一步改进，所述光电隔离电路包括光电隔离器OC1、电阻R8、电阻R9，所述光电隔离器OC1中的发光二极管LED1正极通过电阻R8与调理电路的输出端连接，所述光电隔离器OC1中的发光二极管LED1的负极与地连接，所述光电隔离器OC1中的光敏三极管Q1的集电极与电源连接，光电隔离器OC1中的光敏三极管Q1的发射极通过电阻R9与所述信号放大器的输入端连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控制器上还连接有WIFI模块、通信接口和实时时钟模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述通信接口包括至少一个RS485接口。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控制器为ATMAGE128单片机。

作为本实用新型的进一步改进，所述壳体的后面板上设有电源开关和电源输入端口。

作为本实用新型的进一步改进，所述壳体内设有受控于主控制器的散热扇。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用分压取样交流信号、霍尔传感器监测交流信号再经调理电路、光电隔离电路进行调理和隔离，交流信号再经放大，用高精度AD转换器转换，最后由主控制器完成交直流状态分析，实现交流窜入监测报警、直流电压监测和纹波测量等功能，实时显示当前测量值，当发生异常状况时报警。

2、本装置测量精度高、抗干扰能力强，可靠性、安全性极高，自保护特性好。

3、调理电路和光电隔离电路确保设备的安全性、可靠性和监测的准确性，且不影响直流系统的安全运行。

4、数据存储器具有故障波形记录功能，当发生交流窜入直流系统故障时，自动记录故障波形，用户可根据波形图分析故障原因。

5、主控制器可通过WIFI模块将数据传至上位设备中进行存储处理方便工作人员随时对数据进行提取。

6、通信接口RS485丰富了监测装置的功能，使其能与上位设备连接，从而为远程监测和控制提供硬件接触。

7、实时时钟模块用于实时记录报警时间。

附图说明

图1为本实用新型实施例的原理结构示意图；

图2为本实用新型实施例分压取样电路的电路原理示意图；

图3为本实用新型实施例调理电路的电路原理示意图；

图4为本实用新型实施例光电隔离电路的电路原理示意图；

附图标记：1-实时监控器，2-主控制器，3-数据存储器，4-告警模块，5- 触摸屏，6-分压取样电路，7-霍尔传感器，8-调理电路，9-光电隔离电路，10- 信号放大器，11-AD转换器，12-WIFI模块，13-通信接口，14-实时时钟模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例

如图1-图4所示，一种交流窜入直流监测装置，包括壳体和设于壳体内的实时监控器1、主控制器2、数据存储器3、告警模块4、触摸屏5、电源电路和驱动板，所述驱动板上集成有多路依次连接的分压取样电路6，霍尔传感器7，调理电路8，光电隔离电路9和信号放大器10；所述多路信号放大器10的输出端和所述AD转换器11的信号输入端连接，所述AD转换器11的信号输出端与所述实时监控器1的输入端连接，实时监控器1的输出端分别与所述数据存储器3和主控制器2的输入端连接，主控制器2的输出端与所述告警模块4输入端连接，所述触摸屏5和主控制器2电性连接，且触摸屏5设于所述壳体的前面板上；电源电路为装置中的各个电路提供电源。

本实用新型交流窜如直流监测装置的工作原理：由分压取样电路6提取直流母线上的交流成分，霍尔传感器7用于监测交流信号，监测到的交流信号进入调理电路8中滤出杂波，滤出杂波后的交流信号进入光电隔离电路9，经过电 -光-电的转换对交流信号进行隔离，然后进入信号放大器10对交流信号进行放大，光电隔离电路9使信号放大器与被测直流电源系统不存在直接的电气连接，有效保护了直流系统的安全性。多路这样的电路结构可以提取多个直流回路中的交流信号，提取出来的多路交流信号利用高精度的AD转换器11进行模数转换，经转换后的交流信号被送入实时监控器1，一方面，实时监控器1将监控到的交流信号送入数据存储器3进行存储，且支持掉电保存，便于后期提取交流信号分析；另一方面将交流信号送入主控制器2，主控制器2将收到的交流信号和主控制器2预先内置的特征规则进行多维模式匹配，最后作出是否有交流信号窜入直流系统的判断，如果有主控制器2则控制告警模块4进行告警，触摸屏5可将监测结果直观的显示出来以及输入主控制器2设置信息。

在另外一个实施例中，所述分压取样电路6包括电阻R1、电阻R2和电容 C1；所述电阻R1的第一端与被测直流电源系统的母线连接，所述电阻R1的第二端通过电阻R2与地连接，所述电阻R1的第二端通过电容C1连接至所述霍尔传感器的第一端。通过利用第一电阻R1、第二电阻R2和电容C1组成的交流分压网络取样被测直流电源系统的负极端与地之间的交流成分，其中电容C1的作用是去掉直流系统直流分量对取样的影响。

在另外一个实施例中，所述调理电路8包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2、电容C3、运算放大器U1、运算放大器U2、二极管D1 和二极管D2；所述霍尔传感器7的第二端通过电阻R3与所述运算放大器U1的反向输入端连接，所述运算放大器U1的正向输入端与地连接，所述电容C2设于运算放大器U1的正向输入端和反向输入端之间，所述电阻R4设于运算放大器U1的反向输入端和输出端之间，所述运算放大器U1的输出端通过电阻R5与运算放大器U2的正向输入端连接，运算放大器U2的正向输入端通过电阻R6与电源连接，运算放大器U2的反向输入端和输出端连接，运算放大器U2的输出端与电阻R7的第一端连接，电阻R7的第二端通过二极管D1与电源连接，且电阻R7与二极管D1的阳极连接，电阻R7的第二端通过二极管D2与地连接，且电阻R7与二极管D2的阴极连接，电阻R7的第二端通过电容C3与地连接；电阻R7的第二端连接至光电隔离电路9的输入端。

其中R3和C2主要起到抑制干扰的作用，运算放大器U1以及电阻R3和R4 起到了电压跟随器和隔离的作用，R5和R6为电平抬升电路，将围绕零电平波动的信号提升为单极性信号，运算放大器U2起到了电压跟随器和隔离的作用，二极管D1和D2起到了电压限幅保护主控制器2芯片的作用。

在另外一个实施例中，所述光电隔离电路9包括光电隔离器OC1、电阻R8、电阻R9，所述光电隔离器OC1中的发光二极管LED1正极通过电阻R8与调理电路的输出端连接，所述光电隔离器OC1中的发光二极管LED1的负极与地连接，所述光电隔离器OC1中的光敏三极管Q1的集电极与电源连接，光电隔离器OC1 中的光敏三极管Q1的发射极通过电阻R9与所述信号放大器10的输入端连接。光电隔离电路9完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高，从而实现电路系统在电气通路上相互隔离，并在此基础上实现电路之间的相互隔离，起到抑制交叉串扰的作用。

在另外一个实施例中，所述主控制器2上还连接有WIFI模块12、通信接口 13和实时时钟模块14。主控制器2可通过WIFI模块12将数据传至上位设备中进行存储处理方便工作人员随时对数据进行提取；通信接口13丰富了监测装置的功能，使其能与上位设备连接，从而为远程监测和控制提供硬件接触；实时时钟模块14(设备掉电无影响)用于实时记录报警时间。

在另外一个实施例中，所述通信接口13包括至少一个RS485接口。

在另外一个实施例中，所述主控制器2为ATMAGE128单片机。

在另外一个实施例中，所述壳体的后面板上设有电源开关和电源输入端口。主要用于对监测装置供电。

在另外一个实施例中，所述壳体内设有受控于主控制器2的散热扇。散热扇保证了装置的散热性能，延长其使用寿命，提高稳定些。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种交流窜入直流监测装置，其特征在于，包括壳体和设于壳体内的实时监控器、主控制器、数据存储器、告警模块、触摸屏、电源电路、AD转换器和驱动板，所述驱动板上集成有多路依次连接的分压取样电路，霍尔传感器，调理电路，光电隔离电路和信号放大器；所述多路信号放大器的输出端和所述AD转换器的信号输入端连接，所述AD转换器的信号输出端与所述实时监控器的输入端连接，实时监控器的输出端分别与所述数据存储器和主控制器的输入端连接，主控制器的输出端与所述告警模块输入端连接，所述触摸屏和主控制器电性连接，且触摸屏设于所述壳体的前面板上；电源电路为装置中的各个电路提供电源。

2.根据权利要求1所述的交流窜入直流监测装置，其特征在于，所述分压取样电路包括电阻R1、电阻R2和电容C1；所述电阻R1的第一端与被测直流电源系统的母线连接，所述电阻R1的第二端通过电阻R2与地连接，所述电阻R1的第二端通过电容C1连接至所述霍尔传感器的第一端。

3.根据权利要求1所述的交流窜入直流监测装置，其特征在于，所述调理电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2、电容C3、运算放大器U1、运算放大器U2、二极管D1和二极管D2；所述霍尔传感器的第二端通过电阻R3与所述运算放大器U1的反向输入端连接，所述运算放大器U1的正向输入端与地连接，所述电容C2设于运算放大器U1的正向输入端和反向输入端之间，所述电阻R4设于运算放大器U1的反向输入端和输出端之间，所述运算放大器U1的输出端通过电阻R5与运算放大器U2的正向输入端连接，运算放大器U2的正向输入端通过电阻R6连接电源，运算放大器U2的反向输入端和输出端连接，运算放大器U2的输出端与电阻R7的第一端连接，电阻R7的第二端通过二极管D1与电源连接，且电阻R7与二极管D1的阳极连接，电阻R7的第二端通过二极管D2与地连接，且电阻R7与二极管D2的阴极连接，电阻R7的第二端通过电容C3与地连接；电阻R7的第二端连接至光电隔离电路的输入端。

4.根据权利要求1所述的交流窜入直流监测装置，其特征在于，所述光电隔离电路包括光电隔离器OC1、电阻R8、电阻R9，所述光电隔离器OC1中的发光二极管LED1正极通过电阻R8与调理电路的输出端连接，所述光电隔离器OC1中的发光二极管LED1的负极与地连接，所述光电隔离器OC1中的光敏三极管Q1的集电极与电源连接，光电隔离器OC1中的光敏三极管Q1的发射极通过电阻R9与所述信号放大器的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的交流窜入直流监测装置，其特征在于，所述主控制器上还连接有WI F I模块、通信接口和实时时钟模块。

6.根据权利要求5所述的交流窜入直流监测装置，其特征在于，所述通信接口包括至少一个RS485接口。

7.根据权利要求1所述的交流窜入直流监测装置，其特征在于，所述主控制器为ATMAGE128单片机。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的交流窜入直流监测装置，其特征在于，所述壳体的后面板上设有电源开关和电源输入端口。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的交流窜入直流监测装置，其特征在于，所述壳体内设有受控于主控制器的散热扇。