CN207946514U - 一种电子式互感器多采集通道校验仪 - Google Patents

一种电子式互感器多采集通道校验仪 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种电子式互感器多采集通道校验仪，涉及仪器设备校验技术领域。标准电流输入及处理电路接收标准电流信号，并经过信号处理后输出到模数转换处理模块；标准电压输入及处理电路接收标准电压信号，并经过信号处理后输出到模数转换处理模块；数字信号处理模块接收同步时钟模块的同步时钟信号，并根据同步时钟信号控制模数转换处理模块采样经过信号处理后的标准电流信号和标准电压信号；通过各以太网控制器经过各自对应的光口分别接收以同步时钟信号发送的不同路的各SMV报文；根据经过信号处理后的标准电流信号和标准电压信号，以及不同路的各SMV报文，采用傅里叶算法或插值算法确定各SMV报文中的各通道对应的比差和角差。

Description

一种电子式互感器多采集通道校验仪
技术领域
本实用新型涉及仪器设备校验技术领域，尤其涉及一种电子式互感器多采集通道校验仪。
背景技术
当前，随着智能电网和智能变电站等技术的不断发展，我国智能变电站迎来爆发式增长，智能变电站中智能设备数量也越来越多。对于智能变电站中的电子式互感器的校验，比传统变电站的电磁式互感器现场校验更加复杂，且所需时间更多。目前，电子式互感器校验仪是智能变电站电子式互感器性能及准确度进行校验的主要的检测设备，是确保智能变电站电网计量准确性的重要检测设备。
然而，当前的电子式互感器校验仪在进行校验时，每次仅能对电子式互感器连接的一个合并单元的一路SMV(Sampled Measured Value，采样测量值)报文的一个通道进行检测。而目前电子式互感器一般需要采用A、B两套合并单元，而且一路SMV报文中又可能包含多通道(例如保护通道、计量通道以及测量通道)，这样对于现场多绕组(即多通道情况)的电子式互感器，检测过程就较为繁琐复杂，对每个通道的检测均需要进行升流和升压试验，从而造成当前的电子式互感器的检测时间较长。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供一种电子式互感器多采集通道校验仪，以解决对于现场多绕组(即多通道情况)的电子式互感器，检测过程较为繁琐复杂，对每个通道的检测均需要进行升流和升压试验，检测时间较长的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种电子式互感器多采集通道校验仪，包括标准电流输入及处理电路、标准电压输入及处理电路、模数转换处理模块、数字信号处理模块、同步时钟模块、多个以太网控制器以及与多个以太网控制器分别对应连接的光口；所述模数转换处理模块连接所述标准电流输入及处理电路和标准电压输入及处理电路；所述模数转换处理模块还连接所述数字信号处理模块；所述数字信号处理模块还连接所述同步时钟模块和所述多个以太网控制器；所述光口与待检测的电子式互感器对应的合并单元连接；
所述标准电流输入及处理电路用于接收标准电流信号，并经过信号处理后输出到所述模数转换处理模块；
所述标准电压输入及处理电路用于接收标准电压信号，并经过信号处理后输出到所述模数转换处理模块；
所述数字信号处理模块用于接收同步时钟模块的同步时钟信号，并根据所述同步时钟信号控制所述模数转换处理模块采样经过信号处理后的标准电流信号和标准电压信号；通过各以太网控制器经过各自对应的光口分别接收以所述同步时钟信号发送的不同路的各SMV报文。
具体的，所述标准电流输入及处理电路包括：标准电流输入接口、零磁通互感器、电流电压转换器和第一差分运放电路；
所述标准电流输入接口与标准电流互感器连接，以接收标准电流信号；所述标准电流信号经过零磁通互感器处理后，经过所述电流电压转换器转换为电压信号，再经过第一差分运放电路处理后输出到所述模数转换处理模块。
具体的，所述标准电压输入及处理电路包括：标准电压输入接口、电阻分压电路、可编程增益放大器和第二差分运放电路；
所述标准电压输入接口与标准电压互感器连接，以接收标准电压信号；所述标准电压信号经过电阻分压电路分压处理后，经过可编程增益放大器进行信号处理，再经过第二差分运放电路处理后输出到所述模数转换处理模块。
具体的，所述数字信号处理模块还连接一工控机。
本实用新型实施例提供一种电子式互感器多采集通道校验仪，该电子式互感器多采集通道校验仪包括标准电流输入及处理电路、标准电压输入及处理电路、模数转换处理模块、数字信号处理模块、同步时钟模块、多个以太网控制器以及与多个以太网控制器分别对应连接的光口；所述模数转换处理模块连接所述标准电流输入及处理电路和标准电压输入及处理电路；所述模数转换处理模块还连接所述数字信号处理模块；所述数字信号处理模块还连接所述同步时钟模块和所述多个以太网控制器；所述光口与待检测的电子式互感器对应的合并单元连接；所述标准电流输入及处理电路用于接收标准电流信号，并经过信号处理后输出到所述模数转换处理模块；所述标准电压输入及处理电路用于接收标准电压信号，并经过信号处理后输出到所述模数转换处理模块；所述数字信号处理模块用于接收同步时钟模块的同步时钟信号，并根据所述同步时钟信号控制所述模数转换处理模块采样经过信号处理后的标准电流信号和标准电压信号；通过各以太网控制器经过各自对应的光口分别接收以所述同步时钟信号发送的不同路的各SMV报文；从而使得后续可以经过信号处理后的标准电流信号和标准电压信号，以及不同路的各SMV报文，采用傅里叶算法或插值算法确定各SMV报文中的各通道对应的比差和角差。可见，本实用新型可以同时接收多路SMV报文，并且可对每路SMV报文中的多个通道进行检测，因此可以同时对电子式互感器对应的A、B两套合并单元中的保护、计量、测量等通道同时进行检测，这样所有通道的检测无需分别进行，仅需要一次升流和升压，一次性检测完毕，这样就大大缩减了现场检测时间，提升了试验效率。可见本实用新型可以解决对于现场多绕组(即多通道情况)的电子式互感器，检测过程较为繁琐复杂，对每个通道的检测均需要进行升流和升压试验，检测时间较长的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种电子式互感器多采集通道校验仪的结构示意图一；
图2为本实用新型实施例提供的一种电子式互感器多采集通道校验仪的结构示意图二；
图3为本实用新型实施例中的标准电流输入及处理电路的实现方式示意图；
图4为本实用新型实施例中的标准电压输入及处理电路的实现方式示意图；
图5为本实用新型实施例中的采用BF531的DSP的报文接收过程示意图；
图6为本实用新型实施例中的采用BF531的DSP与采用AX88976网卡芯片的以太网控制器的连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型实施例提供一种电子式互感器多采集通道校验仪10，包括标准电流输入及处理电路11、标准电压输入及处理电路12、模数转换处理模块13、数字信号处理模块14、同步时钟模块15、多个以太网控制器16以及与多个以太网控制器16分别对应连接的光口17；所述模数转换处理模块13连接所述标准电流输入及处理电路11和标准电压输入及处理电路12；所述模数转换处理模块13还连接所述数字信号处理模块14；所述数字信号处理模块14还连接所述同步时钟模块15和所述多个以太网控制器16；所述光口17与待检测的电子式互感器20对应的合并单元21连接。
所述标准电流输入及处理电路11用于接收标准电流信号，并经过信号处理后输出到所述模数转换处理模块13。
所述标准电压输入及处理电路12用于接收标准电压信号，并经过信号处理后输出到所述模数转换处理模块13。
所述数字信号处理模块14用于接收同步时钟模块15的同步时钟信号，并根据所述同步时钟信号控制所述模数转换处理模块13采样经过信号处理后的标准电流信号和标准电压信号；通过各以太网控制器16经过各自对应的光口17分别接收以所述同步时钟信号发送的不同路的各SMV报文。
具体的，如图2所示，所述标准电流输入及处理电路11包括：标准电流输入接口111、零磁通互感器112、电流电压转换器113和第一差分运放电路114。
所述标准电流输入接口111与标准电流互感器22连接，以接收标准电流信号；所述标准电流信号经过零磁通互感器112处理后，经过所述电流电压转换器113转换为电压信号，再经过第一差分运放电路114处理后输出到所述模数转换处理模块13。
此处，该标准电流输入及处理电路11可通过如下方式实现，如图3所示：
该零磁通互感器112可采用0.01级零磁通互感器，其基本指标如下表1所示：
表1、各工作点精度指标参考表：
为了提高整个信道的信号比以便于今后扩展性能，零磁通互感器112可以使用4个档位，分别为10A，5A，1A，0.2A，以5A为基本电流，则在0.01n～2In(In＝5A)线性度为0.01％，角差0.3分能够满足后级设计要求。
该零磁通互感器112的档位及原边和副边设置如下表2所示：
表2：
电流 10A 5A 1A 0.2A
原边(匝数) 2 4 20 100
副边(匝数) 2000 2000 2000 2000
为了保证零磁通互感器的性能，零磁通互感器的负载阻抗值应小于1欧姆，负载电阻接近0欧姆，放大器的输入阻抗越小精度越高。所以第一差分运放电路114可使用高性能的仪表放大器OP2277，其虚短电压为160uV左右，由于零磁通互感器副边的额定电流为10mA，所以负载电阻约为160uV/10mA＝16m欧，满足零磁通互感器负载电阻小于1欧的设计要求。
OP2277具有非常高的电源抑制比(130dB)和共模抑制比(140dB)，噪音为相对于输出5VAC的额定电压，在50Hz的信噪比 完全满足100dB的设计目标要求。
具体的，如图2所示，所述标准电压输入及处理电路12包括：标准电压输入接口121、电阻分压电路122、可编程增益放大器123和第二差分运放电路124。
所述标准电压输入接口121与标准电压互感器23连接，以接收标准电压信号；所述标准电压信号经过电阻分压电路122分压处理后，经过可编程增益放大器123进行信号处理，再经过第二差分运放电路124处理后输出到所述模数转换处理模块13。
此处，该标准电压输入及处理电路12可通过如下方式实现，如图4所示：
首先将标准电压信号通过高精度高稳定度的电阻R1，R2，R3(即电阻分压电路122)分压后通过差分放大器(第二差分运放电路124)跟随，再通过专门的高精度AD(Analog toDigital，模数)前端差分驱动器(可编程增益放大器123，PGA，Programmable GainAmplifier)到AD采集(模数转换处理模块13)，电阻分压具有线性度好，温漂小(使用电桥原理)的特点，但是输出阻抗高，这就需要一个非常高的SNR(信噪比)的运放来加大其输出驱动能力，同时保证信号不失真。
电阻分压电路使用同种材料的高精密电阻器，温度系数1ppm/℃，如图4所示有：
U2＝R3/(R1+R2+R3)*U1
由于使用电桥原理，R1、R2、R3温度漂移一致，所以U2/U1的温漂非常小，由R1，R2，R3的温漂不一致引起的比例值远小于1ppm，对于本实用新型实施例的设计目标100ppm的准确度来说可以忽略不计。
高精度AD前端差分驱动器使用PGA205BU芯片，运放工作在PGA＝1的工作状态；
工作电源使用+/-15V，PGA205BU基本指标如下：
线性度典型值：±0.00024％FS；
噪音：
PGA205在50Hz频带的噪音大约为：
设计目标是0.01级，考虑到PGA205只是设计目标中的一个环节，本环节的准确度要求提高10倍(那么相对于设计目标误差就可以忽略)，要求本环节的信噪比应大于20*lg(10000/1*10)＝100db；
PGA205的额定输入电压为5V AC，在50Hz的信噪比SNR＝20lg(5/(70.7*1e-9))＝156db，所以，相对于设计目标，在前端驱动部分使用PGA205，SNR和线性度完全能够满足本实用新型实施例的设计要求。
此外，对于上述的模数转换处理模块13，其可以包括AD转换器，可以使用sigma-delta 24Bit ADS1278型号的AD转换器，ADS1278是德州仪器推出的多通道24位工业模数转换器，内部集成有多个独立的高阶斩波稳定调制器和FIR数字滤波器，可实现8通道同步采样，支持高速、高精度、低功耗、低速4种工作模式；ADS1278具有优良的AC和DC特性，采样率最高可以达128Ks/s，62kHz带宽时信噪比(SNR)可达111dB，失调漂移为0.8μV/℃。
在本实用新型实施例中，ADS1278可以工作在高精度模式，过采样率为512*fdata,采样率fdata可设。Sigma-delta的AD转换器类似于V-F变换器，不会造成大的扰动,抗干扰能力强，同时在本实用新型中采用的是512倍的过采样，大大地扩展和简化了输入信道的带宽，更加真实还原输入信号的能量，ADS1278内部带FIR滤波器，截至频率为0.547fData，在0.58fdata约有100DB的衰减，具有非常好的噪音抑制能力。
此外，上述的以太网控制器16可以采用AX88796网卡芯片。AX88796网卡芯片的物理层操作完全由芯片内部完成，而需要人工参与的仅是控制芯片工作状态和读写8k*16SRAM内存，大大简化了本实用新型实施例中的多路多通道校验的实现过程。同时，AX88976网卡芯片在每帧报文到达时，可以提供中断信号，则可以使用硬中断接收报文，减少了中央处理单元(CPU)的轮询的时间。
此外，该数字信号处理模块14(DSP，Digital Signal Processing)可以采用BF531开发板，其具有16个PF接口，而且每一个PF接口都可以作为外部中断。该采用BF531的DSP的报文接收过程可以如图5所示。另外，如图6所示，BF531有16个PF口，任意PF口均可以配置为中断输入，这里仅取PF0和PF1为例子。
具体的，如图2所示，所述数字信号处理模块14还连接一工控机24。该工控机24可以完成人机交互，运行上层性能校验软件，该上层性能校验软件可采用Labview软件开发平台进行开发。
本实用新型实施例提供一种电子式互感器多采集通道校验仪，该电子式互感器多采集通道校验仪包括标准电流输入及处理电路、标准电压输入及处理电路、模数转换处理模块、数字信号处理模块、同步时钟模块、多个以太网控制器以及与多个以太网控制器分别对应连接的光口；所述模数转换处理模块连接所述标准电流输入及处理电路和标准电压输入及处理电路；所述模数转换处理模块还连接所述数字信号处理模块；所述数字信号处理模块还连接所述同步时钟模块和所述多个以太网控制器；所述光口与待检测的电子式互感器对应的合并单元连接；所述标准电流输入及处理电路用于接收标准电流信号，并经过信号处理后输出到所述模数转换处理模块；所述标准电压输入及处理电路用于接收标准电压信号，并经过信号处理后输出到所述模数转换处理模块；所述数字信号处理模块用于接收同步时钟模块的同步时钟信号，并根据所述同步时钟信号控制所述模数转换处理模块采样经过信号处理后的标准电流信号和标准电压信号；通过各以太网控制器经过各自对应的光口分别接收以所述同步时钟信号发送的不同路的各SMV报文；从而使得后续可以根据经过信号处理后的标准电流信号和标准电压信号，以及不同路的各SMV报文，采用傅里叶算法或插值算法确定各SMV报文中的各通道对应的比差和角差。可见，本实用新型可以同时接收多路SMV报文，并且可对每路SMV报文中的多个通道进行检测，因此可以同时对电子式互感器对应的A、B两套合并单元中的保护、计量、测量等通道同时进行检测，这样所有通道的检测无需分别进行，仅需要一次升流和升压，一次性检测完毕，这样就大大缩减了现场检测时间，提升了试验效率。可见本实用新型可以解决对于现场多绕组(即多通道情况)的电子式互感器，检测过程较为繁琐复杂，对每个通道的检测均需要进行升流和升压试验，检测时间较长的问题。
本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (4)

1.一种电子式互感器多采集通道校验仪，其特征在于，包括标准电流输入及处理电路、标准电压输入及处理电路、模数转换处理模块、数字信号处理模块、同步时钟模块、多个以太网控制器以及与多个以太网控制器分别对应连接的光口；所述模数转换处理模块连接所述标准电流输入及处理电路和标准电压输入及处理电路；所述模数转换处理模块还连接所述数字信号处理模块；所述数字信号处理模块还连接所述同步时钟模块和所述多个以太网控制器；所述光口与待检测的电子式互感器对应的合并单元连接；
所述标准电流输入及处理电路用于接收标准电流信号，并经过信号处理后输出到所述模数转换处理模块；
所述标准电压输入及处理电路用于接收标准电压信号，并经过信号处理后输出到所述模数转换处理模块；
所述数字信号处理模块用于接收同步时钟模块的同步时钟信号，并根据所述同步时钟信号控制所述模数转换处理模块采样经过信号处理后的标准电流信号和标准电压信号；通过各以太网控制器经过各自对应的光口分别接收以所述同步时钟信号发送的不同路的各SMV报文。
2.根据权利要求1所述的电子式互感器多采集通道校验仪，其特征在于，所述标准电流输入及处理电路包括：标准电流输入接口、零磁通互感器、电流电压转换器和第一差分运放电路；
所述标准电流输入接口与标准电流互感器连接，以接收标准电流信号；所述标准电流信号经过零磁通互感器处理后，经过所述电流电压转换器转换为电压信号，再经过第一差分运放电路处理后输出到所述模数转换处理模块。
3.根据权利要求1所述的电子式互感器多采集通道校验仪，其特征在于，所述标准电压输入及处理电路包括：标准电压输入接口、电阻分压电路、可编程增益放大器和第二差分运放电路；
所述标准电压输入接口与标准电压互感器连接，以接收标准电压信号；所述标准电压信号经过电阻分压电路分压处理后，经过可编程增益放大器进行信号处理，再经过第二差分运放电路处理后输出到所述模数转换处理模块。
4.根据权利要求1所述的电子式互感器多采集通道校验仪，其特征在于，所述数字信号处理模块还连接一工控机。
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