CN214067255U - 一种电容式电压互感器二次信号采集装置 - Google Patents

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胡琛
李敏
杨爱超
王毅
吴宇
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李东江
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Abstract

本实用新型提供了一种电容式电压互感器二次信号采集装置，该装置包括信号调理电路、3路24位A/D芯片、FPGA、温度传感器、模拟电源电路以及数字电源电路。该装置可以实时采集电容式电压互感器的二次数据信号，解决电容式电压互感器二次信号无法实时检测的问题，为电容式电压互感器的误差状态分析提供数据支撑，帮助工作人员及时获取电容式电压互感器的工作状态。

Description

一种电容式电压互感器二次信号采集装置
技术领域
本实用新型涉及输配电设备状态评估领域，更具体地，涉及一种电容式电压互感器二次信号采集装置。
背景技术
电压互感器的作用是实现一次侧高压系统与二次设备可靠的电气隔离，并在保证二次设备和用电安全的情况下实现一次电压的准确测量，为电能计量、状态监控和继电保护提供可靠的依据。
电容式电压互感器因其良好的绝缘性能和经济性而被广泛应用于110kV及以上的电力系统中。然而，相对于电磁式电压互感器，电容式电压互感器误差环节众多，自身误差容易受到环境的影响，误差的稳定性较差，影响电能贸易结算造成严重后果。
近年来，国内外科研机构开始研究基于数据驱动的电容式电压互感器误差状态评估方法，旨在不停电的条件下，通过电容式电压互感器的输出幅值信息分析其误差状态，其中的关键在于电容式电压互感器二次信号的获取。
现有技术中提出了一种基于手机平台的电容式电压互感器的实时警报装置，采用主频72MHz的增强型STM32芯片，通过模数转换、高速采样、数据对比、并/串行传输转换方法，实现电容式电压互感器数据的采集和预警分析，但是该装置的采集准确度不高，不利于对电容式电压互感器进行精确分析。
现有技术还包括一种基于平板的电容式电压互感器的实时警报装置，与基于手机平台的电容式电压互感器的实时警报装置区别在于，该装置的后台采用平板电脑。同样地，该装置的采集准确度同样难以满足电容式电压互感器误差状态评估的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电容式电压互感器二次信号采集装置，可以在不影响电网运行的前提下，实现电容式电压互感器二次输出电压的实时采集，为电容式电压互感器误差状态的评估提供数据依据，及时发现在运电容式电压互感器的误差故障，保障电容式电压互感器的运行安全。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种电容式电压互感器二次信号采集装置，包括信号调理电路、3路24位A/D芯片、FPGA、温度传感器、模拟电源和数字电源，所述信号调理电路接收电容式电压互感器的二次输出信号，将二次数据信号转换为小电压信号，所述24位A/D芯片采集小电压信号，将其转换为数字信号后发送给FPGA，所述温度传感器实时获取电容式电压互感器的温度信息，将其转换为电压信号发送给FPGA，所述FPGA控制A/D信号的转换过程，同时接收温度传感器的输出信号，所述模拟电源和数字电源为电容式电压互感器二次信号采集装置提供工作所需的电源信号。
优选的，所述信号调理电路为可编程增益放大器PGA103，所述FPGA采集到温度传感器的输出，依据温度传感器的输出控制信号调理电路的放大倍数。
优选的，所述温度传感器采用TMP36。
优选的，所述24位A/D芯片为ADS1271，采样频率为10kHz，A/D芯片和FPGA之间通过SPI方式进行通信。
优选的，所述FPGA为EP3C25Q240C8N，采用的主频为20MHz。
优选的，所述模拟电源芯片采用MAX865和ADR421，两路输出分别为5V和2.5V，所述数字电源芯片采用TPS76033，输出为3.3V。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供了一种电容式电压互感器二次信号采集装置，包括信号调理电路、24位A/D芯片、高速(现场可编程门阵列)FPGA、温度传感器、模拟电源以及数字电源。本实用新型解决了现有电容式电压互感器二次信号采集装置中准确度不高的问题，可以实时监测电容式电压互感器的输出数据，及时利用输出数据对电容式电压互感器的误差状态进行评估，保障了电容式电压互感器的设备安全以及电网计量的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型电容式电压互感器二次信号采集装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步地说明。
请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种电容式电压互感器二次信号采集装置，该装置包括1个信号调理电路、3路24位A/D芯片、1块高速(现场可编程门阵列)FPGA、1个温度传感器、1块模拟电源以及1块数字电源。信号调理电路接收电容式电压互感器的二次输出信号，将二次数据信号转换为小电压信号；24位A/D芯片采集小电压信号，将其转换为数字信号后发送给FPGA；温度传感器实时获取电容式电压互感器的温度信息，将其转换为电压信号发送给FPGA；FPGA控制A/D信号的转换过程，同时接收温度传感器的输出信号。模拟电源芯片和数字电源芯片为电容式电压互感器二次信号采集装置提供工作所需的电源信号。
所述温度传感器采用TMP36，其输出V2可以表示为
V2＝0.75+(T-25)×0.01 (1)
其中，T表示当前温度。
所述信号调理电路为可编程增益放大器，所述FPGA采集到温度传感器的输出，依据温度传感器的输出控制信号调理电路的放大倍数。
具体的，所述信号调理电路为可编程增益放大器PGA103，其输入为V1，信号放大倍数为k1，依据温度传感器的输出V2调整放大增益k2，信号调理电路的输出V0为V1×k1×k2。
所述24位A/D芯片为ADS1271，采样频率为10kHz，A/D芯片和FPGA之间通过SPI方式进行通信。
所述FPGA为EP3C25Q240C8N，采用的主频为20MHz。
所述模拟电源芯片采用MAX865和ADR421，两路输出分别为5V和2.5V，所述数字电源芯片采用TPS76033，输出为3.3V。
电容式电压互感器二次信号采集装置的工作流程为：
步骤(1)：信号调理电路对电容式电压互感器的输出信号进行比例调整，转换为适合A/D芯片输入的电压信号；
步骤(2)：FPGA基于控制时序，控制A/D芯片采集输入的电压信号，将其转换为数字信号；
步骤(3)：温度传感器实时获取电容式电压互感器的温度信息，将其转换为电压信号发送给FPGA，FPGA采集到温度传感器的输出，依据温度传感器的输出控制信号调理电路的放大倍数。
以上所述仅表达了本实用新型的优选实施方式，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、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种电容式电压互感器二次信号采集装置，其特征在于：包括信号调理电路、3路24位A/D芯片、FPGA、温度传感器、模拟电源和数字电源，所述信号调理电路接收电容式电压互感器的二次输出信号，将二次数据信号转换为小电压信号，所述24位A/D芯片采集小电压信号，将其转换为数字信号后发送给FPGA，所述温度传感器实时获取电容式电压互感器的温度信息，将其转换为电压信号发送给FPGA，所述FPGA控制A/D信号的转换过程，同时接收温度传感器的输出信号，所述模拟电源和数字电源为电容式电压互感器二次信号采集装置提供工作所需的电源信号。
2.根据权利要求1所述的一种电容式电压互感器二次信号采集装置，其特征在于：所述信号调理电路为可编程增益放大器，所述FPGA采集到温度传感器的输出，依据温度传感器的输出控制信号调理电路的放大倍数。
3.根据权利要求1所述的一种电容式电压互感器二次信号采集装置，其特征在于：所述24位A/D芯片采样频率为10kHz，A/D芯片和FPGA之间通过SPI方式进行通信。
4.根据权利要求1所述的一种电容式电压互感器二次信号采集装置，其特征在于：所述FPGA采用的主频为20MHz。
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