CN214375018U - 一种适用于馈线终端的带残压检测的线损计量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于馈线终端的带残压检测的线损计量系统，对终端需要的线损计量和残压检测功能进行分析，线损计量方面是终端工作正常时进行电能计量、电压、和功率的测量，采用计量芯片和MCU实现。残压检测主要是停电后用于后级有故障时合闸后瞬间断闸时产生的电压的检测，此路残压检测要求在短时间内可检测出电压信号。对比现有技术大大简化了终端关于残压检测功能的设计，且可通过软件调节残压的幅值和时间，降低了原材料成本，节省了空间。

Description

一种适用于馈线终端的带残压检测的线损计量系统

技术领域

本实用新型涉及馈线终端技术领域，具体涉及一种适用于馈线终端的带残压检测的线损计量系统。

背景技术

馈线终端是用于国家电网一二次融合改造的新一代FTU终端设备，接口开关内置高精度、宽范围电流、电压互感器，采集模拟小信号，具有对配网运行监视和控制，以及故障分析处理功能的配网自动化二次终端设备。

新一代的馈线终端具有遥控、遥测(采集三相电流、三相电压、零序电流、零序电压的能力，满足计算有功功率、无功功率、功率因数、频率和计量的功能)、残压检测(有残压后自动反向闭锁)、遥信、电源监视切换、零序过流检测及保护、序方向性保护、零序电压保护、相间过流检测及保护、来电合闸、过压分闸、失压分闸、重合闸、后加速保护、过负荷保护、PT断线检测、非遮断电流保护、防涌流、就地故障检测及处理、顺送/逆送、环网点、单相接地故障自适应判别、分界点控制保护、配电线路线损计量、维护调试、历史数据存储、自检等功能。

终端的线损计量、遥测功能主要由线损计量模块实现，残压检测由单独的残压模块实现。终端的57.7/100V的电压信号与后级的电压采样信号需实现不小于AC2000V的隔离。线损计量模块实现终端正常上电时的电压、电流、功率、频率、功率因数、电能等检测、计量功能。残压检测模块实现停电时曾经有残压的记录功能(终端正常时判断停电时有无残压信号)。两种功能的信号源为1个信号源，目前主流应用方案需要2种模块分别实现线损计量和残压检测功能，且残压检测无法设定残压的时间和幅值。不但成本高且无法准确判断残压的时间和幅值。

实用新型内容

为此，本实用新型提供一种适用于馈线终端的带残压检测的线损计量系统，采用1个电压信号源同时实现电压采样和残压检测的功能。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种适用于馈线终端的带残压检测的线损计量系统，所述系统包括：

采样信号模块、线损计量芯片、残压信号处理模块、残压触发信号模块、MCU模块、电源VCC、电池、通讯接口、EEPROM、残压信号输出接口；

所述线损计量芯片、所述残压信号处理模块、所述电源VCC、所述电池、所述通讯接口、所述EEPROM、所述残压信号输出接口分别与所述MCU模块相连接；所述采样信号模块通过所述残压触发信号与所述MCU模块连接；

当系统电源供电时，所述线损计量系统通过合闸操作给所述采样信号模块提供持续的电压信号，以使得所述线损计量芯片接收电压采样信号，经过所述线损计量芯片计算、所述MCU模块处理后，通过所述通讯接口传输给馈线终端；

当系统电源停电时，所述线损计量系统切换到所述电池供电，系统合闸的瞬间的残压触发所述MCU模块，以使得所述MCU模块处于工作状态，所述MCU模块控制运放电源控制信号使开关三极管导通，运放供电电源开始给运放供电，隔离后的残压采样信号经运放偏置放大，将经偏置放大后的残压信号的采样电压信号输入所述MCU模块的AD输入口，经所述MCU模块运算处理后与预设的电压幅值和时间判断是否输出残压输出信号并记录状态。

可选地，所述当系统停电后，系统电源工作正常后，残压信号输出接口根据记录的状态确定输出的状态。

可选地，所述开关三极管用于运放的电源控制，在停电时关闭运放电源，以降低功耗。

本实用新型提供一种适用于馈线终端的带残压检测的线损计量系统，对终端需要的线损计量和残压检测功能进行分析，线损计量方面是终端工作正常时进行电能计量、电压、和功率的测量，采用计量芯片和MCU实现。残压检测主要是停电后用于后级有故障时合闸后瞬间断闸时产生的电压的检测，此路残压检测要求在短时间内可检测出电压信号。对比现有技术大大简化了终端关于残压检测功能的设计，且可通过软件调节残压的幅值和时间，降低了原材料成本，节省了空间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为现有技术方案的框图；

图2为现有技术中线损模块采样电路图；

图3为现有技术中残压采样电路图；

图4为本实用新型提供的带残压检测的线损计量系统框图；

图5为本实用新型提供的残压输出电路图；

图6为本实用新型提供的线损计量电压信号采样电路图；

图7为本实用新型提供的运放电源控制电路图；

图8为本实用新型提供的运放电路图；

图9为本实用新型提供的隔离光耦电路图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部份实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。附图中各部件的形状和大小不反应真实比例，目的只是示意说明本申请内容。通常在附图中描述和示出的本实用新型的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

残压检测模块实现停电时曾经有残压的记录功能(终端正常时判断停电时有无残压信号)。两种功能的信号源为1个信号源，目前主流应用方案需要2种模块分别实现线损计量和残压检测功能，且残压检测无法设定残压的时间和幅值。不但成本高且无法准确判断残压的时间和幅值。图1、图2和图3为现有技术方案的框图和电路图。图2为线损模块采样电路图，图3为残压采样电路图。

线损模块的采样电路由分压电阻和电压互感器组成，产生采样信号后给后级的计量芯片和MCU处理进行电压的采集计算。残压检测电路由变压器三极管等器件组成，实现由纯硬件电路组成的残压检测电路。

图2中，J-U1为57.7/100V的电压信号，PT为电压采样互感器，RA7为取样电阻，给计量芯片提供采样信号。T1为变压器，Q1、Q2及其周边电路组成残压信号输出电路。

终端供电正常后，线损模块计量工作正常，此时终端合闸提供57.7/100V的电压信号分别给线损模块采样电路和残压采样电路，线损计量模块通过电阻RA1-RA7、电压互感器PT给专用计量芯片提供采样信号，经过计算和处理，为终端提供电压信号，残压检测电路在终端提供57.7/100V的电压信号一段时间后，Q1导通，Q2截止，残压模块不输出残压信号。

终端停电时，终端合闸时瞬间断闸(后级短路故障)即残压产生时，在一定时间内Q1截止、Q2导通，残压模块输出残压信号。实现残压检测功能。此残压检测方式对电容C2的要求极高，且随着时间的推移，容值若有变化则直接影响残压的幅值判断，即残压的时间和幅值判断完全靠器件的精度来保证。对器件的一致性要求较高。且前级的变压器体积较大对设计也有一定局限性。

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种共用1个电压采样电路，实现电压采集和残压检测功能的电路。大大简化了终端关于残压检测功能的设计，且可通过软件调节残压的幅值和时间，降低了原材料成本，节省了空间。

图4为本实用新型提供的方案框图，提供一种适用于馈线终端的带残压检测的线损计量系统，所述系统包括：采样信号模块、线损计量芯片、残压信号处理模块、残压触发信号模块、MCU模块、电源VCC、电池、通讯接口、EEPROM、残压信号输出接口。

所述线损计量芯片、所述残压信号处理模块、所述电源VCC、所述电池、所述通讯接口、所述EEPROM、所述残压信号输出接口分别与所述MCU模块相连接；所述采样信号模块通过所述残压触发信号与所述MCU模块连接。

当系统电源供电时，所述线损计量系统通过合闸操作给所述采样信号模块提供持续的电压信号，以使得所述线损计量芯片接收电压采样信号，经过所述线损计量芯片计算、所述MCU模块处理后，通过所述通讯接口传输给馈线终端。

当系统电源停电时，所述线损计量系统切换到所述电池供电，系统合闸的瞬间的残压触发所述MCU模块，以使得所述MCU模块处于工作状态，所述MCU模块控制运放电源控制信号使开关三极管导通，运放供电电源开始给运放供电，隔离后的残压采样信号经运放偏置放大，将经偏置放大后的残压信号的采样电压信号输入所述MCU模块的AD输入口，经所述MCU模块运算处理后与预设的电压幅值和时间判断是否输出残压输出信号并记录状态。

在一种可能的实施方式中，所述当系统停电后，系统电源工作正常后，残压信号输出接口根据记录的状态确定输出的状态。

在一种可能的实施方式中，所述开关三极管用于运放的电源控制，在停电时关闭运放电源，以降低功耗。

本实用新型中，对终端需要的线损计量和残压检测功能进行分析，总结出2种模块的(线损计量和残压检测)不同特点，线损计量主要是终端工作正常时进行电能计量、电压、和功率的测量，此路计量计算要求准确度高，各种参数计算时间要求不太高，在秒级计算出即可，此路采样需采用专用的计量芯片和MCU实现。残压检测主要是停电后用于后级有故障时合闸后瞬间断闸时产生的电压的检测，要求在50ms内可以检测出30％Un即交流30V的电压，此路残压检测要求在短时间内可检测出电压信号，时间须在50ms内计算出结果，计算精度要求较线损计量模块低。

图5为本实用新型提供的残压输出电路图；图6为本实用新型提供的线损计量电压信号采样电路图；图7为本实用新型提供的运放电源控制电路图；图8为本实用新型提供的运放电路图。

3.3V为正常供电电源+电池供电。3.3V-BAT为电池供电，3.3V1为运放供电电源，CY-C为残压触发信号，3.3-C为运放电源控制信号。Vap1为电压采样信号和残压采样信号。1.25V为偏置电压。MCU-Ua为经偏置放大后的残压信号的采样电压信号。CY-O为MCU控制的残压信号输出。

P2为无源残压信号输出口。J-U1为57.7/100V的电压信号，PT为电压采样互感器，RA7为取样电阻，给计量芯片和MCU的AD采样口提供采样信号。U5为带隔离的残压信号触发器件。VD1为TVS,保护U5不被高电压击穿。U9为运放，实现放大并增加偏置电压信号功能，方便MCU的AD口计算采样信号。Q1为开关三极管，作为运放的电源控制，在停电时关闭运放电源，降低功耗。

终端电源正常后，通过合闸操作给J-U1提供持续的电压信号，此时线损计量模块的电压采样正常工作，由Vap1给线损计量芯片提供电压采样信号，经计量芯片计算、MCU处理后通过通讯口线传输给馈线终端。

终端停电时，系统自动切换到电池供电即系统由3.3V供电，终端合闸时瞬间断闸即残压产生时，UA与UN之间会有一个短暂的电压，此电压使U5的二极管导通，CY-C处产生一个下降沿，此下降沿触发MCU，唤醒MCU，使MCU处于工作状态，然后MCU控制3.3-C使Q1导通，3.3V1开始给运放供电，隔离后的残压采样信号VaP1经运放U9偏置放大后为MCU-Ua，MCU-Ua输入MCU的AD输入口，经MCU快速运算处理后与预设的电压幅值和时间判断是否输出CY-C(残压输出)信号并记录状态。终端电源工作正常后，CY-C(残压输出)信号根据记录的状态确定输出的状态。

本电路采用了小信号的隔离光耦。具体的管脚排列及参数指标如图9所示，本器件的主要参数如下：Vf：±1-±50mA；CTR:50％-600％；Vceo：80V；Response time：5us；隔离耐压：5000V；工作温度：-55to+115℃，存储温度：-55to+125℃。

本实用新型采用一套采样电路将原有的残压检测电路的2个变压器节省掉，即线损计量采用原有的方案计量芯片和MCU实现，残压采样与线损电压采样采用同一信号，增加触发电路，残压检测与线损计量采用同一个MCU实现。同时满足线损计量的电压采样和残压检测功能。经过全面的测试及小批量试制，证实本实用新型为一个有效可靠的设计方案，并在批量应用中取得了良好的使用效果。

综上所述，本实用新型提供一种适用于馈线终端的带残压检测的线损计量系统，对终端需要的线损计量和残压检测功能进行分析，线损计量方面是终端工作正常时进行电能计量、电压、和功率的测量，采用计量芯片和MCU实现。残压检测主要是停电后用于后级有故障时合闸后瞬间断闸时产生的电压的检测，此路残压检测要求在短时间内可检测出电压信号。对比现有技术大大简化了终端关于残压检测功能的设计，且可通过软件调节残压的幅值和时间，降低了原材料成本，节省了空间。

本实用新型是参照根据本实用新型的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种适用于馈线终端的带残压检测的线损计量系统，其特征在于，所述系统包括：

采样信号模块、线损计量芯片、残压信号处理模块、残压触发信号模块、MCU模块、电源VCC、电池、通讯接口、EEPROM、残压信号输出接口；

所述线损计量芯片、所述残压信号处理模块、所述电源VCC、所述电池、所述通讯接口、所述EEPROM、所述残压信号输出接口分别与所述MCU模块相连接；所述采样信号模块通过所述残压触发信号与所述MCU模块连接；

当系统电源供电时，所述线损计量系统通过合闸操作给所述采样信号模块提供持续的电压信号，以使得所述线损计量芯片接收电压采样信号，经过所述线损计量芯片计算、所述MCU模块处理后，通过所述通讯接口传输给馈线终端；

当系统电源停电时，所述线损计量系统切换到所述电池供电，系统合闸的瞬间的残压触发所述MCU模块，以使得所述MCU模块处于工作状态，所述MCU模块控制运放电源控制信号使开关三极管导通，运放供电电源开始给运放供电，隔离后的残压采样信号经运放偏置放大，将经偏置放大后的残压信号的采样电压信号输入所述MCU模块的AD输入口，经所述MCU模块运算处理后与预设的电压幅值和时间判断是否输出残压输出信号并记录状态。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当系统电源停电之后，系统电源又恢复工作正常后，残压信号输出接口根据记录的状态确定输出的状态。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述开关三极管用于运放的电源控制，在停电时关闭运放电源，以降低功耗。

Images