CN215067021U - 一种工频抗扰度自动测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工频抗扰度自动测试系统，其包括隔离变压器、过零检测电路、CPU和工频抗扰度耦合网络。隔离变压器通过选项开关KA、KB和控制开关K1、K2和K3与工频抗扰度耦合网络连接。另一端通过电压互感器与过零检测电路连接，过零检测电路与CPU连接。CPU的另一端与控制开关K1、K2和K3连接。本实用新型具有结构简单、造价成本低、安全可靠的特点，可以杜绝大部分传统测试过程中由于传导骚扰引起的安全隐患，满足当下电力行业对电力设备进行工频抗扰度测试的自动测试要求。

Description

一种工频抗扰度自动测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种具有安全防护的低成本工频抗扰度自动测试系统，属于电力系统继电保护设备及相关产品领域。

背景技术

我国变电站自推广以来，技术水平不断提高，在科技快速发展的背景下继电保护产品也随之日益精进、趋于完善，为电网的稳定运行提供了技术保障。常规站的开关量信号由保护设备外部电缆采集经过背板端子将状态量送入装置内部，通常称之为开入量，必须进行隔离以提高装置的抗干扰能力。常用的简单且低成本的方案是使用光耦进行隔离，光耦的高压隔离能力使得输入输出两侧电路相互分开，确保电气隔离。但是开入信号采集过程中极易受到工频电压信号的干扰，如果开关量信号在采集过程中因受到工频干扰而发生变位，轻则引起普通信号发生变位引起报文上送调度中心，重则由于关键的开关量信号误动而发生保护误动作进而引起跳闸事故，则会带来不可估算的经济损失。因此，开入回路的设计需要具备抵抗工频干扰的能力。

由于目前市面上没有单独针对对继电保护开入量进行工频抗扰度测试的仪器，通常都是集成于其他设备内，体积大、结构复杂，且造价高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种工频抗扰度自动测试系统，以解决现有技术中存在的对继电保护开入量进行工频抗扰度测试的仪器体积大、结构复杂且造价高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种工频抗扰度自动测试系统，包括：隔离变压器，隔离变压器的原边绕组连接220V工频交流电压，隔离变压器的第一副边绕组通过选项开关KA与电压互感器连接，第一副边绕组还通过控制开关K1与工频抗扰度耦合网络中的A级差模耦合网络连接，隔离变压器的第二副边绕组通过选项开关KB与电压互感器连接，第二副边绕组还通过控制开关K2与工频抗扰度耦合网络中的B级差模耦合网络连接，隔离变压器的第三副边绕组通过控制开关K3与工频抗扰度耦合网络中的A/B级共模耦合网络连接，电压互感器还与过零检测电路连接，过零检测电路与CPU连接，CPU与控制开关K1、K2和K3连接。

进一步地，第一副边绕组的一端通过控制开关K1接A级差模耦合网络的火线，另一端接A级差模耦合网络的零线；A级差模耦合网络的火线经过电阻R11和电容C11接入被测装置的开入正，零线经过电阻R12和电容C12接入被测装置的开入负，地线接被测装置的机壳地；第二副边绕组的一端通过控制开关K2接B级差模耦合网络的火线，另一端接B级差模耦合网络的零线，B级差模耦合网络的火线经过电阻R21、电容C21接入被测装置的开入正，零线经过电阻R22、电容C22接入被测装置的开入负，地线接被测装置的机壳地；第三副边绕组的一端通过控制开关K3接A/B级共模耦合网络的火线和零线，另一端接A/B级共模耦合网络的地线，A/B级共模耦合网络的火线经过电阻R13、电容C13接入被测装置的开入正，零线经过电阻R14、电容C14接入被测装置的开入负，地线接被测装置的机壳地。

进一步地，所述的一种工频抗扰度自动测试系统，还包括启动回路，所述启动回路包括第一光耦U1，第一光耦U1中发光二极管的阳极连接启动信号高电平输入，第一光耦U1中发光二极管的阴极接地，第一光耦U1中光敏三级管的集电极连接第一MOS管Q1的栅极，同时第一光耦U1中光敏三级管的集电极还连接24V电源输入，第一光耦U1中光敏三级管的发射极接地，第一MOS管Q1的漏极连接24V电源输入，第一MOS管Q1的源极连接24V电源输出。

进一步地，第一光耦U1中光敏三级管的集电极经电阻R2、电阻R1连接24V电源输入，同时第一光耦U1中光敏三级管的集电极经电阻R2、电阻R3连接第一MOS管Q1的栅极，第一MOS管Q1的栅极经电阻R3、电阻R1连接24V电源输入，电阻R1两端并联有稳压管V1，第一MOS管Q1的漏极和源极之间串接有电阻R4和电容C1。

进一步地，所述启动回路还包括第一自检回路，所述第一自检回路包括第二光耦U2，第二光耦U2中发光二极管的阳极连接24V电源输出，第二光耦U2中发光二极管的阴极接地，第二光耦U2中光敏三级管的集电极连接CPU，第二光耦U2中光敏三级管的发射极接地。

进一步地，所述第一自检回路还包括二极管D1，二极管的阴极连接第二光耦U2中发光二极管的阳极，同时二极管D1的阴极经过电阻R6、电阻R5连接至24V电源输出，二极管D1的阳极连接第二光耦U2中发光二极管的阴极，同时二极管D1的阳极接地。

进一步地，所述的一种工频抗扰度自动测试系统，还包括驱动回路，所述驱动回路包括第二MOS管Q2，第二MOS管Q2的栅极连接驱动信号高电平输入，第二MOS管Q2的漏极连接线圈KA1的负极，线圈KA1的正极连接启动回路的24V电源输出，第二MOS管Q2的源极接地。

进一步地，所述线圈KA1两端并联有二极管D5，二极管D5的阴极连接线圈KA1的正极，二极管D5的阳极连接线圈的负极，线圈KA1的负极经二极管D2连接第二MOS管Q2的漏极，第二MOS管Q2的漏极和源极之间串接有电阻R9和电容C2，驱动信号高电平输入经二极管D4、电阻R7连接第二MOS管Q2的栅极 ，第二MOS管Q2的栅极与源极之间串接有电阻R8，其中二极管D2的阳极连接线圈KA1的负极，二极管D2的阴极连接第二MOS管Q2的漏极，二极管D4的阳极连接驱动信号。

相比于现有技术，本实用新型的一种工频抗扰度自动测试系统，通过选项开关控制CPU，实现A\B级工频抗扰度试验的自动测试功能，具有结构简单、自带安全防护以及造价成本低等优势，可以杜绝大部分传统测试过程中由于传导骚扰引起的安全隐患，满足当下电力行业对电力设备进行工频抗扰度测试的自动测试要求。试验过程中，A\B级试验过程切换快速可靠、动作精确，可以有效降低人为手动操作的失误率。

附图说明

图1是本实用新型实施例的一种工频抗扰度自动测试系统结构框图；

图2是本实用新型实施例的控制开关启动回路图；

图3是本实用新型实施例的控制开关驱动回路图；

图4是本实用新型实施例的工频抗扰度耦合网络示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种工频抗扰度自动测试系统，包括：隔离变压器1、选项开关2、控制开关3、工频抗扰度耦合网络4、电压互感器5、过零检测电路6和CPU 7。其中，选项开关2包括选项开关KA、KB，控制开关3包括控制开关K1、K2和K3。

220V工频交流电压通过开关和熔断保险丝与隔离变压器1相连，隔离变压器1通过选项开关KA、KB和控制开关K1、K2和K3与工频抗扰度耦合网络4连接。

隔离变压器1第一副边绕组的100V差模电压回路通过选项开关KA与电压互感器5连接，100V差模电压回路还通过控制开关K1与工频抗扰度耦合网络4连接，隔离变压器1第二副边绕组的150V差模电压回路通过选项开关KB与电压互感器5连接，150V差模电压回路还通过控制开关K2与工频抗扰度耦合网络4连接，隔离变压器第三副边绕组的300V共模电压回路通过控制开关K3与工频抗扰度耦合网络4连接，电压互感器5还与过零检测电路6连接，过零检测电路6与CPU 7连接，CPU 7与控制开关K1、K2和K3连接。

其中，CPU 7通过选项开关A\B来控制KA和KB的分合，当选择测试等级为A或B后，通过闭合对应开关，从而使得隔离变压器1通过对应的绕组输出100V或150V的工频交流电压，工频电压经过电压互感器5和过零检测电路6实现高电压向模拟小信号的转换，并将小信号送入CPU 7处理，CPU 7经过判别后发送启动信号给控制开关3，闭合对应等级的控制开关K1或K2，经过CPU内部整定延时Tset后，控制开关K1或K2开关断开，时序开关K3闭合，再经过Tset后断开，完成300V对应试验等级的共模干扰测试。由此，实现了工频抗扰度试验A级和B级的自动测试过程，测试过程高效、快速，适合用于待测设备数量较多的集中送检测试中。

本实施例中，工频抗扰度自动测试系统，还包括启动回路。

如图2所示，启动回路包括第一光耦U1，第一光耦U1中发光二极管的阳极连接启动信号高电平输入，第一光耦U1中发光二极管的阴极接地，第一光耦U1中光敏三级管的集电极连接第一MOS管Q1的栅极，同时第一光耦U1中光敏三级管的集电极还连接24V电源输入，第一光耦U1中光敏三级管的发射极接地，第一MOS管Q1的漏极连接24V电源输入，第一MOS管Q1的源极连接24V电源输出。

第一光耦U1中光敏三级管的集电极经电阻R2、电阻R1连接24V电源输入，同时第一光耦U1中光敏三级管的集电极经电阻R2、电阻R3连接第一MOS管Q1的栅极，第一MOS管Q1的栅极经电阻R3、电阻R1连接24V电源输入，电阻R1两端并联有稳压管V1，第一MOS管Q1的漏极和源极之间串接有电阻R4和电容C1。

启动回路还包括第一自检回路，第一自检回路包括第二光耦U2，第二光耦U2中发光二极管的阳极连接24V电源输出，第二光耦U2中发光二极管的阴极接地，第二光耦U2中光敏三级管的集电极连接CPU，第二光耦U2中光敏三级管的发射极接地。

第一自检回路还包括二极管D1，二极管的阴极连接第二光耦U2中发光二极管的阳极，同时二极管D1的阴极经过电阻R6、电阻R5连接至24V电源输出，二极管D1的阳极连接第二光耦U2中发光二极管的阴极，同时二极管D1的阳极接地。

当CPU 7接收选项开关指令后，会自动对隔离变压器1副边绕组输入的电压进行判别，当识别为对应试验等级的差模电压数值后，CPU 7发送启动信号给对应的控制开关，控制开关启动信号高电平输入后，第一光耦U1的副边导通，进而第一MOS管Q1的栅极电压达到开启电压值后快速导通。

市面上已有的工频抗扰度试验仪的控制开关，由于工频抗扰度测试过程中，过零检测电路监测到工频电压换相后（经过0°和180°两个过零点）光耦动作时间较长，在试验过程中容易产生细微的偏差，因此对试验结果的准确性可能产生影响。而本申请使用MOS管作为导通器件，根据驱动电流负载可以更快响应并动作，确保了开关动作的准确性。第一MOS管Q1漏级和源级导通后，24V电源输出给驱动回路。在本回路中，24V电源输出给驱动回路的同时，也会将第二光耦U2的副边导通，进而将24V启动成功的信号发送给CPU 7，此操作实现了24V启动回路的自检功能。当24V电源输入侧产生瞬态干扰时，稳压管V1可以迅速导通，进而保护后级电路中的第一MOS管Q1的源级。

其中，电阻R1、R2和R3主要起分压和限流的作用，R4和C1串联后可以吸收峰值电压，减小干扰并为下一级提供信噪比较高的信号。24V启动自检回路中的二极管D1起稳定电路的作用，电阻R5和R6为匹配的限流电阻。

本实施例中，工频抗扰度自动测试系统，还包括驱动回路。

如图3所示，驱动回路包括第二MOS管Q2，第二MOS管Q2的栅极连接驱动信号高电平输入，第二MOS管Q2的漏极连接线圈KA1的负极，线圈KA1的正极连接启动回路的24V电源输出，第二MOS管Q2的源极接地。

线圈KA1两端并联有二极管D5，二极管D5的阴极连接线圈KA1的正极，二极管D5的阳极连接线圈的负极，线圈KA1的负极经二极管D2连接第二MOS管Q2的漏极，第二MOS管Q2的漏极和源极之间串接有电阻R9和电容C2，驱动信号高电平输入经二极管D4、电阻R7连接第二MOS管Q2的栅极 ，第二MOS管Q2的栅极与源极之间串接有电阻R8，其中二极管D2的阳极连接线圈KA1的负极，二极管D2的阴极连接第二MOS管Q2的漏极，二极管D4的阳极连接驱动信号。

第二MOS管Q2的漏极还经二极管D3、电阻R10连接后级回路，其中二极管D3的阴极连接第二MOS管Q2的漏极，同时连接二极管D2的阴极。

当启动回路工作和自检完成后，24V电源流入驱动电路，线圈KA1得电后吸合对应差模电压的控制开关K1或K2，完成相应试验等级差模干扰流入工频抗扰度耦合网络4中。如图3所示，二极管D11的作用主要为续流的作用、D2、D3和D4的作用主要为稳定工作电路的作用。由于线圈输入电源切断时会产生较大的压降，为防止线圈烧坏，需要并联一个续流二极管在线圈两侧，将残压缓慢释放，进而保护器件。R3和C1串联后可以吸收峰值电压，减小干扰并为下一级提供信噪比较高的信号。

驱动回路中同样设计有自检回路，当线圈正常得电工作后，K_DRV_CHECK低电平信号流入后级回路，后级回路中同样存在一个光耦器件，光耦器件导通后，会将驱动自检信号发送至CPU 7。自此，驱动回路动作和驱动回路自检功能完成。

如图4所示，工频抗扰度耦合网络4分为试验等级A级差模耦合网络、B级差模耦合网络和A/B级共模耦合网络，共3组耦合网络。

隔离变压器1的100V差模电压回路的一端通过控制开关K1接A级差模耦合网络的火线，另一端接A级差模耦合网络的零线。A级差模耦合网络的火线经过电阻R11（100Ω）和电容C11（0.1μF）接入被测装置的开入正，零线经过电阻R12（100Ω）和电容C12（0.1μF）接入被测装置的开入负，地线接被测装置的机壳地。

隔离变压器1的150V差模电压回路的一端通过控制开关K2接B级差模耦合网络的火线，另一端接B级差模耦合网络的零线。B级差模耦合网络的火线经过电阻R21（100Ω）、电容C21（0.047μF）接入被测装置的开入正，零线经过电阻R22（100Ω）、电容C22（0.047μF）接入被测装置的开入负，地线接被测装置的机壳地。

隔离变压器1的300V A级共模电压回路的一端（工频交流电压对地一端）通过控制开关K3接A级共模耦合网络的火线和零线，另一端接A级共模耦合网络的地线。A级共模耦合网络的火线经过电阻R13（220Ω）、电容C13（0.047μF）接入被测装置的开入正，零线经过电阻R14（220Ω）、电容C14（0.047μF）接入被测装置的开入负，地线接被测装置的机壳地。工频交流电压对地一端。

B级共模耦合网络电路与A级共模耦合网络电路参数一致。

通过以上实施例，本实用新型的一种工频抗扰度自动测试系统，通过选项开关控制CPU，实现A\B级工频抗扰度试验的自动测试功能，具有结构简单、自带安全防护以及造价成本低等优势，可以杜绝大部分传统测试过程中由于传导骚扰引起的安全隐患，满足当下电力行业对电力设备进行工频抗扰度测试的自动测试要求。试验过程中，A\B级试验过程切换快速可靠、动作精确，可以有效降低人为手动操作的失误率。

以上已以较佳实施例公布了本实用新型，然其并非用以限制本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种工频抗扰度自动测试系统，其特征在于，包括：隔离变压器，隔离变压器的原边绕组连接220V工频交流电压，隔离变压器的第一副边绕组通过选项开关KA与电压互感器连接，第一副边绕组还通过控制开关K1与工频抗扰度耦合网络中的A级差模耦合网络连接，隔离变压器的第二副边绕组通过选项开关KB与电压互感器连接，第二副边绕组还通过控制开关K2与工频抗扰度耦合网络中的B级差模耦合网络连接，隔离变压器的第三副边绕组通过控制开关K3与工频抗扰度耦合网络中的A/B级共模耦合网络连接，电压互感器还与过零检测电路连接，过零检测电路与CPU连接，CPU与控制开关K1、控制开关K2和控制开关K3连接。

2.根据权利要求1所述的一种工频抗扰度自动测试系统，其特征在于，第一副边绕组的一端通过控制开关K1接A级差模耦合网络的火线，另一端接A级差模耦合网络的零线；A级差模耦合网络的火线经过电阻R11和电容C11接入被测装置的开入正，零线经过电阻R12和电容C12接入被测装置的开入负，地线接被测装置的机壳地；第二副边绕组的一端通过控制开关K2接B级差模耦合网络的火线，另一端接B级差模耦合网络的零线，B级差模耦合网络的火线经过电阻R21、电容C21接入被测装置的开入正，零线经过电阻R22、电容C22接入被测装置的开入负，地线接被测装置的机壳地；第三副边绕组的一端通过控制开关K3接A/B级共模耦合网络的火线和零线，另一端接A/B级共模耦合网络的地线，A/B级共模耦合网络的火线经过电阻R13、电容C13接入被测装置的开入正，零线经过电阻R14、电容C14接入被测装置的开入负，地线接被测装置的机壳地。

3.根据权利要求1所述的一种工频抗扰度自动测试系统，其特征在于，还包括启动回路，所述启动回路包括第一光耦U1，第一光耦U1中发光二极管的阳极连接启动信号高电平输入，第一光耦U1中发光二极管的阴极接地，第一光耦U1中光敏三级管的集电极连接第一MOS管Q1的栅极，同时第一光耦U1中光敏三级管的集电极还连接24V电源输入，第一光耦U1中光敏三级管的发射极接地，第一MOS管Q1的漏极连接24V电源输入，第一MOS管Q1的源极连接24V电源输出。

4.根据权利要求3所述的一种工频抗扰度自动测试系统，其特征在于，第一光耦U1中光敏三级管的集电极经电阻R2、电阻R1连接24V电源输入，同时第一光耦U1中光敏三级管的集电极经电阻R2、电阻R3连接第一MOS管Q1的栅极，第一MOS管Q1的栅极经电阻R3、电阻R1连接24V电源输入，电阻R1两端并联有稳压管V1，第一MOS管Q1的漏极和源极之间串接有电阻R4和电容C1。

5.根据权利要求3所述的一种工频抗扰度自动测试系统，其特征在于，所述启动回路还包括第一自检回路，所述第一自检回路包括第二光耦U2，第二光耦U2中发光二极管的阳极连接24V电源输出，第二光耦U2中发光二极管的阴极接地，第二光耦U2中光敏三级管的集电极连接CPU，第二光耦U2中光敏三级管的发射极接地。

6.根据权利要求5所述的一种工频抗扰度自动测试系统，其特征在于，所述第一自检回路还包括二极管D1，二极管的阴极连接第二光耦U2中发光二极管的阳极，同时二极管D1的阴极经过电阻R6、电阻R5连接至24V电源输出，二极管D1的阳极连接第二光耦U2中发光二极管的阴极，同时二极管D1的阳极接地。

7.根据权利要求3所述的一种工频抗扰度自动测试系统，其特征在于，还包括驱动回路，所述驱动回路包括第二MOS管Q2，第二MOS管Q2的栅极连接驱动信号高电平输入，第二MOS管Q2的漏极连接线圈KA1的负极，线圈KA1的正极连接启动回路的24V电源输出，第二MOS管Q2的源极接地。

8.根据权利要求7所述的一种工频抗扰度自动测试系统，其特征在于，所述线圈KA1两端并联有二极管D5，二极管D5的阴极连接线圈KA1的正极，二极管D5的阳极连接线圈的负极，线圈KA1的负极经二极管D2连接第二MOS管Q2的漏极，第二MOS管Q2的漏极和源极之间串接有电阻R9和电容C2，驱动信号高电平输入经二极管D4、电阻R7连接第二MOS管Q2的栅极，第二MOS管Q2的栅极与源极之间串接有电阻R8，其中二极管D2的阳极连接线圈KA1的负极，二极管D2的阴极连接第二MOS管Q2的漏极，二极管D4的阳极连接驱动信号。

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