CN217739299U - 一种综合微机保护装置的模拟量采集模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于综合微机保护技术领域，公开了一种综合微机保护装置的模拟量采集模块，第一AD转换器与第一多路转换器连接，第二AD转换器与第二多路转换器连接；第一多路转换器与第二运算放大器连接，第二多路转换器与第四运算放大器连接；第一多路转换器与第一运算放大器连接，第二多路转换器与第三运算放大器连接。本实用新型选用价格低，重量轻的精密互感器，增加精密电阻电容及运算放大器电路，选用集成AD转换器的CPU，替代现有技术采用的大而重的精密互感器和专用AD采集芯片，大大减小了装置重量，有效避免了模拟量板件卡槽损坏，也避免了电路板变形，增加了装置的可靠性，大大降低了装置的硬件成本，提高了装置的性价比。

Description

一种综合微机保护装置的模拟量采集模块

技术领域

本实用新型属于综合微机保护技术领域，尤其涉及一种综合微机保护设备的模拟量采集装置。

背景技术

现阶段电力行业的综合微机保护装置的模拟量采集模块采用专用AD芯片配合精密电流电压互感器，将模拟量转换为数字量，再通过数据总线送入单片机进行运算和分析。这种模拟量采集模块成本高，重量重，可靠性低。

通用的综合微机保护装置一般需要采集6路交流电流和6路交流电压信号。现有的综合微机保护装置的模拟量采集方案采用大而重的精密互感器，将6路0～100A的交流电流信号和6路0～100V的交流电压信号隔离变换为0～10V交流电压信号，再送至专用AD采集芯片，专用AD采集芯片将此电压信号转换为数字量后传输给CPU。

现有综合微机保护装置的专用AD采集芯片最大可采集8路信号，因此需要2片这样的芯片，而单颗专用AD采集芯片的成本比CPU芯片成本还高，这就大大增加了综合微机保护装置的硬件成本，加之现有综合微机保护装置所使用的6路精密电流互感器和6路精密电压互感器，互感器直接输出0～10V的交流电压信号，对互感器的制作要求高，互感器的铁芯大，互感器内部还需要集成分压电路，增加了互感器的重量和成本。现有综合微机保护装置模拟量采集模块中装配有12个这样的精密互感器，导致模拟采集模块非常重，容易出现导轨卡槽损坏或PCB板变形的现象，给产品质量带来隐患。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有综合微机保护装置模拟量采集模块中装配有12个这样的精密互感器，导致模拟量采集模块非常重，容易出现导轨卡槽损坏或PCB板变形的现象，给产品质量带来隐患。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种综合微机保护装置的模拟量采集模块。

本实用新型是这样实现的，一种综合微机保护装置的模拟量采集模块，所述综合微机保护装置的模拟量采集模块设置有第一AD转换器、第二AD转换器；

第一AD转换器与第一多路转换器连接，第二AD转换器与第二多路转换器连接；

第一多路转换器与第二运算放大器连接，第二多路转换器与第四运算放大器连接；

第一多路转换器与第一运算放大器连接，第二多路转换器与第三运算放大器连接。

进一步，所述第二运算放大器与第二Ri精密电阻连接，第二Ri精密电阻与第二精密电流互感器连接；

第一运算放大器与第一Ri精密电阻连接，第一Ri精密电阻与第一精密电流互感器连接。

进一步，所述第一Ri精密电阻、第二Ri精密电阻分别与虚地发生器连接。

进一步，所述第三运算放大器与第一Rv精密电阻连接，第一Rv精密电阻与第一精密电压互感器连接；

第四运算放大器与第二Rv精密电阻连接，第二Rv精密电阻与第二精密电压互感器连接。

进一步，所述第一Rv精密电阻、第二Rv精密电阻分别与虚地发生器连接。

本实用新型的另一目的在于提供一种所述综合微机保护装置的模拟量采集模块在电力35KV及以下电压等级的线路保护中的应用。

本实用新型的另一目的在于提供一种所述综合微机保护装置的模拟量采集模块在变压器及后备保护，电动机保护，备自投保护中的应用。

本实用新型的另一目的在于提供一种所述综合微机保护装置的模拟量采集模块在环网柜，中置柜及箱变等各种电力配电网络中的应用。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本实用新型所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

本实用新型将外部输入的0～100A的交流电流通过体积小，重量轻的小型精密电流互感器，隔离变换为0～50mA的小电流信号；将外部输入的0～100V的交流电压经精密电阻变为0～2mA的电流信号，再通过体积小，重量轻的小型精密电压互感器隔离变换为0～2mA的电流信号，配合采样电阻和运算放大器，调整为0～1.65V的交流电压信号，再通过虚地发生器将0V参考电压抬高为1.65V参考电压，使过零点的0～1.65V交流电压信号变为横坐标为1.65V的交流电压信号，直接接入内置AD转换器的CPU模拟采集端口。CPU内置的AD转换器由2路多路模拟转换开关和2路AD转换器组成，可将多达16路高于0V的电压依次转换为数字量，CPU按软件编程写入的模拟量排序依次进行转换，并将转换结果直接送至CPU的内部buffer，CPU内部的运算单元直接可读取转换的数字量。

本实用新型选用价格低，重量轻的精密互感器，增加精密电阻电容及运算放大器电路实现模拟信号调理，替代现有技术采用的大而重的精密互感器，大大减小了装置重量，有效避免了模拟量采集模块卡槽损坏，也避免了电路板变形，增加了装置的可靠性；选用集成AD转换器的CPU芯片完成模数转换并进行运算，替代现有技术采用独立的专用AD采集芯片和独立CPU芯片的组合完成模数转换和运算，大大降低了装置的硬件成本，提高了装置的性价比。

本实用新型的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本实用新型的技术方案转化后的产品将极大解决环网柜及中置柜对现有成本过高的困扰，随着电力配网的发展，环网柜和中置柜的需求量越来越大，成本要求也越来越低，本实用新型在满足质量的条件下将成本降至更低的水准，将占领更大的市场。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的综合微机保护装置的模拟量采集模块结构示意图。

图中：1、第一精密电流互感器；2、第二精密电流互感器；3、第一精密电压互感器；4、第二精密电压互感器；5、虚地发生器；6、第一Ri精密电阻；7、第二Ri精密电阻；8、第一Rv精密电阻；9、第二Rv精密电阻；10、第一运算放大器；11、第二运算放大器；12、第三运算放大器；13、第四运算放大器；14、第一多路转换器；15、第二多路转换器；16、CPU；17、第一AD转换器；18、第二AD转换器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本实用新型如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所述，本实用新型实施例提供的综合微机保护装置的模拟量采集模块中第一精密电流互感器1与第一Ri精密电阻6连接，第一Ri精密电阻6与第一运算放大器10连接，第一运算放大器10与CPU16中的第一多路转换器14连接，第一多路转换器14与第一AD转换器17连接。第二精密电流互感器2与第二Ri精密电阻7连接，第二Ri精密电阻7与第二运算放大器11连接，第二运算放大器11与CPU16中的第一多路转换器14连接，第一多路转换器14与第一AD转换器17连接。第一精密电压互感器3与第一Rv精密电阻8连接，第一Rv精密电阻8与第三运算放大器12连接，第三运算放大器12与CPU16中的第二多路转换器15连接，第二多路转换器15与第二AD转换器18连接。第二精密电压互感器4与第二Rv精密电阻9连接，第二Rv精密电阻9与第四运算放大器13连接，第四运算放大器13与CPU16中的第二多路转换器15连接，第二多路转换器15与第二AD转换器18连接；第一Ri精密电阻6、第二Ri精密电阻7、第一Rv精密电阻8、第二Rv精密电阻9分别与虚地发生器5连接。

本实用新型的工作原理为：0～100A的交流电流通过精密电流互感器(第一精密电流互感器1、第二精密电流互感器2)隔离变换后变为0～50mA小电流信号，再通过Ri精密电阻(第一Ri精密电阻6、第二Ri精密电阻7)进行取样，将0～50mA的小电流信号变为0～0.5V的小电压信号，再经过运算放大器(第一运算放大器10、第二运算放大器11)放大为0～1.65V电压信号，虚地发生器5产生的1.65V作为运算放大器(第一运算放大器10、第二运算放大器11)的虚拟地，将0～1.65V交流信号变为以1.65V为横坐标，上下幅值为±1.65V的交流信号，然后进入CPU16内置的第一AD转换器17进行AD采集和转换。

0～100V的交流电压经过Rw精密电阻后变为0～2mA的小电流信号，再通过精密电压互感器(第一精密电压互感器3、第二精密电压互感器4)隔离变换后同样变为0～2mA小电流信号，再通过Rv精密电阻(第一Rv精密电阻8、第二Rv精密电阻9)进行取样，将0～2mA的小电流信号变为0～0.1V的小电压信号，再经过运算放大器(第三运算放大器12、第四运算放大器13)放大为0～1.65V电压信号，虚地发生器5产生的1.65V作为运算放大器(第三运算放大器12、第四运算放大器13)的虚拟地，将0～1.65V交流信号变为以1.65V为横坐标，上下幅值为±1.65V的交流信号，然后进入CPU16内置的第二AD转换器18进行AD采集和转换。

CPU16内部的AD转换器(第一AD转换器17和第二AD转换器18)采集到电流电压信号后送至CPU16进行运算，运算结果有2个用途，第1个用途与事先设定好的电流电压定值进行比较，根据比较结果通过CPU输出口线输出高低电平，再驱动继电器动作；第2个用途通过CPU驱动液晶模块将运算结果输出到液晶屏幕上，方便客户查看。

二、应用实施例。为了证明本实用新型的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用的应用实施例。

如下图为某35kV变电站工程项目应用案例：该项目的综合微机保护装置和线路保护装置的模拟量采集模块采集线路中的三相测量电流，三相保护电流，零序电流，三相母线电压，线路抽取电压等模拟量，保护装置中的CPU将采集的模拟量显示于显示屏上，方便用户查看，同时将采集到的模拟量通过网络上传至网络交换机，通过网络交换机进一步将数据传输给变电站中心进行统一调度。

三、实施例相关效果的证据。本实用新型实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

本实用新型采用小型精密电流和电压互感器及单芯片CPU替代了传统综合微机保护装置中模拟采集模块需要大型精密电流电压互感器和专用AD采集芯片的方案，大大降低了产品硬件成本，减小了产品体积和重量，提高了产品可靠性。采集模拟将0～100A电流和0～100V电压信号进行调理和放大，输送给CPU内部的高分辨率AD转换器，AD转换器将模拟量转换为16位的数字量，输送给CPU内部的运算单元模块进行数据分析和运算，所有测试数据如下表，可以看出误差均不大于0.1％.

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种综合微机保护装置的模拟量采集模块，其特征在于，所述综合微机保护装置的模拟量采集模块设置有：

第一AD转换器、第二AD转换器；

第一AD转换器与第一多路转换器连接，第二AD转换器与第二多路转换器连接；

第一多路转换器与第二运算放大器连接，第二多路转换器与第四运算放大器连接；

第一多路转换器与第一运算放大器连接，第二多路转换器与第三运算放大器连接。

2.如权利要求1所述综合微机保护装置的模拟量采集模块，其特征在于，所述第二运算放大器与第二Ri精密电阻连接，第二Ri精密电阻与第二精密电流互感器连接；

第一运算放大器与第一Ri精密电阻连接，第一Ri精密电阻与第一精密电流互感器连接。

3.如权利要求2所述综合微机保护装置的模拟量采集模块，其特征在于，所述第一Ri精密电阻、第二Ri精密电阻分别与虚地发生器连接。

4.如权利要求1所述综合微机保护装置的模拟量采集模块，其特征在于，所述第三运算放大器与第一Rv精密电阻连接，第一Rv精密电阻与第一精密电压互感器连接；

第四运算放大器与第二Rv精密电阻连接，第二Rv精密电阻与第二精密电压互感器连接。

5.如权利要求4所述综合微机保护装置的模拟量采集模块，其特征在于，所述第一Rv精密电阻、第二Rv精密电阻分别与虚地发生器连接。

Images