专利名称：一种输电线路故障电流精确采样装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及变电站故障电流监测领域，具体是一种输电线路故障电流精确采样装置。
背景技术：
在高压远距离输电线路上，为了保证电力系统的稳定运行，要求对线路故障信号能够精确采集。在电感性元件组成的电力系统中发生短路时，短路暂态过程中将出现随时间衰减的非周期性自由分量。输电线路不仅有电感，而且线与线之间、线与地之间有电容， 且这些参数是沿线路均匀分布的。因此，高压工频故障时，有无穷多个随时间衰减的周期性自由分量，并且它们的频率都高于工频。高压输电线路工频故障时的高频暂态分量包含大量的故障信息，其中包括故障类型、方向、位置、持续时间等，如若能够采集到完整的故障信号，则对于故障判断乃至输电线路继电保护都有极大的意义。但是传统基于工频量的保护，信号采集过程中高频分量通常都会被作为干扰而被滤掉，造成故障电流信号的失真，不利于变电站有效运行。
发明内容
为了采集工频故障电流时高频暂态分量，同时在不降低正常工频电流信号前提下，本发明提供一种输电线路故障电流精确采样装置，有针对性地采集工频正常电流和故障电流信号，实现对故障信号的完整采样。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种输电线路故障电流精确采样装置，该装置由正常、故障各三个通道，每个通道按信号走向依次从电流前置处理�？�、信号调理�？�、模数转换�？�、通道切换�？�、数据处理模块、数据存储�？椋馕敝涌刂颇？楹屯ㄐ拍？榱幼槌桑涞缦呗否詈系牡缌餍藕啪缌髑爸么砟？�、信号调理�？椋Ｊ荒？榭墒侗鸬牡ゼ缘缪剐藕牛缓竽Ｊ荒？榻涑龅氖中藕潘椭镣ǖ狼谢荒？椋ǖ狼谢荒？橄煊π藕挪⒎⒊銮谢恍藕磐ǖ揽刈刺拿睿詈蟊谎≡裢ü藕磐返男藕疟淮潦荽砟？椋缓蟠娲⒂谑荽娲⒛？橹校荽娲⒛？橐坏┓⑾止收锨榭觯赏üㄐ拍？橄蚓址酱菔凳惫收闲畔ⅲ馕敝涌刂颇？榭刂颇Ｊ荒？榈牟裳德�。所述正常三个通道的电流前置处理�？榘ㄒ宦奘舷呷Γ换值缏罚坏屯瞬ǖ缏罚鹘峁固卣魅缦�
一罗氏线圈，其直接从是线路上耦合电流信号；
一积分电路，其反向输入端串联电阻R1，同向输入端并联积分电容Cl和积分电阻R2,积分器电源为5V电源，正负两端分别并联第一等值电容C2和第二等值电容C3，积分器输出端并联二极管Dl，并通过电容C4反馈信号；
一低通滤波电路，其为二阶有源低通滤波结构，同向输入端串联第一低通滤波电阻R3、第二低通滤波电阻R4,并联第一低通滤波电容C5、第二低通滤波电容C6,其中第一低通滤波电容C5接至输出端，第二低通滤波电容C6接地，反向输出端并联第一同相比例放大电阻R5、第二同相比例放大电阻R6。所述故障三个通道的电流前置处理�？榘ㄒ宦奘舷呷Γ换值缏罚桓咄瞬ǖ缏罚鹘峁固卣魅缦�
一罗氏线圈，其直接从是线路上耦 合电流信号；
一积分电路，其反向输入端串联电阻R7,同向输入端并联积分电容C7和积分电阻R8,积分器电源为5V电源，正负两端分别并联第三等值电容CS和第四等值电容C9，积分器输出端并联二极管D2，并通过电容ClO反馈信号；
一高通滤波电路，其为二阶有源高通滤波结构，同向输入端串联第一高通滤波电容C11、第二高通滤波电容C12，并联第一高通滤波电阻R9、第二高通滤波电阻R10，其中第一高通滤波电阻R9接至输出端，第二高通滤波电阻RlO接地，反向输出端并联第一同相比例放大电阻R11、第二同相比例放大电阻R12。所述信号调理�？槭遣捎盟淙氲ナ涑龅牟罘纸峁梗朔诺缭次�5V，正负两端分别并联第五等值电容C13和第五等值电容C14，两输入端串联第一等值电阻R13和第一等值电阻R14，同向输入端串联双向TVS瞬态抑制二极管D2，输出端串联电阻R16和并联电容C15，运放通过电阻R13反馈信号。所述通道切换模块为一集成电路，包括电压比较器、控制开关，其中电压比较器采用单极+5V电源，输入端串联第一电阻R18、第二电阻R19、第三电阻R20，且正、负输入端并联第一稳压二极管D4、第二稳压二极管D5、第三稳压二极管D6和第四稳压二极管D7，两个电压比较器共用外接电阻R21，当信号突变时，输出高电平；反之，则输出低电平，两个电压比较器输出端接控制开关，当开关接收高电平信号，则开关状态翻转一次。信号调理�？椴捎盟淙氲ナ涑龅牟罘纸峁梗俏私缌餍藕抛晃Ｊ荒？榭纱淼牡ゼ缘缪剐藕�。正常状态下，通道切换模块集成电路电压比较器输出低电平，开关状态保持不变，正常通道采集的三相电流信号可以传至数据处理�？椋收献刺嗟缌餍藕旁虿荒芡ü⒋绞荽娲⒛？椋瓿墒荽娲ⅲ坏惫て倒收鲜保藕磐槐洌冉掀魇涑龈叩缙铰龀澹シ⒖刈刺⑸佣２杉ǖ拦乇眨收喜杉ǖ廊嗟缌餍藕磐ü⒋绞荽娲⒛？椋贝砗蟮男藕磐ü馕ㄐ拍？榇椭辆址�。本发明的有益效果通过采集通道切换，有针对性地采集不同状态下的电流，扩宽了采集信号的频谱范围，避免了高频暂态故障电流信号失真，实现了工频故障电流信息的完整采集。本实用型还可以通过数据存储�？橛胪ǖ狼谢荒？橹湫畔⒎蠢。ㄆ诩觳楸冉暇龋绻⑾志扔衅В岱⑺捅ǜ娓址剑笆毙拚�。
图I是输电线路故障电流精确采样装置的总体结构框 图2是正常工频单相采集通道电流前置处理�？椋�
图3是故障工频单相采集通道电流前置处理�？椋�
图4是电流信号调理�？椋�
图5是通道切换�？榧傻缏返缪贡冉掀鞑糠帧�
具体实施例方式下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。如图I所示，本发明所述的输电线路故障电流精确采样装置，由三个正常通道和三个故障通道组成，每个通道按信号走向依顺序从电流前置处理�？�、信号调理�？�、模数转换�？椤⑼ǖ狼谢荒？�、数据处理�？�、数据存储�？�、时钟控制�？楹屯ㄐ拍？榱幼槌桑涞缦呗否詈系牡缌餍藕啪缌髑爸么砟？�、信号调理�？椋Ｊ荒？榭墒侗鸬牡ゼ缘缪剐藕牛缓竽Ｊ荒？榻涑龅氖中藕潘椭镣ǖ狼谢荒？椋ǖ狼谢荒？橄煊π藕挪⒎⒊銮谢恍藕磐ǖ揽刈刺拿睿詈蟊谎≡裢ü藕磐返男藕疟淮潦荽砟？椋缓蟠娲⒂谑荽娲⒛？橹校皇荽娲⒛？橐坏┓⑾止收锨榭觯赏üㄐ拍？橄蚓址酱菔凳惫收闲畔ⅲ馕敝涌刂颇？榭刂颇Ｊ荒？榈牟裳德�。三个正常通道和三个故障通道分别采集正常、故障时刻A、B、C三相工频电流。如图2所示，所述正常三个通道的电流前置处理模块包括一罗氏线圈，其直接从 线路上耦合电流信号；一积分电路，将罗氏线圈耦合信号di/dt还原为电流信号，其反向输入端串联电阻R1，同向输入端并联积分电容Cl和积分电阻R2，积分器电源为5V电源，电源正负两端分别并联第一等值电容C2和第二等值电容C3，过滤外界信号干扰，积分器输出端并联二极管D1，并通过电容C4反馈信号，可以稳定输出信号和防止输出信号漂移；一低通滤波电路，其为二阶有源低通滤波结构，同向输入端串联第一低通滤波电阻R3、第二低通滤波电阻R4,并联第一低通滤波电容C5、第二低通滤波电容C6,其中第一低通滤波电容C5接至输出端，第二低通滤波电容C6接地，四者构成二阶有源低通滤波结构的滤波结构部分，反向输出端并联第一同相比例放大电阻R5、第二同相比例放大电阻R6，二者构成二阶有源低通滤波结构同相比例放大结构部分。如图3所示，所述故障三个通道的电流前置处理�？榘ㄒ宦奘舷呷Γ渲苯哟酉呗飞像詈系缌餍藕牛灰换值缏罚奘舷呷︸詈闲藕興i/dt还原为电流信号，其反向输入端串联电阻R7，同向输入端并联积分电容C7和积分电阻R8，积分器电源为5V电源，电源正负两端分别并联第三等值电容CS和第四等值电容C9，过滤外界信号干扰，积分器输出端并联二极管D2，并通过电容ClO反馈信号，可以稳定输出信号和防止输出信号漂移；一高通滤波电路，其为二阶有源高通滤波结构，同向输入端串联第一高通滤波电容CU、第二高通滤波电容C12，并联第一高通滤波电阻R9、第二高通滤波电阻R10，其中第一高通滤波电阻R9接至输出端，第二高通滤波电阻RlO接地，四者构成二阶有源高通滤波结构的滤波结构部分；反向输出端并联第一同相比例放大电阻R11、第二同相比例放大电阻R12，二者构成二阶有源高通滤波结构同相比例放大结构部分。如图4所示，所述信号调理�？椴捎盟淙氲ナ涑龅牟罘纸峁梗朔诺牡缭次�5V电源，电源正负两端分别并联第五等值电容C13和第六等值电容C14，两输入端串联第一等值电阻R13和第二等值电阻R14，同向输入端串联双向TVS瞬态抑制二极管D3，稳定输出电压，输出端串联电阻R16和并联电容C15，运放通过电阻R13反馈信号；
如图5所示，所述通道切换模块集成电路电压比较器部分包括单极+5V电源，输入端串联电阻R18、R19、R20,且正、负输入端并联稳压二极管D4、D5、D6、D7，两比较器共用外接电阻R21。正常状态时，比较器输出低电平，开关状态保持不变，正常通道采集的三相电流信号可以传至数据处理�？椋收献刺嗟缌餍藕旁虿荒芡ü⒋绞荽娲⒛？椋瓿墒荽娲ⅰ５惫て倒收鲜保藕磐槐洌冉掀魇涑龈叩缙铰龀澹シ⒖刈刺⑸� 而正常信号采集通道关闭，故障采集通道三相电流信号通过并传到数据存储�？�。
权利要求
1.ー种输电线路故障电流精确采样装置，其特征是该装置由正常、故障各三个通道，每个通道按信号走向依次从电流前置处理�？�、信号调理�？�、模数转换�？�、通道切换�？椤⑹荽砟？�、数据存储�？椋馕У氖敝涌刂颇？楹屯ㄐ拍？榱幼槌桑涞缦呗否詈系牡缌餍藕啪缌髑爸么砟？�、信号调理模块，转化为模数转换模块可识别的单极性电压信号，然后模数转换�？榻涑龅氖中藕潘椭镣ǖ狼袚Q模块，通道切换模块响应信号并发出切换信号通道开关状态的命令，最后被选择通过信号通路的信号被传至数据处理�？椋缓蟠娲⒂谑荽娲⒛？橹校馕敝涌刂颇？榭刂颇Ｊ荒？榈牟裳德�。
2.根据权利要求I所述的输电线路故障电流精确采样装置，其特征是所述正常三个通道的电流前置处理�？榘ī`罗氏线圈，ー积分电路，一低通滤波电路，各结构特征如下 ー罗氏线圈，其直接从是线路上耦合电流信号； ー积分电路，其反向输入端串联电阻R1，同向输入端并联积分电容Cl和积分电阻R2,积分器电源为5V电源，正负两端分别并联第一等值电容C2和第二等值电容C3，积分器输出端并联ニ极管Dl，并通过电容C4反馈信号； 一低通滤波电路，其为ニ阶有源低通滤波结构，同向输入端串联第一低通滤波电阻R3、第二低通滤波电阻R4,并联第一低通滤波电容C5、第二低通滤波电容C6,其中第一低通滤波电容C5接至输出端，第二低通滤波电容C6接地，反向输出端并联第一同相比例放大电阻R5、第二同相比例放大电阻R6。
3.根据权利要求I所述的输电线路故障电流精确采样装置，其特征是所述故障三个通道的电流前置处理�？榘ī`罗氏线圈，ー积分电路，一高通滤波电路，各结构特征如下 ー罗氏线圈，其直接从是线路上耦合电流信号； ー积分电路，其反向输入端串联电阻R7,同向输入端并联积分电容C7和积分电阻R8,积分器电源为5V电源，正负两端分别并联第三等值电容CS和第四等值电容C9，积分器输出端并联ニ极管D2，并通过电容ClO反馈信号； 一高通滤波电路，其为ニ阶有源高通滤波结构，同向输入端串联第一高通滤波电容C11、第二高通滤波电容C12，并联第一高通滤波电阻R9、第二高通滤波电阻R10，其中第一高通滤波电阻R9接至输出端，第二高通滤波电阻RlO接地，反向输出端并联第一同相比例放大电阻R11、第二同相比例放大电阻R12。
4.根据权利要求I所述的输电线路故障电流精确采样装置，其特征是所述信号调理�？槭遣捎盟淙氲ナ涑龅牟罘纸峁梗朔诺缭次�5V，正负两端分别并联第五等值电容C13和第五等值电容C14，两输入端串联第一等值电阻R13和第一等值电阻R14，同向输入端串联双向TVS瞬态抑制ニ极管D2，输出端串联电阻R16和并联电容C15，运放通过电阻R13反馈信号。
5.根据权利要求书I所述ー种输电线路故障电流精确采样装置，其特征是所述通道切換�？槲患傻缏罚ǖ缪贡冉掀�、控制开关，其中电压比较器采用单极+5V电源，输入端串联第一电阻R18、第二电阻R19、第三电阻R20，且正、负输入端并联第一稳压ニ极管D4、第二稳压ニ极管D5、第三稳压ニ极管D6和第四稳压ニ极管D7，两个电压比较器共用外接电阻R21，当信号突变时，输出高电平；反之，则输出低电平，两个电压比较器输出端接控制开关，当开关接收高电平信号，则开关状态翻转一次。·
全文摘要
一种输电线路故障电流精确采样装置，由正常、故障各三个通道，每个通道按信号走向依顺序从电流前置处理�？�、信号调理�？�、模数转换�？�、通道切换�？�、数据处理�？�、数据存储�？椋馕У氖敝涌刂颇？楹屯ㄐ拍？榱幼槌�。本装置通过信号采集通道切换，有针对性地采集不同状态下的电流信号，扩宽了采集信号的频谱范围，避免了高频暂态故障电流信号失真，实现了工频故障电流信息的完整采集。
文档编号G01R19/25GK102692554SQ20121019421
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者徐开仁, 朱时阳, 李明贵, 邓雨荣, 邬蓉蓉, 黄志都 申请人:广西电网公司电力科学研究院
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