一种继电保护装置相位测试装置的制作方法

本实用新型涉及继电保护技术领域，尤其涉及一种继电保护装置相位测试装置。

背景技术：

传统继电保护、仪器仪表模拟量输入均采用电缆传输二次电压、电流的模拟量，一次电流和电压经过电流互感器和电压互感器分别变换为二次电流以及二次电压的模拟量。模拟量经过转换或着直接通过继电保护装置的a/d接口，传给继电保护装置。继电保护装置通过数据的计算和分析判断决定是否跳闸。若需要跳闸，继电器输出开关量则传输给智能操作箱，实现了断路器的跳闸操作。跳闸后智能断路器返回当前状态并传输给智能操作箱，再传送给开入量输入模拟模块接收，判断是否进行正确跳闸动作。

继电保护是电力系统中重要的二次设备，能够保障电力系统安全可靠的运行，因此，需要对继电保护装置进行定期检测。继电保护装置只有相位测定正确，才能保证保护装置交流输入回路接线的正确性，测试正确后方可投入运行。继电保护装置相位测试装置的原理是分别在电流互感器和电压互感器的一次侧加电压或电流，利用电压、电流相位及幅值控制来模拟线路和变压器负荷电压和电流，常用与变压器保护、母线保护和线路保护，在进行保护时，通常是通过检测电流互感器或电压互感器上的电流信号或电压信号的相位，但是现有的继电保护装置相位测试装置中对采集的电流信号和电压信号一般只会做放大滤波处理，由于变压器、母线和线路的环境干扰大，导致采集的电流和电压信号中高频成分大，并且电流信号采集或电压信号采集不同步，进行使得继电保护装置相位测试装置的测试精度不高。因此，为解决上述问题，本实用新型提供一种继电保护装置相位测试装置，可以同步采集电流或电压，消除电路中的高频成分，提高检测精度。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提出了一种继电保护装置相位测试装置，可以同步采集电流或电压，消除电路中的高频成分，提高检测精度。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种继电保护装置相位测试装置，其包括两台交流电流源、一台交流电压源、电压互感器、电流互感器、多路模拟量采集单元、开关量输入单元、开关量输出单元和处理器，模拟量采集单元包括顺次电性连接的信号调理电路、低通滤波器、采样保持器、模拟开关和a/d转换器；

电流互感器和电压互感器均并联在母线上，处理器的pwm接口分别与交流电流源和交流电压源的控制端电性连接，交流电流源的输出端与电流互感器的一次侧电性连接，交流电压源的输出端与电压互感器的一次侧电性连接，电流互感器的二次侧和电压互感器的二次侧分别与两路信号调理电路的输入端一一对应电性连接，a/d转换器的数字输出口与处理器的pwm接口电性连接，开关量输入单元的输出端与处理器电性连接，开关量输出单元的输入端与处理器电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，信号调理电路包括电阻r47-r49、电容c32、运算放大器opa2277和pga205放大器；

运算放大器opa2277的反相输入端与电流互感器的二次侧或电压互感器的二次侧电性连接，运算放大器opa2277的同相输入端通过电阻r48接地，电阻r47并联在运算放大器opa2277的反相输入端和其输出端之间，运算放大器opa2277的输出端通过电阻r48与pga205放大器的vin+引脚电性连接，电容c32的一端与pga205放大器的vin+引脚电性连接，电容c32的另一端接地，pga205放大器的vin-引脚接地，pga205放大器的vo引脚与低通滤波器电性连接。

进一步优选的，低通滤波器包括电阻r50和电容c35；

pga205放大器的vo引脚通过电阻r50与采样保持器的输入端电性连接，电容c35的一端与采样保持器的输入端电性连接，电容c35的另一端接地。

进一步优选的，采样保持器包括lf198芯片、电阻r51、电阻r52、可调电阻r23和电容c36；

pga205放大器的vo引脚通过电阻r50与lf198芯片的in引脚电性连接，lf198芯片的logic引脚通过电阻r52接地，lf198芯片的logicref引脚接地，lf198芯片的offsetadj引脚与可调电阻r23的滑片电性连接，可调电阻r23的一端接地，可调电阻r23的另一端与电源电性连接，lf198芯片的ch引脚通过电容c36接地，lf198芯片的out引脚与模拟开关的输入端电性连接。

进一步优选的，模拟开关包括ad7503芯片；

ad7503芯片的a0、a1、a2和en引脚分别与处理器的i/o口一一对应电性连接，ad7503芯片的s5引脚与lf198芯片的out引脚电性连接，ad7503芯片的out引脚与a/d转换器的模拟输入口电性连接。

进一步优选的，a/d转换器包括ads8556芯片；

ads8556芯片的ch_a0引脚与ad7503芯片的out引脚电性连接，ads8556芯片的db0-db15引脚分别与处理器的i/o口一一对应电性连接。

进一步优选的，处理器包括tms320f2812芯片；

tms320f2812芯片ioa0-ioa15引脚分别与ads8556芯片的db0-db15引脚一一对应电性连接，tms320f2812芯片的iof7、iof6和xint引脚分别与ads8556芯片的cs、reset和busy引脚一一对应电性连接，tms320f2812芯片的iod0引脚分别与ads8556芯片的rd、convsta、convstb和convstc引脚电性连接，tms320f2812芯片的gpioa0_pwm1、gpioa1_pwm2、gpioa2_pwm3和gpioa3_pwm4引脚分别与ad7503芯片的a0、a1、a2和en引脚一一对应电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，交流电流源最大输出量为300a，交流电压源最大输出量为10kv。

本实用新型的一种继电保护装置相位测试装置相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过在信号调理电路中设置可编程增益放大器，可以调节放大倍数，其具有低失调电压、低输入偏置电流、低温漂和较高的共模抑制比等特点，对高频干扰有一定的抑制作用；

(2)通过设置采样保持器，可以保证在a/d转换过程中输入的模拟量信号不发生变化，并保证各通道同步采样，使各模拟量的相位关系在采样前后保持不变，由于每路信号处理电路的电路结构相同，因此可以实现电流和电压的同步采集；

(3)通过设置模拟开关加载不同的通道信号来选择电压和电流信号中的一组，送至a/d转换器进行处理，简化了电路结构，提高了电路的集成度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种继电保护装置相位测试装置的结构图；

图2为本实用新型一种继电保护装置相位测试装置中信号调理电路的电路图；

图3为本实用新型一种继电保护装置相位测试装置中采样保持器和模拟开关连接的电路图；

图4为本实用新型一种继电保护装置相位测试装置中a/d转换器的电路图；

图5为本实用新型一种继电保护装置相位测试装置中处理器与a/d转换器和模拟开关连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种继电保护装置相位测试装置，其包括两台交流电流源、一台交流电压源、电压互感器、电流互感器、模拟量采集单元、开关量输入单元、开关量输出单元和处理器。其中，电流互感器和电压互感器均并联在母线上，处理器的pwm接口分别与交流电流源和交流电压源的控制端电性连接，交流电流源的输出端与电流互感器的一次侧电性连接，交流电压源的输出端与电压互感器的一次侧电性连接，电流互感器的二次侧和电压互感器的二次侧均与模拟量采集单元的输入端电性连接，模拟量采集单元的输出端与处理器的pwm接口电性连接，开关量输入单元的输出端与处理器电性连接，开关量输出单元的输入端与处理器电性连接。

模拟量采集单元，主要用来采集电流或电压，并负责模拟信号转成数字信号。在本实施例中，如图1所示，模拟采集单元包括顺次电性连接的信号调理电路、低通滤波器、采样保持器、模拟开关和a/d转换器，其中，信号调理电路、低通滤波器和采样保持器只能处理一路模拟信号，在本实施例中，将信号调理电路、低通滤波器和采样保持器组成的通道为模拟通道，而模拟开关可以从多路模拟通道中选取一路电路输出至a/d转换器，因此，模拟采集单元可以包括多路模拟通道，多路模拟通道的输出端分别与模拟开关的开关输入端一一对应电性连接，这里设计模拟开关可以只使用一路a/d转换器即可实现多路模拟信号的转换，简化了电路结构和装置的体积。

信号调理电路将电流互感器或者电压互感器输出的电流、电压转换成满足a/d转换器量程所要求的电压，同时还对高频干扰有一定的抑制作用。在本实施例中，如图2所示，信号调理电路包括电阻r47-r49、电容c32、运算放大器opa2277和pga205放大器；具体的，运算放大器opa2277的反相输入端与电流互感器的二次侧或电压互感器的二次侧电性连接，运算放大器opa2277的同相输入端通过电阻r48接地，电阻r47并联在运算放大器opa2277的反相输入端和其输出端之间，运算放大器opa2277的输出端通过电阻r48与pga205放大器的vin+引脚电性连接，电容c32的一端与pga205放大器的vin+引脚电性连接，电容c32的另一端接地，pga205放大器的vin-引脚接地，pga205放大器的vo引脚与低通滤波器电性连接。其中，电阻r47为反馈电阻，运算放大器opa2277对电流互感器或者电压互感器的二次侧电流或电压进行放大，pga205放大器为可编程增益放大器，它采用激光校正技术，具有低失调电压、低输入偏置电流、低温漂和较高的共模抑制比等特点，其放大倍数由其引脚a0和引脚a1来控制，当引脚a0和引脚a1均为0时，放大倍数为1；当引脚a0和引脚a1分别为1和0时，其放大倍数为2；当引脚a0和引脚a1分别为0和1时，其放大倍数为4；当引脚a0和引脚a1均为1时，其放大倍数为8，本实施例中，引脚a0和引脚a1悬空，即pga205放大器的放大倍数为1。

滤波电路使信号调理电路输出信号可以不失真地还原出输入信号。在本实施例中，如图2所示，低通滤波器包括电阻r50和电容c35；pga205放大器的vo引脚通过电阻r50与采样保持器的输入端电性连接，电容c35的一端与采样保持器的输入端电性连接，电容c35的另一端接地。电阻r50和电容c35组成rc滤波电路，可以滤除信号调理电路输出信号中的高频部分，可以避免频谱混叠现象的发生，保证了输入信号的洁净。

采样保持器保证在a/d转换过程中输入的模拟量信号不发生变化，并保证各通道同步采样，使各模拟量的相位关系在采样前后保持不变。在本实施例中，如图3所示，采样保持器包括lf198芯片、电阻r51、电阻r52、可调电阻r23和电容c36；具体的，pga205放大器的vo引脚通过电阻r50与lf198芯片的in引脚电性连接，lf198芯片的logic引脚通过电阻r52接地，lf198芯片的logicref引脚接地，lf198芯片的offsetadj引脚与可调电阻r23的滑片电性连接，可调电阻r23的一端接地，可调电阻r23的另一端与电源电性连接，lf198芯片的ch引脚通过电容c36接地，lf198芯片的out引脚与模拟开关的输入端电性连接。其中，lf198芯片集成了双极性绝缘栅场效应管组成的采样保持电路，它具有采样速度快，保持下降速度慢，以及精度高等特点。作为单一的放大器时，其电流增益精度为0.002％；采样时间小于6us时，精度可达0.01％；采用双极型输入状态，可获得低偏差电压和宽频带。当保持电容为1uf时，其下降速度为5mv/min。

模拟量主要分电压信号和电流信号两种。其中，电压信号需从a、b、c及零序电压通道中择取一个信号；电流信号则从a、b、c三个直流信号通道中选取一个信号，因此，为实现信号的选取，本实施例中采用模拟开关来选取信号。在本实施例中，如图3所示，模拟开关包括ad7503芯片，ad7503芯片的a0、a1、a2和en引脚分别与处理器的i/o口一一对应电性连接，ad7503芯片的s5引脚与lf198芯片的out引脚电性连接，ad7503芯片的out引脚与a/d转换器的模拟输入口电性连接。信号选取由电子模拟开关ad7503完成，通过给该芯片加载不同的通道信号来选择电压和电流信号中的一组，送至a/d转换器进行处理。

a/d转换器，将模拟开关输出的模拟信号转换成数字信号，并送至处理器处理。在本实施例中，如图4所示，a/d转换器包括ads8556芯片；具体的，ads8556芯片的ch_a0引脚与ad7503芯片的out引脚电性连接，ads8556芯片的db0-db15引脚分别与处理器的i/o口一一对应电性连接。

在本实施例中，处理器主要负责接收模拟量采集单元和开关量输入单元采集并处理后的信号，并输出控制信号控制开关量输出单元。在本实施例中，处理器包括tms320f2812芯片；由于tms320f2812芯片引脚密集，引脚查看不方便，图5只列出了本实施例中使用到的引脚，其最小系统与数据手册上相同，tms320f2812芯片ioa0-ioa15引脚分别与ads8556芯片的db0-db15引脚一一对应电性连接，tms320f2812芯片的iof7、iof6和xint引脚分别与ads8556芯片的cs、reset和busy引脚一一对应电性连接，tms320f2812芯片的iod0引脚分别与ads8556芯片的rd、convsta、convstb和convstc引脚电性连接，tms320f2812芯片的gpioa0_pwm1、gpioa1_pwm2、gpioa2_pwm3和gpioa3_pwm4引脚分别与ad7503芯片的a0、a1、a2和en引脚一一对应电性连接。

开关量输入单元主要是检测开关信号的状态和变化，其包括多路结构相同的开关量输入电路，典型的开关量输入电路为光耦隔离电路，继电保护装置相位测试装置中的开关的通断信号通过该光耦隔离电路到达处理器，处理器可以得知开关的通断状态；开关量输出单元主要用于控制开关信号的通断，典型的应用就是小信号的开关量通断，对中间继电器实施控制，进而实现对大信号的通断控制。

在本实施例中，交流电流源最大输出量为300a，交流电压源最大输出量为10kv。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。