专利名称：变电站侵入波记录装置频响特性优化积分器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种集成电路应用装置，具体是指一种变电站侵入波记录装置频响特性优化积分器，该积分器可以使罗氏线圈测量装置幅频特性大幅提高。
背景技术：
传统的罗氏线圈测量装置按照不同终端下传感头输出信号所具有的特征分为自积分式和外积分式。自积分式罗氏线圈终端是一个阻抗很小的电阻，积分电阻压降远远小于罗氏线圈电感上的压降，输出电压和被测电流成正比关系，适用于测量兆赫以上的高频率高幅值脉冲大电流；外积分式罗氏线圈终端是一个阻抗相对较大的电阻，积分电阻上的压降远远大于罗氏线圈电感上的压降，输出电压和被测电流成微分关系，需要附加积分电路来还原被测电流，适用于测量中低频脉冲电流。然而变电站内雷电侵入波过电压和操作过电压是频谱特性极为复杂的，其中既有兆赫以上的高频部分也有中低频部分，因此在变电站母线和各个支路上的响应电流也充满了多样性。传统的罗氏线圈的响应频率不能满足电流监测的要求，而其他监测手段往往要改变变电站内的电气接线，给变电站运行带来巨大的安全隐患。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种变电站侵入波记录装置频响特性优化积分器，该积分器能够实现罗氏线圈能有更宽的响应频率，适用于变电站侵入波电流记录，在不影响罗氏线圈测量精度的前提下，使罗氏线圈传感器的工作频段拓宽到线圈的自然谐振频率，工作频段可在从工频到高频的大带宽测量范围。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种变电站侵入波记录装置频响特性优化积分器，其特征是该积分器包括积分电阻、运算放大器和幅值比较模块，所述的运算放大器为三级运放电路串联所构成的三级运算放大器，所述积分电阻的一端与罗氏线圈测量系统中的罗氏线圈传感器连接，另一端并联有两条支路，其中的一条支路直接与所述的幅值比较模块连接，另一条支路与所述的三级运算放大器串联后也与所述的幅值比较模块连接，所述的幅值比较模块比较两条支路的输入信号，并且输出运算后的信号。所述的三级运算放大器包括相串联的一级运算放大器、二级运算放大器和三级运算放大器，其中在一级运算放大器和二级运算放大器之间串联电容Cl为330微法，用来抑制甚低频干扰信号的增益，在三级运算放大器与所述的幅值比较模块之间串联电容C3为 470微法，用来隔离直流，限制有源积分的零点漂移，所述的一级运算放大器中的电阻R6为 33欧姆，工作电压为15V;所述的二级运算放大器中反向输入端串联电阻R为1欧姆，同向输入端串联电阻R2为1欧姆，反馈回路中电阻Rf为6. 8兆欧，电容C为0. 47微法；所述的三级运算放大器中反向输入端串联电阻R4为10欧姆，同向输入端串联电阻R3为1欧姆， 反馈回路中R5为10欧姆，电容C2为0. 47微法。本实用新型的积分器在罗氏线圈传感器末端接入一个电阻为一定阻值的积分电阻，积分电阻并联两条支路。第一条支路是三级运算放大器串联，第一级运算放大器起电压跟随作用，使本级运算放大器的输入端电压不受输出端参数影响，第二级和第三级运算放大器起积分作用，当罗氏线圈测量中低频信号时，通过电磁耦合的信号经过运算放大器的积分可以还原测量信号，第三级运算放大器的输出端与幅值比较模块的输入端相连接；第二条支路直接与幅值比较模块的输入端相连接。当测量信号频率高达兆赫时，第一条支路频率响应差，积分还原信号失真严重，信号幅值整体变小，波形畸变，而第二条支路可以准确反映原始信号，并且信号幅值远大于第一条支路的信号，经过幅值比较模块后输出信号为第二条支路的信号；当测量信号处于中低频段时，第一条支路有较好的频率响应，积分还原的信号无失真，与此同时，第二条支路因为电感分压较大输入输出信号不成正比关系，输出信号幅值大幅变小，失真严重，经过幅值比较模块后最后输出为第一条支路的信号。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是罗氏线圈在保证原有测量精度的前提下，工作频率可以大大拓宽，可以工作在工频到兆赫以上的频率范围，所采用的积分电路结构简单，成本低廉，电路间相互干扰小。
图1是本实用新型积分器的电路图；图2是本实用新型积分器输入测试波形和输出测试波形的波形图。
具体实施方式
如图1所示的一种变电站侵入波记录装置频响特性优化积分器，该积分器包括积分电阻r、运算放大器和幅值比较模块，运算放大器为三级运放电路串联所构成的三级运算放大器，积分电阻r大小的选择需要结合罗氏线圈的匝数和电流测量的范围，在IlOkV到 500kV电压等级的变电站中测量CVT回路响应电流时，需要的积分电阻r的阻值范围在4到 10欧姆，积分电阻的一端与罗氏线圈测量系统中的罗氏线圈传感器连接，另一端并联有两条支路，其中的一条支路直接与幅值比较模块连接，另一条支路与三级运算放大器串联后也与幅值比较模块连接，幅值比较模块比较两条支路的输入信号，并且输出运算后的信号。三级运算放大器包括相串联的一级运算放大器、二级运算放大器和三级运算放大器，其中在一级运算放大器和二级运算放大器之间串联电容Cl为330微法，用来抑制甚低频干扰信号的增益，在三级运算放大器与幅值比较模块之间串联电容C3为470微法，用来隔离直流，限制有源积分的零点漂移。第一级运算放大器起电压跟随作用，使本级运算放大器的输入端电压不受输出端参数影响，第二级和第三级运算放大器起积分作用，当罗氏线圈测量中低频信号时，通过电磁耦合的信号经过运算放大器的积分可以还原测量信号。一级运算放大器选用Analog Device公司的型号为AD817的高速低功耗运算放大器，一级运算放大器中的电阻R6为33欧姆，工作电压为15V ；二级运算放大器选用 AnalogDevice公司的型号为AD308的放大器，二级运算放大器中反向输入端串联电阻R为 1欧姆，同向输入端串联电阻R2为1欧姆，反馈回路中电阻Rf为6. 8兆欧，电容C为0. 47微法，二级运算放大器稳定工作点，实现信号的有源积分，在本级运放前端串联的电容Cl用来抑制甚低频干扰信号的增益；三级运算放大器选用Analog Device公司的型号为AD308 的放大器，三级运算放大器中反向输入端串联电阻R4为10欧姆，同向输入端串联电阻R3为1欧姆，反馈回路中R5为10欧姆，电容C2为0. 47微法，三级运算放大器的运放电路实现信号调整，使信号的极性不会因为积分电路而发生改变。该积分器使得罗氏线圈在保证原有测量精度的前提下，工作频率可以大大拓宽， 可以工作在工频到兆赫以上的频率范围。如图2所示的输入电流脉冲信号和输出测量信号，在测试中采用的罗氏线圈为 1500匝，积分电阻为7欧姆，可以看到经过改进积分器的变电站侵入波记录装置的电流监测精度是非常高的，在高频部分误差在1. 3 %以内，低频部分误差在2. 9 %以内。
权利要求1.一种变电站侵入波记录装置频响特性优化积分器，其特征是该积分器包括积分电阻、运算放大器和幅值比较模块，所述的运算放大器为三级运放电路串联所构成的三级运算放大器，所述积分电阻的一端与罗氏线圈测量系统中的罗氏线圈传感器连接，另一端并联有两条支路，其中的一条支路直接与所述的幅值比较模块连接，另一条支路与所述的三级运算放大器串联后也与所述的幅值比较模块连接，所述的幅值比较模块比较两条支路的输入信号，并且输出运算后的信号。
2.根据权利要求1所述的积分器，其特征是所述的三级运算放大器包括相串联的一级运算放大器、二级运算放大器和三级运算放大器，其中在一级运算放大器和二级运算放大器之间串联电容Cl为330微法，用来抑制甚低频干扰信号的增益，在三级运算放大器与所述的幅值比较模块之间串联电容C3为470微法，用来隔离直流，限制有源积分的零点漂移，所述的一级运算放大器中的电阻R6为33欧姆，工作电压为15V ；所述的二级运算放大器中反向输入端串联电阻R为1欧姆，同向输入端串联电阻R2为1欧姆，反馈回路中电阻 Rf为6. 8兆欧，电容C为0. 47微法；所述的三级运算放大器中反向输入端串联电阻R4为 10欧姆，同向输入端串联电阻R3为1欧姆，反馈回路中R5为10欧姆，电容C2为0. 47微法。
专利摘要本实用新型公开了一种变电站侵入波记录装置频响特性优化积分器，该积分器包括积分电阻、运算放大器和幅值比较模块，所述的运算放大器为三级运放电路串联所构成的三级运算放大器，所述积分电阻的一端与罗氏线圈测量系统中的罗氏线圈传感器连接，另一端并联有两条支路，其中的一条支路直接与所述的幅值比较模块连接，另一条支路与所述的三级运算放大器串联后也与所述的幅值比较模块连接，所述的幅值比较模块比较两条支路的输入信号，并且输出运算后的信号。该积分器能够实现罗氏线圈能有更宽的响应频率，在不影响罗氏线圈测量精度的前提下，使罗氏线圈传感器的工作频段拓宽到线圈的自然谐振频率，工作频段可在从工频到高频的大带宽测量范围。
文档编号G01R1/20GK201966889SQ20102066741
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者吕鸿, 姚森敬, 张国清, 彭向阳, 王红斌, 钱冠军 申请人:广东电网公司电力科学研究院