专利名称：一种继电保护测试仪检验装置的制作方法
技术领域：
一种继电保护测试仪检验装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种检验装置，具体涉及一种继电保护测试仪检验装置。属于电信号检验领域。
背景技术：
[0002]继电保护测试仪模拟被测对象的电压互感器(PT)、电流互感器(CT)的二次侧信号输入给继电保护装置，以检验继电保护装置是否正常工作。在实际使用中，继电保护测试仪设备简单，功能强大，操作方便的特点，在继电保护测试领域发挥了巨大的作用。但由于开发能力和生产条件各不相同，因此各厂家的测试仪在整机性能、质量、结构、工艺等方面有较大的差距。有些测试仪在软件设计、带载能力、精度、工作稳定性及可靠性等方面存在问题。但现在还没有专门针对继电保护测试仪的检验装置。本实用新型针对上述现象，提出一种针对继电保护测试仪的检验装置，以检验继电保护测试仪的性能差异。实用新型内容[0003]本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种继电保护测试仪检验装置，该继电保护测试仪检验装置能够对继电保护测试仪的性能进行测试。[0004]为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案:[0005]一种继电保护测试仪检验装置，包括一电压信号调理模块、一电流信号调理模块、一AD同步转换器、一锁相环模块和一控制模块，所述AD同步转换器的输入端与所述电压信号调理模块和电流信号调理模块的输出端连接；所述锁相环模块的一个信号输入端与电压信号调理模块的输出端连接，所述锁相环模块的输出端与AD同步转换器的时钟输入通道连接；所述控制模块的信号输出通道与所述锁相环模块的另一信号输入通道连接，所述控制模块与所述AD同步转换器数据连接。[0006]所述电压信号调理模块与继电保护测试仪的电压输出信号接口连接，所述电流信号调理模块与继电保护测试仪的电流输出信号接口连接。[0007]所述继电保护测试仪检验装置还包括一高速静态缓存(SRAM)，其与所述控制模块连接，并与所述AD同步转换器数据连接。[0008]所述继电保护测试仪检验装置还包括一通信模块，所述通信模块与控制模块通 目。所述电流信号调理模块包括一隔离电路和一容阻滤波电路。[0010]所述电压信号调理模块包括一隔离电路和一容阻滤波电路。[0011]所述锁相环模块包括一正弦方波转换电路和一方波倍频电路。[0012]本实用新型的工作原理:[0013]本实用新型可以实现自动测量，也可以手动启动测量。启动后，控制t旲块输出控制信号给AD同步转换器，AD同步转换器同时选通电压信号和电流信号的采集通道，继电保护测试仪的电压信号经过电压信号调理模块调理后输送至锁相环模块，锁相环模块对接收到的信号进行滤波后产生一个与电网电压同频率的方波信号，该方波信号被输送至方波倍频电路，根据控制模块的控制信号产生AD同步采样的时钟信号，输送至AD同步转换器的时钟输入端口。[0014]AD同步转换器启动将采集到的信号存入高速静态缓存(SRAM)中，在采集结束后由控制模块对数据进行读取。控制模块对采集到的电压和电流数据进行数字滤波、基波提取、相位鉴别等综合处理方法进行处理，计算出输入电压、电流的频率、相差、幅值等。[0015]本实用新型的有益效果是，本实用新型的继电保护测试仪检验装置解决了目前还没有专门针对继电保护测试仪的检验装置这一问题，实现了对继电保护测试仪的主要性能的测试和检验。
[0016]图1为本实用新型的结构框图；[0017]图2为电流信号调理模块的电路图；[0018]图3为电压信号调理模块电路图；[0019]图4为锁相环模块中正弦波方波转换电路图；[0020]图5为锁相环模块中方波倍频电路图；[0021]图6为AD同步转换器的电路图；[0022]图7为控制模块的电路图；[0023]图8为控制模块中存储器的电路图；[0024]其中，2.电压信号调理模块，4.电流信号调理模块，5.锁相环模块，6.AD同步转换器，7.控制模块，8.通信模块，9.高速静态缓存(SRAM)，11.继电保护测试仪的三相电压输出信号，12.继电保护测试仪的三相电流输出信号，51.运算放大器I，52.运算放大器II，53.比较器。
具体实施方式
[0025]
以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本实用新型，并不对其内容进行限定。[0026]如图1所示，本实用新型包括电压信号调理模块2、电流信号调理模块4、锁相环模块5、AD同步转换器6、控制模块7、通信模块8、高速静态缓存(SRAM) 9。其中，电压信号调理模块2接入继电保护测试仪的三相电压输出信号11和继电保护测试仪的三相电流输出信号12，这三路电压输出信号和电流输出信号分别经过电压信号调理模块2与电流信号调理模块4的调理后，进入AD同步转换器6，也就是说，电压信号调理模块2的三路信号输出通道、电流信号调理模块4的三路信号输出通道分别与AD同步转换器6的六路信号输入通道连接；电压信号调理模块2的信号输出通道与锁相环模块5的第一信号输入通道连接，该锁相环模块5的信号输出通道与AD同步转换器6的时钟输入通道相连；该AD同步转换器6的数据总线与控制模块的数据总线、高速静态缓存(SRAM)9的数据总线分别相连，控制模块7的通道控制接口与高速静态缓存(SRAM) 9的通道控制接口连接，控制模块7与通信模块8通信，本实施例中，控制模块7的以太网接口和光纤接口与外部工业计算机8连接，控制模块7的信号输出通道与锁相环模块5的第二信号输入通道连接。[0027]电流信号调理模块包括主要由线性光耦组成的隔离电路及容阻滤波，其详细电路如图2所示。二极管D204为瞬态抑制二极管TSMB6.8CA，起到瞬变和浪涌保护的作用。二极管D205为电压抑制二极管GBLC03，将输入电压限制在3V内。U204为低噪声精密运算放大器0P27,作用是完成信号的隔离传输。电阻R210、电阻R211、电阻R212构成同相放大器，放大倍数为2倍，U201的输出CT_AnaInPutl跟随输入电压CT_Inputl的变化。[0028]电压信号调理模块包括主要由电压互感器组成的隔离电路及容阻滤波电路，其详细电路如图3所示。图4中的U202为精密交流电压互感器TV1013，其输入和输出电流额定值为2mA，起到信号的隔离传输作用。由于输入电压值约为220V，所以设计电阻R204为自恢复保险丝，二极管D202为250V的气体放电管，两者都起到起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。电阻R203为采样电阻，取值为100KΩ时，可将输入值为220V的电压信号电压.1nputO+转换成2.2mA的电流信号，通过互感器传到后级。电阻R208为互感器TV1013的二次侧采样电阻，取值为249 Ω，使得互感器二次侧输出电压额定值为U=2mAX249 0.5V。D203为瞬态抑制二极管TSMB6.8CA，为后级的运放起到过电压保护作用。[0029]由于输出电压将作为锁相环的基准电压，因此对电压的精度要求较高，选用了图中的U203作为为高精度仪表放大器AD8221，并在输入端采用差分对连接方式，以提高电压信号传输的精度，减少相位偏移。电阻R209为可调增益电阻，当其取值为49.9 Ω时，增益为49.9k/49.9k+l=2,即最后的输出电压电压.1nputO的额定幅值为IV。电阻R206、电阻R207和电容C200、电容C201构成低通滤波器，选择合适的阻值可以滤除有用频带以外的信号。[0030]锁相环模块的作用是通过电压二次侧输出获取实时电网频率，然后通过锁相环及倍频处理后作为AD同步转换器6的时钟，从而实现对电压、电流的整周期采样，电压信号调理模块2输出的一路电压信号作为锁相环模块5的输入，经过锁相环及倍频处理后输出频率为电网频率整数倍的方波信号。因此，锁相环模块5包括正弦波方波转换电路和方波倍频电路两部分。[0031]图4显示了锁相环模块5中的正弦波方波转换电路图，该正弦波方波转换电路包括运算放大器151、运算放大器1152和比较器53，运算放大器151的输出端经电阻R226、电阻R227接运算放大器1152的正向输入端，运算放大器151的负向输入端接运算放大器151的输出端，电阻R226和电阻R227之间的节点经电容C207接运算放大器1152的负向输入端和输出端，电阻R227和运算放大器II52的节点经电容C204接地，运算放大器II52的输出端接比较器53的负向输入端，该比较器53的正向输入端经电阻R233接地，该比较器53的正向输入端经电阻R234接该比较器53的输出端，该比较器53的输出端经电阻R232接+3V3D，该比较器53的输出端接方波倍频电路的锁相环芯片U502的AIN接口。图4中，U200A和U200B为运算放大器151和运算放大器1152的两个通道，U200A起到隔离放大器的作用，电阻R226、电阻R227、电容C207、电容C204和U200B构成了二阶低通滤波器，本实施例中 R226=15K、R227=15K、C207=0.luF、C204=0.22uF，其截止频率为 70Hz，符合低通滤波的要求。比较器53、电阻R233和电阻R234形成了双极性过零比较器，将正弦波整形成方波信号PwrFrqln，以作为后级倍频电路的输入信号。电阻R232为输出端的上拉电阻，取值为200欧姆，比较器53输出电平PwrFrqIn为0-3.3V，与后级的⑶4046的输入电平匹配。[0032]图5显示了锁相环模块5中的方波倍频电路图，U502是锁相环集成电路芯片CD4046，其工作原理是通过内含的压控振荡器和相位比较器完成两信号相位同步的自动控制闭环系统，实现输出电压和输入电压同相位，实现相位跟踪功能。U502的14脚为输入电压PwrFrqln，4脚为输出电压AD_Clk，作为AD转换器的时钟。由于⑶4046锁相环采用的是RC型压控振荡器，所以电阻R502、电阻R504、电容C503作为外接充放电元件，电阻R502和电容C503的阻值决定了芯片的振荡频率范围，当电阻R502=30kQ，电容C503=40pF时，振荡最高频率为1/RC=8.3MHz。电阻R504、电阻R505、电容C505作为外接低通滤波器，调整其阻值大小可以实现输出方波的稳定。U501是分频器74HC4040，通过跳线帽接不同的引脚可以实现不同的采样频率，以满足不同的采样要求。由于输入信号为50Hz，所以当接4、13、12、14脚时实现的AD时钟频率分别为25KHz、50KHz、IOOKHz、200KHz。[0033]图6显示了 AD同步转换器6的电路图，图中3、4、5号引脚为过采样选择端，分别与控制模块7中LPC2292对应的过采样选择输出引脚相连，进行过采样选择；6号引脚为AD7606-6接口方式选择，接低电平时选择并行输出方式，接高电平选择串行输出方式，本设计中接低电平选择并行方式；7号引脚为挂起引脚，由控制模块控制AD7606-6是否挂起，低电平有效；8号引脚为RANGE选择输入端，接100K电阻R500接地，同时与控制模块LPC2292的AD_RangeSel引脚相连，当RANGE输入端为低电平时，采样范围为±5V，当RANGE输入端为高电平时，采样范围为±10V;23号引脚为VDRIE引脚，采用3.3V ;9、10号引脚为前三路、后三路采样频率输入引脚；11号脚为RST引脚，当AD7606-6正常工作前，需要对其进行复位操作，由控制模块进行控制；12、13脚分别为读取控制数据时AD7606-6的读信号输入引脚以及片选信号输入引脚；14号脚为中断输出引脚，每次采样完成，AD7606-6将输出中断信号通知LPC2292采样结束；15号脚为FirstData标志引脚，用于串行输出方式中起标记作用；44、45脚分别为前三路、后三路参考电容引脚，接IOuF电容C504后接46号脚AGND，保证采样过程中参考电压波形稳定。[0034]控制模块7包括主控CPU、存储器及规约转换模块。图7显示了控制模块的主控CPULPC2292的电路图，继电器J40、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R45和电容C40，共同组成U40的程序下载接口及系统上电复位电路。42和49脚为串口通信端口，主要与61850规约转换模块通信。33脚和99脚为触发信号输入端口，当有触发信号时，由LPC2292启动数据采样程序，59、61、68和12脚构成SPI通信端口，主控CPU主要通过SPI端口向DA转换器输出设定阀值。100脚为AD转换完毕信号，当其为低电平时，表明AD转换结束，主控CPU可按照规定时序读取AD转换值。电容C43、电容C44、特种继电器JT40和电阻R45构成主控CPU的振荡时钟，为系统提供稳定时钟。Exi_DATA0-15系统数据线，AD_RangeSel、AD_RST、AD_nSTBY、AD_0verSmpl0-2 及 AD_FstData 在 AD 转换器部分已经介绍。xi_ADD0_23 为系统地址线。Exi_nRD、Exi_nWR分别为读写控制信号。CS_SRAM和AD_CS分别为存储器和AD转换器的选通线。图8显示了在一种实施方式下，控制模块的存储器IS61WV102416BLL的电路图。[0035]上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
权利要求1.种继电保护测试仪检验装置，包括一电压信号调理模块、一电流信号调理模块、一AD同步转换器、一锁相环模块和一控制模块，其特征在于，所述AD同步转换器的输入端与所述电压信号调理模块和电流信号调理模块的输出端连接；所述锁相环模块的一个信号输入端与电压信号调理模块的输出端连接，所述锁相环模块的输出端与AD同步转换器的时钟输入通道连接；所述控制模块的信号输出通道与所述锁相环模块的另一信号输入通道连接，所述控制模块与所述AD同步转换器数据连接。
2.据权利要求1所述的一种继电保护测试仪检验装置，其特征在于，所述电压信号调理模块与继电保护测试仪的电压输出信号接口连接，所述电流信号调理模块与继电保护测试仪的电流输出信号接口连接。
3.据权利要求1所述的一种继电保护测试仪检验装置，其特征在于，所述继电保护测试仪检验装置还包括一高速静态缓存，其与所述控制模块连接，并与所述AD同步转换器数据连接。
4.据权利要求1所述的一种继电保护测试仪检验装置，其特征在于，所述继电保护测试仪检验装置还包括一通信模块，所述通信模块与控制模块通信。
5.据权利要求1所述的一种继电保护测试仪检验装置，其特征在于，所述电流信号调理模块包括一隔离电路和一容阻滤波电路。
6.据权利要求1所述的一种继电保护测试仪检验装置，其特征在于，所述电压信号调理模块包括一隔离电路和一容阻滤波电路。
7.据权利要求1所述的一种继电保护测试仪检验装置，其特征在于，所述锁相环模块包括一正弦方波转换电路和一方波倍频电路。
专利摘要本实用新型公开了一种继电保护测试仪检验装置，该继电保护测试仪检验装置能够对继电保护测试仪的性能进行测试。本实用新型包括一电压信号调理模块、一电流信号调理模块、一AD同步转换器、一锁相环模块和一控制模块，AD同步转换器的输入端与所述电压信号调理模块和电流信号调理模块的输出端分别连接；锁相环模块的一个信号输入端与电压信号调理模块的输出端连接，锁相环模块的输出端与AD同步转换器的时钟输入通道连接；控制模块的信号输出通道与所述锁相环模块的另一信号输入通道连接，控制模块与所述AD同步转换器数据连接。
文档编号G01R35/00GK202929190SQ201220696308
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者王昕 , 唐新建, 井雨刚, 孙运涛, 王永波 申请人:山东电力集团公司电力科学研究院, 国家电网公司