一种低压互感器计量回路状态在线监测系统的制作方法

本发明涉及电力部门电能计量领域，具体涉及一种低压互感器计量回路状态在线监测系统。

背景技术：

随着我们国家智能电网建设应用的不断推广和深入，智能用电管理和技术水平的不断提高，以往安全用电人工现场检查的技术和管理受到极大的挑战，因此低压互感器电流回路工况在线监测技术需求得到电力部门的高度重视。目前，一旦电能计量回路发生故障，比如计量回路发生短路、断路、分流等，则会造成非正常计量，造成电能表少计、漏计甚至是不计，从而使国家的利益遭受损失，因此，急需一种能够在计量回路出现短路、断路、分流等情况时，自动输出相应的监测电平值，为后端采样识别提供可靠信号源的系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低压互感器计量回路状态在线监测系统，解决目前无法对计量回路出现故障的情况进行准确地监测，导致电能出现非正常计量，进而造成国家利益遭受损失的问题。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：

一种低压互感器计量回路状态在线监测系统，包括振荡器、第一电压跟随器、恒流电阻、阻抗变换器、同相比例放大器、带通滤波器、整流滤波器以及第二电压跟随器；

振荡器用于产生振荡信号并输入到第一电压跟随器中，振荡信号经第一电压跟随器输出后，再经恒流电阻得到恒流交流信号，恒流交流信号经阻抗变换器耦合到三相电路的CT回路中；经过耦合后的恒流交流信号输入到同相比例放大器进行信号放大，放大后的信号输入到带通滤波器中滤除各种干扰及寄生振荡，得到正弦波，正弦波经整流滤波器后得到直流信号，直流信号再经第二电压跟随器后输出。

进一步地，作为优选技术方案，所述振荡器包括第一运放U1A、第三电阻R3、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第四电容C4以及第五电容C5；

所述电阻R3的一端与第一运放U1A的反相输入端相连，另一端与第一运放U1A的输出端相连；

所述第十电阻R10与第十一电阻R11并联，其中一个并联端接地，另一个并联端连接至第一运放U1A的反相输入端；

所述第五电容C5与第十三电阻R13并联，其中一个并联端接地，另一个并联端连接至第一运放U1A的同相输入端；

所述第四电容C4的一端与第一运放U1A的同相输入端相连，另一端与第十二电阻R12的其中一端相连，第十二电阻R12的另一端与第一运放U1A的输出端相连。

进一步地，作为优选技术方案，所述第十一电阻R11为可变电阻。

进一步地，作为优选技术方案，所述第一电压跟随器包括第二运放U1B，第二运放U1B的同相输入端与第一运放U1A的输出端相连，第二运放U1B的反相输入端与第二运放U1B的输出端相连，恒流电阻的一端与第二运放U1B的输出端相连，另一端与耦合在CT回路中的阻抗变换器相连。

进一步地，作为优选技术方案，所述同相比例放大器包括第三运放U1C、第二电阻R2以及第五电阻R5，第三运放U1C的同相输入端与恒流电阻、阻抗变换器相连，第二电阻R2的两端分别与第三运放U1C的反相输入端、输出端相连，第五电阻R5的一端与第三运放U1C的反相输入端相连，另一端接地。

进一步地，作为优选技术方案，所述带通滤波器包括第四运放U1D、第一电容C1以及第四电阻R4，第四运放U1D的反相输入端与第三运放U1C的输出端相连，第四运放U1D的同相输入端接地，第一电容C1的两端分别与第四运放U1D的反相输入端、输出端相连，第四电阻R4并联在第一电容C1的两端。

进一步地，作为优选技术方案，还包括第九电阻R9和第二电容C2，第九电阻R9的一端与第三运放U1C的输出端相连，另一端接地；第二电容C2的一端与第三运放U1C的输出端相连，另一端与第四运放U1D的反相输入端相连。

进一步地，作为优选技术方案，所述整流滤波器包括第五运放U2A、第一电阻R1、第七电阻R7、第八电阻R8、第一二极管D1、第二二极管D2以及极性电容C3，第五运放U2A的反相输入端通过依次串接第八电阻R8、第七电阻R7后连接至第四运放U1D的输出端，第五运放U2A的同相输入端接地，第一二极管D1的阳极与第五运放U2A的反相输入端相连，阴极与第五运放U2A的输出端相连，第二二极管D2的阳极与第一二极管D1的阴极相连，第一电阻R1的一端连接在第七电阻R7与第八电阻R8之间，另一端与第二二极管D2的阴极相连，极性电容C3的正极端与第二二极管D2的阴极相连，另一端接地。

进一步地，作为优选技术方案，所述第二电压跟随器包括第六运放U2B，第六运放U2B的同相输入端与第二二极管D2的阴极相连，第六运放U2B的反相输入端与输出端相连。

进一步地，作为优选技术方案，还包括第一双向瞬态二极管D3和第二双向瞬态二极管D4，所述第一双向瞬态二极管D3的一端与第六运放U2B的输出端相连，另一端接地；所述第二双向瞬态二极管D4的一端与第三运放U1C的同相输入端相连，另一端接地。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过振荡器、第一电压跟随器、恒流电阻的共同作用，产生恒定的交流信号，并施加到阻抗变换器上，CT回路一旦发生阻抗变化，第二电压跟随器输出的直流电压便会发生变化，从而即可判定用户属于非正常用电，及时对该情况进行处理，避免造成进一步的损失。

(2)本发明通过增加第一双向瞬态二极管D3和第二双向瞬态二极管D4，保证了输入输出信号在器件工作范围内，防止过流信号损坏器件，从而对整个监测系统起到了很好的保护作用。

(3)本发明通过对CT回路在线监测，完成对现场用电情况实时监测，及时了解计量回路工况信息，很好地满足了智能电网建设要求。

附图说明

图1为本发明的振荡器与第一电压跟随器的电路结构示意图；

图2为本发明的阻抗变换器在三相电路中的位置关系示意图；

图3为本发明的同相比例放大器与带通滤波器的电路结构示意图；

图4为本发明的整流滤波器与第二电压跟随器的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1～4所示，本实施例所述的一种低压互感器计量回路状态在线监测系统，包括振荡器、第一电压跟随器、恒流电阻、阻抗变换器、同相比例放大器、带通滤波器、整流滤波器以及第二电压跟随器；

振荡器用于产生振荡信号并输入到第一电压跟随器中，振荡信号经第一电压跟随器输出后，再经恒流电阻得到恒流交流信号，恒流交流信号经阻抗变换器耦合到三相电路的CT回路中；经过耦合后的恒流交流信号输入到同相比例放大器进行信号放大，放大后的信号输入到带通滤波器中滤除各种干扰及寄生振荡，得到正弦波，正弦波经整流滤波器后得到直流信号，直流信号再经第二电压跟随器后输出。

在本实施例中，CT回路指的是电流互感器回路，电能表就位于电流互感器回路中，在振荡器、第一电压跟随器、恒流电阻的共同作用下，得到恒定的交流信号，即恒流交流信号，并将该恒流交流信号通过阻抗变换器CAT1耦合到CT回路中，由于电路的A/B/C三相工作原理相同，因此，每相的CT回路中接入一个本监测系统，如图2所示，监测系统接入到A相的CT回路中。

下面以本发明接入到A相为例，进行具体的说明。

本实施例的振荡器包括第一运放U1A、第三电阻R3、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第四电容C4以及第五电容C5；电阻R3的一端与第一运放U1A的反相输入端相连，另一端与第一运放U1A的输出端相连；第十电阻R10与第十一电阻R11并联，其中一个并联端接地，另一个并联端连接至第一运放U1A的反相输入端；第五电容C5与第十三电阻R13并联，其中一个并联端接地，另一个并联端连接至第一运放U1A的同相输入端；第四电容C4的一端与第一运放U1A的同相输入端相连，另一端与第十二电阻R12的其中一端相连，第十二电阻R12的另一端与第一运放U1A的输出端相连。第一运放U1A与各个外围元器件组成振荡器，得到振荡信号，振荡信号的频率由外围元器件决定，频率的计算对本领域技术人员来说是公知常识，本领域技术人员完全可根据频率的需要来选择元器件的参数大小。

为了方便调节，易于获得所需的振荡信号频率，本实施例可选择可变电阻作为第十一电阻R11。

本实施例的第一电压跟随器包括第二运放U1B，第二运放U1B的同相输入端与第一运放U1A的输出端相连，第二运放U1B的反相输入端与第二运放U1B的输出端相连，恒流电阻的一端与第二运放U1B的输出端相连，另一端与耦合在CT回路中的阻抗变换器相连。第一电压跟随器既能隔离振荡器与被测试回路，又能提高测试用高频信号的带负载能力。

本实施例的同相比例放大器包括第三运放U1C、第二电阻R2以及第五电阻R5，第三运放U1C的同相输入端与恒流电阻、阻抗变换器相连，第二电阻R2的两端分别与第三运放U1C的反相输入端、输出端相连，第五电阻R5的一端与第三运放U1C的反相输入端相连，另一端接地。

本实施例的带通滤波器包括第四运放U1D、第一电容C1以及第四电阻R4，第四运放U1D的反相输入端与第三运放U1C的输出端相连，第四运放U1D的同相输入端接地，第一电容C1的两端分别与第四运放U1D的反相输入端、输出端相连，第四电阻R4并联在第一电容C1的两端。带通滤波器将各种干扰及寄生振荡滤除，输出理想正弦波，供后续的整流滤波器使用。

为了获得更好的滤波效果，本实施例还包括第九电阻R9和第二电容C2，第九电阻R9的一端与第三运放U1C的输出端相连，另一端接地；第二电容C2的一端与第三运放U1C的输出端相连，另一端与第四运放U1D的反相输入端相连。

本实施例的整流滤波器包括第五运放U2A、第一电阻R1、第七电阻R7、第八电阻R8、第一二极管D1、第二二极管D2以及极性电容C3，第五运放U2A的反相输入端通过依次串接第八电阻R8、第七电阻R7后连接至第四运放U1D的输出端，第五运放U2A的同相输入端接地，第一二极管D1的阳极与第五运放U2A的反相输入端相连，阴极与第五运放U2A的输出端相连，第二二极管D2的阳极与第一二极管D1的阴极相连，第一电阻R1的一端连接在第七电阻R7与第八电阻R8之间，另一端与第二二极管D2的阴极相连，极性电容C3的正极端与第二二极管D2的阴极相连，另一端接地。整流滤波器将正弦波信号变换成直流信号，并输出到第二电压跟随器中。

本实施例的第二电压跟随器包括第六运放U2B，第六运放U2B的同相输入端与第二二极管D2的阴极相连，第六运放U2B的反相输入端与输出端相连。第二电压跟随器起到隔离输出和提高负载能力的作用。

本实施例还包括第一双向瞬态二极管D3和第二双向瞬态二极管D4，第一双向瞬态二极管D3的一端与第六运放U2B的输出端相连，另一端接地；所述第二双向瞬态二极管D4的一端与第三运放U1C的同相输入端相连，另一端接地。在第一双向瞬态二极管D3和第二双向瞬态二极管D4的作用下，保证输入输出信号在器件工作范围内，防止过流信号损坏器件，对整个监测系统起到了很好的保护作用。

本实施例中，以上提到的各个元器件可采用如下型号来实现，本领域技术人员在知晓本实施例公开的元器件参数及连接关系的情况下，可实现本发明的发明目的。

第一运放U1A、第二运放U1B、第三运放U1C、第四运放U1D可采用四集成运放TL074N来实现；第五运放U2A和第六运放U2B可采用两集成运放TL072D来实现；

第一电阻R1：2KΩ；第二电阻R2：20KΩ；第三电阻R3：2KΩ；第四电阻R4：20KΩ；第五电阻R5：2KΩ；恒流电阻R6：22KΩ；第七电阻R7：1KΩ；第八电阻R8：2KΩ；第九电阻R9：1KΩ；第十电阻R10：500Ω、第十一电阻R11：2KΩ；第十二电阻R12：3.9KΩ；第十三电阻R13：3.9KΩ；

第一电容C1：220pF；第二电容C2：220pF；极性电容C3：10μF；第四电容C4：470pF；第五电容C5：470pF；

第一二极管D1：IN5819；第二二极管D2：IN5819；第一双向瞬态二极管D3：SMBJ5.0CA；第二双向瞬态二极管D4：SMBJ6.0CA；

阻抗变换器CAT1可根据需要而定，比如50/75Ω,75/120Ω。

本发明的监测原理是：通过振荡器、第一电压跟随器组成标准信号源，产生振荡信号，其振荡频率由外围阻容原件决定，取R12＝R13，C4＝C5时，公式为：振荡频率f＝1/(2πRC)，考虑其频率随电源电压而变化，在本电路的条件下，若电源电压为(VCC、–VCC)±5v，修正系数为q＝0.932,则f＝1*q/2πRC,其中电阻R12、R13选择3.9K，电容C4、C5选择470pF，R3/R10/R11增益调整及稳幅元件，最终得到80kHZ交流信号，经过恒流电阻R6将该80kHZ交流信号耦合到被检CT回路中，然后被耦合之后的信号再经过同相比例放大器、带通滤波器、整流滤波器以及第二电压跟随器，通过判断第二电压跟随器输出的信号的改变情况实现判断低压互感器在线工作状况是否正常。比如，当被检CT回路正常工作时，第二电压跟随器输出的信号会稳定在某个值，而一旦被检CT回路出现短路、断路、分流等，第二电压跟随器输出的信号会马上随之产生变化，从而判断出低压互感器在线工作状况属于非正常状态。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。