一种多量程采集单元、中压开关柜信号采集装置及系统的制作方法

本发明涉及一种多量程采集单元、中压开关柜信号采集装置及系统，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术：

目前，现有电子式电压、电流互感器在继电保护信号采集中的主要应用是：一、互感器采样信号经采集单元至合并单元，完成数据同步，再经交换机或光纤直连至保护测控设备；二、互感器采样信号经调理单元，经电缆至保护测控设备。其中，使用合并单元和交换机虽然解决了数据同步及共享问题，但设备多、成本高、连接复杂，受限开关柜安装空间及经济性要求，显然不适合应用。经调理单元由电缆至保护测控设备，连接简单，但传输易受干扰，也不利于数据共享。

电子互感器的电流信号既要用于保护，又要用于测量，用于保护的范围需要20in，用于测量的范围为5％in～200％in，其采样总范围相差400倍，当信号较小时需要进行放大。目前常用的多级放大存在电路复杂问题，开关柜中电磁环境恶劣，不利于可靠性控制；动态可控放大不利于实时性控制，控制复杂，增加了应用风险。

独立的采集单元需要零漂、系数校准等，但其一般不具备人机功能，要使用辅助工具完成，带来了额外的工作量。电子互感器应用于中压开关柜，亟需解决信号采集及传输问题，使其应用经济、简单、可靠。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多量程采集单元、中压开关柜信号采集装置及系统，用于解决电流采样信号同时满足保护和测量要求的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多量程采集单元，包括以下方案：

采集单元方案一：包括第一跟随器模块、放大器模块、a/d模块以及用于向保护测控装置发送采样信息的处理器；所述第一跟随器模块和放大器模块的输入端用于接收同一电流采样信号；所述第一跟随器模块的输出端连接所述a/d模块的第一a/d通道，所述放大器模块的输出端连接所述a/d模块的第二a/d通道和第三a/d通道；所述a/d模块的各a/d通道均连接所述处理器，所述处理器还连接所述第三a/d通道的增益控制端用于控制第三a/d通道的信号增益。

采集单元方案二：在采集单元方案一的基础上，还包括信号调理模块，所述信号调理模块的输入端用于接收电流采样信号、输出端连接所述第一跟随器模块和放大器模块的输入端。

采集单元方案三：在采集单元方案二的基础上，还包括第二跟随器模块，所述第二跟随器模块的输入端用于连接电压采样信号、输出端连接所述a/d模块的第四a/d通道。

采集单元方案四、五、六：分别在采集单元方案一、二、三的基础上，所述处理器为fpga。

本发明还提供了一种中压开关柜信号采集装置，包括以下方案：

装置方案一：包括电流传感器和多量程采集单元，所述多量程采集单元包括第一跟随器模块、放大器模块、a/d模块以及用于向保护测控装置发送采样信息的处理器；所述第一跟随器模块和放大器模块的输入端均连接所述电流传感器；所述第一跟随器模块的输出端连接所述a/d模块的第一a/d通道，所述放大器模块的输出端连接所述a/d模块的第二a/d通道和第三a/d通道；所述a/d模块的各a/d通道均连接所述处理器，所述处理器还连接所述第三a/d通道的增益控制端用于控制第三a/d通道的信号增益。

装置方案二：在装置方案一的基础上，还包括信号调理模块，所述信号调理模块的输入端所述电流传感器、输出端连接所述第一跟随器模块和放大器模块的输入端。

装置方案三：在装置方案二的基础上，还包括电压传感器和第二跟随器模块，所述第二跟随器模块的输入端连接所述电压传感器、输出端连接所述a/d模块的第四a/d通道。

装置方案四、五、六：分别在装置方案一、二、三的基础上，所述处理器为fpga。

装置方案七：在装置方案三的基础上，所述电流传感器为电子式电流互感器，所述电压传感器为电子式电压互感器。

本发明还提供了一种中压开关柜信号采集系统，包括以下方案：

系统方案一：包括电流传感器、多量程采集单元和保护测控装置，所述多量程采集单元包括第一跟随器模块、放大器模块、a/d模块以及处理器；所述第一跟随器模块和放大器模块的输入端均连接所述电流传感器；所述第一跟随器模块的输出端连接所述a/d模块的第一a/d通道，所述放大器模块的输出端连接所述a/d模块的第二a/d通道和第三a/d通道；所述a/d模块的各a/d通道均连接所述处理器，所述处理器还连接所述第三a/d通道的增益控制端用于控制第三a/d通道的信号增益，所述处理器的输出端连接所述保护测控装置。

系统方案二：在系统方案一的基础上，还包括信号调理模块，所述信号调理模块的输入端所述电流传感器、输出端连接所述第一跟随器模块和放大器模块的输入端。

系统方案三：在系统方案二的基础上，还包括电压传感器和第二跟随器模块，所述第二跟随器模块的输入端连接所述电压传感器、输出端连接所述a/d模块的第四a/d通道。

系统方案四、五、六：分别在系统方案一、二、三的基础上，所述处理器为fpga。

系统方案七、八、九：分别在系统方案一、二、三的基础上，所述保护测控装置包括数据接收模块和数据处理模块，所述数据接收模块的输入端连接所述处理器的输出端、输出端连接所述数据处理模块的输入端；所述数据处理模块还连接有用于对采样数据漂移和系数进行校准的人机交互界面。

系统方案十：在系统方案三的基础上，所述电流传感器为电子式电流互感器，所述电压传感器为电子式电压互感器。

本发明的有益效果是：采集单元将电流采样信号经过多路输入到a/d模块，通过运放和可控ad增益对多路采样信号进行控制，通过自动判别电流值大小，选择不同量程电流数据用于保护或测量的计算，在简化电路设计的条件下，可以同时满足保护和测量要求。

附图说明

图1是三相组合式电子电压、电流互感器示意图；

图2为采集单元整体结构示意图；

图3为采集单元的分量程采集回路示意图；

图4为保护测控装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

本发明提供了一种中压开关柜信号采集系统，包括电流传感器、电压传感器、多量程采集单元和保护测控装置，其中多量程采集单元采样连接电流传感器和电压传感器、并通信连接保护测控装置。电流传感器、电压传感器和多量程采集单元组成了中压开关柜信号采集装置。

在本实施例中，电流传感器和电压传感器采用组合式电子电流、电压互感器ecvt，电压互感器为电阻分压传感器，电流互感器为罗氏线圈互感器，用于检测线路间隔、电容器间隔、母联间隔或站用变间隔等的三相电压u(ua、ub、uc)、电流信号i(ia、ib、ic)，其结构示意图如图1所示。

多量程采集单元的整体结构示意图如图2所示，其输入端用于采样连接电流传感器和电压传感器，其输出端通过光纤连接保护测控装置。多量程采集单元的结构示意图如图3所示，包括信号调理模块、第一跟随器模块、第二跟随器模块、放大器模块x10、a/d模块以及处理器。在本实施例中，该处理器具体为fpga。

其中，信号调理模块的输入端连接电流传感器，信号调理模块的输出端连接第一跟随器模块和放大器模块的输入端，第一跟随器模块的输出端连接a/d模块的第一a/d通道，放大器模块的输出端连接a/d模块的第二a/d通道和第三a/d通道。第二跟随器模块的输入端用于连接电子式电压互感器、输出端连接a/d模块的第四a/d通道。a/d模块的各a/d通道均连接处理器的输入端，处理器还连接a/d模块上的第三a/d通道的增益控制端用于对第三a/d通道的信号增益进行控制，处理器的输出端连接保护测控装置。

上述采集单元就近安装在组合式电子互感器旁边，对组合式电子互感器的三相电压、电流信号进行同步采集，可实现400倍额定范围的量值采集。在本实施例中，信号调理模块输出的一路信号经过第一跟随器模块后，不经放大进入a/d模块，可以实现20in采集，in为电流额定采集范围；另一路信号经过放大器模块放大10倍后，同时进入两路a/d通道，一路a/d通道实现2in采集，另一路a/d通道受fpga控制增益4倍，实现0.5in采集。最后，采集单元的fpga以光纤输送方式将数字信号直接传送至保护测控装置。

如图4所示，保护测控装置包括依次连接的数据接收模块、数据处理模块、数据计算模块、阈值判断模块和数据应用模块。数据接收模块的输入端连接用于连接采集单元中的处理器的输出端，用于接收采集单元发送过来的采样信号。另外，数据处理模块还连接有人机交互界面，用于对采样数据漂移和系数进行校准，直观且不需要配套其他工具，使采集单元免维护。

上述保护测控装置具备多个光纤接口，可接收多路采集单元的信号，并实现数据同步。保护测控装置的响应时间在毫秒级，实现数据通道切换比较可靠，通过实时数据计算、数据比较后，自动在毫秒级实现最优通道数据选择，用于逻辑运算和数据应用。

本发明通过简单、实用的采集回路，解决了中压开关柜的电子互感器信号采集、抗干扰及数据共享问题，维护方便，提升电子互感器在开关柜中的应用价值。