一种高压变频继电保护装置的硬件测频电路的制作方法

[0001]
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种高压变频继电保 护装置的硬件测频电路。


背景技术：

[0002]
目前，在电力系统继电保护领域都使用微机型保护产品，实现电力系统 的故障保护功能，其中系统的频率测量对微机型保护产品至关重要，不仅关 系到继电保护产品的数据采样计算，也影响到系统的稳定运行监测功能；同 时，对于目前的高压电动机一般都是采用变频启动、运行的方式，其最大的 特点为频率变化范围较宽，对频率采样要求较高。
[0003]
目前，现有的电力系统的继电保护装置采用的频率计算方法都是基于软 件算法实现的。目前，使用软件算法计算电力系统频率的方法，容易受到采 样波形上的干扰信号影响，尤其是在电力系统发生故障或高压电动机启动过 程、负载较大时，波形畸变较为严重，软件算法不能预知波形的畸变程度， 造成频率计算结果误差较大，影响到继电保护产品的功能。


技术实现要素：

[0004]
为了解决电力系统继电保护产品频率采样不稳定可靠的问题，本发明提 供一种高压变频继电保护装置的硬件测频电路，使继电保护产品在系统发生 故障或运行异常时，能正确计算出系统的频率，提高继电保护产品的数据采 样精度、稳定性，进而改善产品的功能。
[0005]
为达到上述目的，本发明提供了一种高压变频继电保护装置的硬件测频 电路，包括单相测频模块，单相测频模块接收对应电压互感器采集的二次电 压信号，进行频率测量；
[0006]
所述单相测频模块包括降压单元、整流单元、滤波单元、放大单元、光 耦以及测量单元；
[0007]
所述降压单元将电压互感器输出的二次电压信号进行降压后输入到整流 单元，所述整流单元整流为直流信号输出；所述滤波单元对所述直流信号进 行滤波，所述放大单元对滤波后的信号进行放大，经光耦隔离后输入到所述 测量单元；所述测量单元进行对输入信号进行频率测量。
[0008]
进一步地，单相测频模块为3个，分别连接到3相的电压互感器。
[0009]
进一步地，所述降压单元为串联电阻分压。
[0010]
进一步地，整流单元为四个二极管构成的全波整流桥。
[0011]
进一步地，所述滤波单元包括电阻r1、电阻r2、电容c1和电容c2；电 阻r1的一端连接全波整流桥的一个输出端，电阻r1的另一端连接电容c1 的一端，电容c1的另一端全波整流桥的另一个输出端并接地；电阻r2的一 端连接c1的一端，另一端连接电容c2的一端；电容c2的另一端接地。
[0012]
进一步地，所述放大单元包括运算放大器、电阻r3和电阻r4；
[0013]
电阻r3的一端连接电容c2的一端，电阻r3的另一端连接运算放大器的 正输入端，运算放大器的负输入端接地；所述电阻r4连接在运算放大器的正 输入端和输出端之间。
[0014]
进一步地，还包括二极管d2和限流电阻r5；所述二极管d2的正极连接 运算放大器的输出端，负极连接限流电阻r5的一端，限流电阻r5的另一端 连接光耦的正输入端。
[0015]
进一步地，所述光耦的负输入端接地；所述光耦的正输出端连接测量单 元的输入端口，测量单元对输入信号的频率进行测量。
[0016]
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0017]
本发明利用模拟电路把电力系统的频率信号，转换成处理器可直接处理 的数字信号，并且采用三种相同回路提高频率测量的稳定性、精度，而且还 能在系统发生故障时准确为处理器提供可靠的频率计算信号源，能实时、可 靠转换电力系统的频率变化。采用的模拟回路与数字回路的隔离方法，能进 一步提高电路运行的稳定性与可靠性。
附图说明
[0018]
图1是单相硬件测频电路示意图。
具体实施方式
[0019]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施 方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例 性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结 构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0020]
图1是单相测频模块示意图。可单独测试某一相的电压频率，可采用三 个相同的单相测频模块分别测量3相的电压频率，防止某相接地造成频率采 样信号不稳定，也可提高频率计算的可靠性。
[0021]
所述单相测频模块包括降压单元、整流单元、滤波单元、放大单元、光 耦以及测量单元；所述降压单元将电压互感器输出的二次电压信号进行降压 后输入到整流单元，所述整流单元整流为直流信号输出；所述滤波单元对所 述直流信号进行滤波，所述放大单元对滤波后的信号进行放大，经光耦隔离 后输入到所述测量单元；所述测量单元进行对输入信号进行频率测量。
[0022]
降压单元包括降压电阻r8、r9，三相电压互感输出的二次电压信号u分 别经过降压电阻r8、r9接入全波整流桥，整流桥输出脉动的直流信号经过电 阻电容进行滤波，输出硬件测频电路基本电信号。滤波单元包括电阻r1、电 阻r2、电容c1和电容c2；电阻r1的一端连接全波整流桥的一个输出端，电 阻r1的另一端连接电容c1的一端，电容c1的另一端全波整流桥的另一个输 出端并接地；电阻r2的一端连接c1的一端，另一端连接电容c2的一端；电 容c2的另一端接地。
[0023]
输出的硬件测频电路基本电信号，放大单元包括运算放大器、电阻r3 和电阻r4；电阻r3的一端连接电容c2的一端，电阻r3的另一端连接运算 放大器的正输入端，运算放大器的负输入端接地；所述电阻r4连接在运算放 大器的正输入端和输出端之间。电阻r4调节放大器的放大倍数。
[0024]
运算放大器输出的信号经过反向二极管d2，再经限流电阻r5接入光耦 u1的发射极，作为光耦隔离器的驱动和判别信号。
[0025]
光耦u1的接收级经过限流电阻和电阻电容滤波回路，输出频率波峰波谷 的判别信号，判别信号可输入至微处理器的i/o引脚，电路采用两路隔离电 源供电，隔离模拟电路和数字电路。
[0026]
整流桥把交流的波峰波谷信号转换成脉动的直流信号，使后级电路不需 要正负双电源，也提高了产品的频率采样判别速度。
[0027]
反向二极管采用快速二极管提高电路的可靠性，也可防止电信号反向倒 流。
[0028]
交流的电压信号经过整流桥输出脉动的直流信号，该脉动的直流信号经 过运算放大器比较放大回路输出到光耦隔离器件，为系统频率采样计算处理 器提供稳定和可靠的信号源。
[0029]
综上所述，本发明涉及一种高压变频继电保护装置的硬件测频电路，包 括单相测频模块，单相测频模块接收对应电压互感器采集的二次电压信号， 进行频率测量；降压单元将电压互感器输出的二次电压信号进行降压后输入 到整流单元，整流单元整流为直流信号输出；经滤波单元滤波，放大单元对 信号放大后，经光耦隔离输入到测量单元；测量单元进行对输入信号进行频 率测量。采用三种相同回路可提高频率测量的稳定性、精度，而且还能在系 统发生故障时准确为处理器提供可靠的频率计算信号源，能实时、可靠转换 电力系统的频率变化。采用的模拟回路与数字回路的隔离方法，能进一步提 高电路运行的稳定性与可靠性。
[0030]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释 本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和 范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和 边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。