專利名稱：一種變電站侵入波電流采樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及變電站電流監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及高電壓等級下變電站內(nèi)侵入波過電壓下某一條電路支路響應(yīng)電流采樣裝置。
背景技術(shù)：
變電站雷電侵入波是造成變電站設(shè)備故障的重要原因。近年來隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，超高壓輸電線路回數(shù)、長度和變電所數(shù)量的急劇增加，在我國雷擊多發(fā)地區(qū)因雷電侵入波引起的斷路器或互感器內(nèi)部絕緣被擊穿的事故時有發(fā)生。雷電侵入波也是劣化設(shè)備絕緣的重要因素，每一次雷電侵入波都會對相關(guān)設(shè)備的絕緣性能造成一次沖擊，這種累積效應(yīng)會逐步劣化設(shè)備的絕緣?？梢姡行ПO(jiān)測變電站內(nèi)侵入波電流，為變電站內(nèi)侵入波過電壓監(jiān)測奠定基礎(chǔ)，對于事故的記錄及分析、評估設(shè)備絕緣劣化水平、幫助提高設(shè)備絕緣配合水平，進(jìn)而提高電網(wǎng)運行安全具有重大意義。然而，因為采樣技術(shù)的限制，高速采樣模塊觸發(fā)時刻會導(dǎo)致觸發(fā)前波形數(shù)據(jù)的丟失，不利于準(zhǔn)確有效記錄侵入波電流。
發(fā)明內(nèi)容為了彌補IlOkV以上電壓等級變電站中對侵入波電流監(jiān)測方面的空缺，本實用新型提供一種變電站侵入波電流監(jiān)測裝置，該裝置可以實現(xiàn)對變電站侵入波電流完整采樣。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該裝置包括羅氏線圈測量模塊、信號調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲器、電源系統(tǒng)。羅氏線圈是測量裝置的傳感器，包括羅氏線圈和積分器。信號調(diào)理模塊由TVS管、二極管、運放芯片LM353構(gòu)成。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊由芯片AD9238構(gòu)成。時鐘采用IOMHz有源晶振，控制信號的采樣率。數(shù)據(jù)處理模塊由芯片EP1C144C8構(gòu)成，屬于可編程模塊。數(shù)據(jù)存儲器由 IS61LV1024構(gòu)成，存儲采樣信號。傳輸接口芯片完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋Ａ_氏線圈測量模塊裝在需要監(jiān)測的電路支路上，如果所監(jiān)測支路在工頻下正常運行，羅氏線圈測量模塊測量的電流值經(jīng)由信號調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)化模塊處理后存儲在數(shù)據(jù)存儲器開辟的可存放1000 個數(shù)據(jù)的內(nèi)存中，當(dāng)超過1000個數(shù)據(jù)時則覆蓋之前的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)循環(huán)采樣。當(dāng)所監(jiān)測的支路出現(xiàn)侵入波電流時，數(shù)據(jù)處理模塊中FPGA啟動觸發(fā)，數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)存儲器另外開辟的可存放3000個數(shù)據(jù)的內(nèi)存中，最后把FPGA觸發(fā)前的1000個數(shù)據(jù)和觸發(fā)后的3000整合，即為侵入波完整電流數(shù)據(jù)，通過傳輸接口芯片完成數(shù)據(jù)的傳輸。本實用新型的有益效果是，實現(xiàn)了 IlOkV以上電壓等級變電站侵入波電流的完整監(jiān)測，避免了因為觸發(fā)時刻引起的數(shù)據(jù)丟失，并且加裝的羅氏線圈電流測量裝置結(jié)構(gòu)簡單， 體積小巧，利用電磁場耦合原理測量響應(yīng)電流，與被測電流回路沒有直接的電聯(lián)系，有利于變電站安全可靠運行。

[0007]圖1是本實用新型裝置結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實用新型信號調(diào)理模塊電路圖。圖3是本實用新型在電容式電壓互感器回路一個測量實例。
具體實施方式
在圖1中，變電站侵入波監(jiān)測裝置包括羅氏線圈測量模塊、信號調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、時鐘控制模塊、數(shù)據(jù)存儲器和傳輸芯片接口。其中羅氏線圈測量模塊包括羅氏線圈和積分器，羅氏線圈可以根據(jù)所測量支路的電流變化耦合小電流，經(jīng)過積分器的積分就可以實現(xiàn)把大電流變?yōu)樾‰娏餍盘?；信號調(diào)理模塊主要作用是把羅氏線圈測量模塊測量電流變成電壓信號，并由雙極性信號轉(zhuǎn)化為模數(shù)轉(zhuǎn)換器可識識別的單極性信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器是測量裝置的核心部件，實現(xiàn)信號由模擬量變?yōu)閿?shù)字量；數(shù)據(jù)處理模塊是可編程模塊，實現(xiàn)控制尋址，觸發(fā)信號設(shè)置和數(shù)據(jù)整合功能；數(shù)據(jù)存儲器主要存儲兩部分?jǐn)?shù)據(jù)，一部分是存儲監(jiān)測支路正常狀態(tài)下無觸發(fā)時循環(huán)采樣數(shù)據(jù)，另一部分是存儲在侵入波作用在監(jiān)測支路FPGA觸發(fā)后電流數(shù)據(jù)；時鐘控制模塊控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作頻率，在侵入波電流監(jiān)測中采樣率為IOMHz ；傳輸芯片接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)通訊手段可以選擇相應(yīng)的芯片。在圖2中，在同向輸入端口并聯(lián)TVS管，起到電壓鉗位作用，吸收浪涌功率，使兩極的電壓鉗位于預(yù)定值，有效保護(hù)電路免受浪涌脈沖的破壞。電路中Rl = R2 = 500歐姆，R3 =R4 = 2000歐姆，Cl = C2 = 104皮法，C3 = C4 = 20皮法，運放的電源為5V電源，電容 Cl和C2與電源并聯(lián)，Rl與運放反向輸入端連接，R2與同向輸入端連接，反饋網(wǎng)絡(luò)為與頻率無關(guān)的電阻R3和R4，在運放的輸出端分別串聯(lián)一個阻值為50歐姆的電阻，運放的輸出端連接下一級電路的輸入端，在兩個輸出端分別并聯(lián)20皮法的電容。運放和電容電阻共同構(gòu)成差分電路，把單端信號變?yōu)椴罘中盘?，大幅提高了信噪比，抑制共模干擾。在圖3中，是IlOkV變電站母線電容式電壓互感器回路的侵入波電流監(jiān)測波形。 IlOkV母線電容式電壓互感器回路的殘壓為254kV，有回路參數(shù)可以確定回路最大電流為 5kA，羅氏線圈的匝數(shù)為1000匝，量程為5kA，采樣頻率設(shè)為10MHz。當(dāng)變電站運行的某一時刻電容式電壓互感器回路出現(xiàn)侵入波電流，F(xiàn)PGA觸發(fā)，記錄下觸發(fā)時刻后3000個采樣數(shù)據(jù)，并完成和觸發(fā)前1000個數(shù)據(jù)的整合。圖中的波形為侵入波電流監(jiān)測裝置記錄在400微秒內(nèi)電流變化情況。
權(quán)利要求1.一種變電站侵入波電流采樣裝置，其特征是包括羅氏線圈測量模塊、信號調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲器、電源系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種變電站侵入波電流采樣裝置，其特征是羅氏線圈測量模塊包括羅氏線圈和積分器，羅氏線圈可以根據(jù)所測量支路的電流變化耦合小電流，經(jīng)過積分器的積分就可以實現(xiàn)把大電流變?yōu)樾‰娏餍盘?；信號調(diào)理模塊由TVS管、二極管、運放芯片LM353構(gòu)成，主要作用是把羅氏線圈測量模塊測量電流變成電壓信號，并由雙極性信號轉(zhuǎn)化為模數(shù)轉(zhuǎn)換器可識識別的單極性信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器是測量裝置的核心部件，由芯片AD9238構(gòu)成，實現(xiàn)信號由模擬量變?yōu)閿?shù)字量；數(shù)據(jù)處理模塊是可編程模塊，由芯片 EP1C144C8構(gòu)成，實現(xiàn)控制尋址，觸發(fā)信號設(shè)置和數(shù)據(jù)整合功能；數(shù)據(jù)存儲器由IS61LV1024 構(gòu)成，主要存儲兩部分?jǐn)?shù)據(jù)，一部分是存儲監(jiān)測支路正常狀態(tài)下無觸發(fā)時循環(huán)采樣數(shù)據(jù)，另一部分是存儲在侵入波作用在監(jiān)測支路FPGA觸發(fā)后電流數(shù)據(jù)；時鐘控制模塊采用IOMHz有源晶振，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作頻率，在侵入波電流監(jiān)測中采樣率為IOMHz ；傳輸芯片接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)通訊手段可以選擇相應(yīng)的芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變電站侵入波電流采樣裝置，其特征是信號調(diào)理電路采用差分結(jié)構(gòu)，在同向輸入端口并聯(lián)TVS管，運放的電源為5V電源，電容為104皮法的電容分別與正負(fù)5V的電源并聯(lián)，500歐姆的電阻分別與LM353運放同向和反向輸入端串聯(lián)，反饋網(wǎng)絡(luò)為與頻率無關(guān)的電阻，阻值為2000歐姆，在運放的同向和反向輸出端分別串聯(lián)一個阻值為50歐姆的電阻，運放的輸出端連接下一級電路的輸入端，在兩個輸出端分別并聯(lián)20皮法的電容。
專利摘要一種變電站侵入波電流采樣裝置，它包括羅氏線圈測量模塊、信號調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲器、電源系統(tǒng)。羅氏線圈是測量裝置的傳感器，包括羅氏線圈和積分器；信號調(diào)理模塊由TVS管、運放芯片LM353構(gòu)成；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊由芯片AD9238構(gòu)成；時鐘采用10MHz有源晶振，控制信號的采樣率；數(shù)據(jù)處理模塊由芯片EP1C144C8構(gòu)成，屬于可編程模塊；數(shù)據(jù)存儲器由IS61LV1024構(gòu)成，存儲采樣信號；傳輸接口芯片完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?br> 文檔編號G01R19/00GK201974466SQ201120003168
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者馮少輝, 司亞峰, 吳曉麗, 張國清, 張學(xué)晉, 張敏, 李震宇, 杜思林, 武登峰, 錢冠軍 申請人:山西省電力公司太原供電分公司