CN103149408A - 一种微机保护装置及其电流采样电路 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电力***的继电器保护领域，提供了一种微机保护装置及其电流采样电路。该装置及其电流采样电路采用一套电路实现了电力***正常电流和故障电流的采集，相对于现有采用两套独立电路的实现方式，可简化电路结构；该电路中，第一增益控制电路在电力***正常时控制集成运放电路的增益系数，第二增益控制电路在电力***出现电流故障时控制集成运放电路的增益系数，相对于现有采用一套电路的实现方式，提高了故障电流和正常电流的采样精度，进而增强了微机保护装置的保护性能；另外，第一增益控制电路与第二增益控制电路之间为无缝切换，而无须通过开关实现切换，采样速度快，进一步增强了微机保护装置的保护性能。

Description

一种微机保护装置及其电流采样电路
技术领域
本发明属于电力***的继电器保护领域，尤其涉及一种电力***中的微机保护装置及其电流采样电路。
背景技术
微机保护装置是一种应用在电力***中，用以实现电压电流的测量及保护的装置。微机保护装置利用电力***运行过程中运行参数（如：电流、电压、功率因数角等）的变化，来判断电力***的故障性质和范围，以便进而做出相应反应和处理（如：发出警告信号或令断路器跳闸等）。因此，在微机保护装置中，用以采集运行参数的数据采集***的性能尤为重要，其采集的速度、精度及动态范围对微机保护装置的保护性能具有十分重要的影响。
由于电力***在发生故障时，故障电流比正常电流大好几倍、甚至几十倍，若要实现准确可靠的保护，须对正常电流和故障电流均进行快速、高精度的采样。现有技术中，微机保护装置的数据采集***中，用于采集故障电流的电流采样电路有如下两种实现方式：一、采用一套电路，其结构简单，但动态范围小，对正常电流的采样精度低，无法满足所需的采样精度，使得微机保护装置的保护性能差；二、采用两套独立的电路，其中的一套电路用于在***正常工作时采集正常电流，另一套用于在***出现故障时采集故障电流，这种实现电路复杂，成本高，而且两套电路之间的切换通过开关控制，则在切换过程中会存在一切换过程，导致采样速度慢，进而降低了微机保护装置的保护性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微机保护装置的电流采样电路，旨在解决现有的微机保护装置中，或者由于采用一套电路而采样精度低，或者由于采用两套独立电路而结构复杂，且采样速度慢，导致微机保护装置保护性能差的问题。
本发明是这样实现的，一种微机保护装置的电流采样电路，所述电流采样电路包括：
交流采样电路，用于将电力***的交流电流信号转换成第一电压信号；
集成运放电路，用于对所述第一电压信号进行增益调节，并输出第二电压信号；
输出电路，用于将所述第二电压信号转换成可识别电压信号并输出；
第一增益控制电路，用于在所述电力***正常工作时，控制所述集成运放电路的增益系数；
第二增益控制电路，用于在所述电力***故障时，控制所述集成运放电路的增益系数。
本发明的另一目的在于，还提供了一种微机保护装置，所述装置包括如上所述的微机保护装置的电流采样电路。
本发明提供的微机保护装置及其电流采样电路采用一套电路实现了电力***正常电流和故障电流的采集，相对于现有采用两套独立电路的实现方式，可简化电路结构；该电路中，第一增益控制电路在电力***正常时控制集成运放电路的增益系数，第二增益控制电路在电力***出现电流故障时控制集成运放电路的增益系数，相对于现有采用一套电路的实现方式，提高了故障电流和正常电流的采样精度，进而增强了微机保护装置的保护性能；另外，第一增益控制电路与第二增益控制电路之间为无缝切换，而无须通过开关实现切换，相对于现有采用两套独立电路的实现方式，电路简单，采样速度快，进一步增强了微机保护装置的保护性能。
附图说明
图1是本发明提供的微机保护装置的电流采样电路的电路原理图；
图2是图1的电路图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一套微机保护装置的电流采样电路，该电路中，第一增益控制电路在电力***正常时工作，第二增益控制电路在电力***出现电流故障时工作。
图1示出了本发明提供的微机保护装置的电流采样电路的电路原理，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
本发明提供的微机保护装置的电流采样电路包括：交流采样电路11，用于将电力***的交流电流信号转换成第一电压信号；集成运放电路12，用于对第一电压信号进行增益调节，并输出第二电压信号；输出电路13，用于将第二电压信号转换成可识别电压信号并输出；第一增益控制电路14，用于在电力***正常工作时，控制集成运放电路12的增益系数；第二增益控制电路15，用于在电力***故障时，控制集成运放电路12的增益系数。
本发明提供的微机保护装置的电流采样电路采用一套电路实现了电力***正常电流和故障电流的采集，相对于现有采用两套独立电路的实现方式，可简化电路结构；该电路中，第一增益控制电路在电力***正常时控制集成运放电路的增益系数，第二增益控制电路在电力***出现电流故障时控制集成运放电路的增益系数，相对于现有采用一套电路的实现方式，提高了故障电流和正常电流的采样精度，进而增强了微机保护装置的保护性能；另外，第一增益控制电路与第二增益控制电路之间为无缝切换，而无须通过开关实现切换，相对于现有采用两套独立电路的实现方式，采样速度快，进一步增强了微机保护装置的保护性能。
图2示出了图1的电路。
具体地，交流采样电路11可以包括：电流互感器T，其一次绕组的两端连接电力***的输电线路，其二次绕组的一端连接等电势，其二次绕组的另一端作为交流采样电路11的输出端连接集成运放电路12、第一增益控制电路14和第二增益控制电路15。
本发明中，利用电流互感器T的一次绕组和二次绕组，可实现高压侧与低压侧的有效隔离，并将一次侧输入的交流电流信号转换成二次侧输出的第一电压信号，例如，可将一次侧输入的0~100A的交流电流信号转换成二次侧输出的0~3.53V的第一电压信号。
具体地，集成运放电路12可以包括：运算放大器A、电阻R3、电阻R4。其中，运算放大器A的反相输入端通过电阻R3连接交流采样电路11的输出端，运算放大器A的同相输入端通过电阻R4连接等电势，运算放大器A的输出端作为集成运放电路12的输出端连接输出电路13，第一增益控制电路14和第二增益控制电路15分别并联在交流采样电路11的输出端和运算放大器A的输出端之间。
进一步地，为了避免电流互感器T意外故障而引入的高压对电路器件的影响，集成运放电路12还可包括一保护电路。该保护电路具体包括：设置在交流采样电路11的输出端，以及集成运放电路12、第一增益控制电路14和第二增益控制电路15之间的二极管D1和二极管D2；其中二极管D1的阴极和二极管D2的阳极分别连接交流采样电路11的输出端，二极管D1的阳极和二极管D2的阴极分别连接等电势。
具体地，输出电路13可以包括：电容C2，其一端连接集成运放电路12的输出端，其另一端作为微机保护装置的电流采样电路的输出端，用以输出可识别电压信号。经电容C2另一端输出的可识别电压信号之后输入到单片机芯片或DSP芯片等数字处理芯片中，以进一步对可识别电压信号进行模/数转换。
具体地，第一增益控制电路14可以包括：电阻R2和电容C1。电阻R2和电容C1分别并联在交流采样电路11的输出端和运算放大器A的输出端之间。
具体地，第二增益控制电路15可以包括：稳压管D3、稳压管D4和电阻R1。其中，稳压管D3、稳压管D4和电阻R1串联在交流采样电路11的输出端和运算放大器A的输出端之间，且稳压管D3的阳极连接交流采样电路11的输出端，稳压管D3的阴极连接稳压管D4的阴极。
图2所示的电路在工作时，电流互感器T将交流电流信号转换成第一电压信号。之后，若电力***正常工作，交流采样电路11的输出端和运算放大器A的输出端之间的电压未达到第一预设电压值，则电阻R2所在支路工作，以实现小量程范围内电流信号的采样；若电力***出现故障，使得交流采样电路11的输出端和运算放大器A的输出端之间的电压达到第一预设电压值，则稳压管D3、稳压管D4和电阻R1所在支路工作，以将瞬间陡增的信号通过稳压管D3和稳压管D4的稳压作用进行有效衰减，避免了信号过大而造成超量程，导致后续的数字处理芯片无法识别。其中的第一预设电压值优选是6.2V。
本发明还提供了一种微机保护装置，包括如上所述的微机保护装置的电流采样电路。
本发明提供的微机保护装置及其电流采样电路采用一套电路实现了电力***正常电流和故障电流的采集，相对于现有采用两套独立电路的实现方式，可简化电路结构；该电路中，第一增益控制电路在电力***正常时控制集成运放电路的增益系数，第二增益控制电路在电力***出现电流故障时控制集成运放电路的增益系数，相对于现有采用一套电路的实现方式，提高了故障电流和正常电流的采样精度，进而增强了微机保护装置的保护性能；另外，第一增益控制电路与第二增益控制电路之间为无缝切换，而无须通过开关实现切换，相对于现有采用两套独立电路的实现方式，采样速度快，进一步增强了微机保护装置的保护性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微机保护装置的电流采样电路，其特征在于，所述电流采样电路包括：
交流采样电路，用于将电力***的交流电流信号转换成第一电压信号；
集成运放电路，用于对所述第一电压信号进行增益调节，并输出第二电压信号；
输出电路，用于将所述第二电压信号转换成可识别电压信号并输出；
第一增益控制电路，用于在所述电力***正常工作时，控制所述集成运放电路的增益系数；
第二增益控制电路，用于在所述电力***故障时，控制所述集成运放电路的增益系数。
2.如权利要求1所述的微机保护装置的电流采样电路，其特征在于，所述集成运放电路包括运算放大器、电阻R3、电阻R4；
所述运算放大器的反相输入端通过所述电阻R3连接所述交流采样电路的输出端，所述运算放大器的同相输入端通过所述电阻R4连接等电势，所述运算放大器的输出端作为所述集成运放电路的输出端连接所述输出电路，所述第一增益控制电路和所述第二增益控制电路分别并联在所述交流采样电路的输出端和所述运算放大器的输出端之间。
3.如权利要求2所述的微机保护装置的电流采样电路，其特征在于，所述第一增益控制电路包括电阻R2和电容C1；
所述电阻R2和所述电容C1分别并联在所述交流采样电路的输出端和所述运算放大器的输出端之间。
4.如权利要求3所述的微机保护装置的电流采样电路，其特征在于，当所述交流采样电路的输出端和所述运算放大器的输出端之间的电压未达到第一预设电压值时，所述电阻R2所在并联支路工作。
5.如权利要求2所述的微机保护装置的电流采样电路，其特征在于，所述第二增益控制电路包括：稳压管D3、稳压管D4和电阻R1；
所述稳压管D3、所述稳压管D4和所述电阻R1串联在所述交流采样电路的输出端和所述运算放大器的输出端之间，且所述稳压管D3的阳极连接所述交流采样电路的输出端，所述稳压管D3的阴极连接所述稳压管D4的阴极。
6.如权利要求5所述的微机保护装置的电流采样电路，其特征在于，当所述交流采样电路的输出端和所述运算放大器的输出端之间的电压达到第一预设电压值时，所述第二增益控制电路工作。
7.如权利要求2所述的微机保护装置的电流采样电路，其特征在于，所述集成运放电路还包括：设置在所述交流采样电路的输出端，以及所述集成运放电路、所述第一增益控制电路和所述第二增益控制电路之间的二极管D1和二极管D2；
所述二极管D1的阴极和所述二极管D2的阳极分别连接所述交流采样电路的输出端，所述二极管D1的阳极和所述二极管D2的阴极分别连接等电势。
8.如权利要求1所述的微机保护装置的电流采样电路，其特征在于，所述交流采样电路包括：
电流互感器T，所述电流互感器T的一次绕组的两端连接所述电力***的输电线路，所述电流互感器T的二次绕组的一端连接等电势，所述电流互感器T的二次绕组的另一端作为所述交流采样电路的输出端连接所述集成运放电路、所述第一增益控制电路和所述第二增益控制电路。
9.如权利要求1所述的微机保护装置的电流采样电路，其特征在于，所述输出电路包括：
电容C2，所述电容C2的一端连接所述集成运放电路的输出端，所述电容C2的另一端作为所述电流采样电路的输出端，用以输出所述可识别电压信号。
10.一种微机保护装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求1至9任一项所述的微机保护装置的电流采样电路。
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