CN111900697A - 电力二次设备双重化采样电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力二次设备双重化采样电路，该电路包括与电流互感器CT副边输出相连的采样电阻网络以及两套采样电路，所述采样电路包括滤波电路、ADC转换电路以及控制芯片；所述采样电阻网络包括串联的两个电阻网络，两套采样电路用于采集所述的两个电阻网络的电压信号，两个芯片通过数据交互模块完成采样数字量的交换，并利用采样值判断模块对两套采样数字量进行逻辑判断，判定两个电阻网络的阻值是否有异常。本发明能够确定采样电阻的工作状态，实时甄别CT副边侧采样电阻的异常情况，防止电力二次设备控制异常或保护出口误动和拒动。

Description

电力二次设备双重化采样电路

技术领域

本发明涉及一种基于电流互感器的电流采用电路，尤其涉及一种电力二次设备双重化采样电路。

背景技术

模拟采样***是电力二次设备工作的信息来源，当电网发生各类故障时，电力二次设备使用模拟量采样值进行故障判别，完成切除、隔离故障的功能。电力二次设备通常情况下使用电流互感器(Current Transformer)，以下简称CT，来传变一次电流。基于现有专利公布的技术，现有的继电保护装置、稳控装置等电力二次设备普遍使用双重化采样。设备内一路电流模拟量使用一个CT，CT副边接入采样电阻，采用双重化采样的方式将采样电阻上采样电压同时送入两个处理器核进行计算和判断，提高采样的可靠性。但是，当采样电阻出现异常时，例如采样电阻产生阻值波动，会直接影响到采样值的有效性和准确性，严重时会引起电力二次设备控制或保护逻辑出错。如果此时装置继续使用采样值进行应用计算，有可能引起保护、控制等逻辑的失效。

《一种智能变电站中双AD采样不一致判断方法》(CN2016105510754A)提出一种智能变电站双AD采样不一致判断方案。该方案对相同模拟量进行重复采样，首先判断各路AD采样数据的有效性，并通过比较被测电气量双AD采样差值的绝对值是否大于设定阈值来判断双AD采样值是否异常，从而有助于避免保护误动作跳闸。但该方案仅靠两路AD采样的差值进行异常判别，对采样电阻工作异常如短路、开路和阻值变化等情况并无法进行区分判别和告警，这对电力二次设备的可靠动作非常关键。

《一种基于双AD采样的智能变电站继电保护方法》(CN2015104410042A)公开了一种双AD采样不一致判断方法，即通过比较双AD采样数据幅值差值的绝对值，若绝对值大于设定值则判断双AD采样不一致。该技术方案由于仅对同一采样电阻进行了重复采样，因此当采样电阻本身发生异常时该方法并无法识别，这样势必会影响包括继电保护装置在内的电力二次设备的采样可靠性和响应的准确性。即当该电阻阻值发生变化时***无法及时监测和响应，不利于电力二次设备的可靠动作。

综上所述，现有的双重化采样电路无法监测CT副边采样电阻自身出现的异常状态。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种电力二次设备双重化采样电路，能够确定采样电阻的工作状态，实时甄别CT副边侧采样电阻的异常情况，防止电力二次设备控制异常或保护出口误动和拒动。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种电力二次设备双重化采样电路，该电路包括与电流互感器CT副边输出相连的采样电阻网络以及两套采样电路，所述采样电路包括滤波电路、ADC转换电路以及控制芯片；所述采样电阻网络包括串联的两个电阻网络，两套采样电路用于采集所述的两个电阻网络的电压信号，两路电压信号分别通过所述滤波电路滤波，通过所述ADC转换电路将电压转化为采样数字量送入控制芯片，所述控制芯片控制ADC转换电路启动转换，接收ADC输出的采样数字量；两个芯片通过数据交互模块完成采样数字量的交换，并利用采样值判断模块对两套采样数字量进行逻辑判断，所述逻辑判断是比较两套采样数字量的比值与两个串联电阻网络的等效电阻的分压比的大小关系，通过逻辑判断的结果来判定两个电阻网络的阻值是否有异常。

优选的，所述滤波电路采用RC滤波电路，所述控制芯片采用SoC集成电路芯片。

上述方案中所述的通过逻辑判断的结果来判定两个电阻网络的阻值是否有异常，判据如下：

设两个串联电阻网络的等效电阻值分别为R1、R2，等效阻值为R2的电阻网络一端接地，对应所采集的采样数字量分别为S1、S2；

(1)若S1/S2＝(R1+R2)/R2，判定采样电阻工作正常；

(2)若S1/S2≠(R1+R2)/R2，判定采样电阻异常，并进一步分析采样电阻异常类型：

(a)若S1和S2均为零，判定至少一个电阻网络开路；

(b)若S1＝S2，判定等效阻值为R1的电阻网络短路；

(c)如S1不为零，S2为零，判定等效阻值为R2的电阻网络短路；

(d)不属于(a)～(c)中的任意一种情形，若S1/S2＞(R1+R2)/R2或者S1/S2＜(R1+R2)/R2时，判定至少一个电阻网络的阻值有变化。

一种典型的双重化采样电路方案是，所述电阻网络采用高精度采样电阻，所述采样电阻网络包括串联的两个高精度采样电阻。

进一步的，所述的两个高精度采样电阻的阻值相同。在此设计下，所述的通过逻辑判断的结果来判定两个电阻网络的阻值是否有异常，判据如下：

(1)若S1＝2*S2，判定采样电阻工作正常；

(2)若S1≠2*S2，判定采样电阻异常，并进一步分析采样电阻异常类型：

(a)若S1和S2均为零，判定为至少一个采样电阻开路；

(b)若S1＝S2，判定两端均未接地的采样电阻短路；

(c)如S1不为零，S2为零，判定一端接地的采样电阻短路；

(d)不属于(a)～(c)中的任意一种情形，若S1＞2*S2或者S1＜2*S2时，判定为至少一个采样电阻的阻值变化。

有益效果：相比于现有技术，本发明具有以下优点：本发明采用串联的电阻网络，优选采用两个高精度采样电阻串联，双重化采样通道的接入点分别放在两个采样电阻上，通过程序计算分析两路采样电压比值，确定采样电阻的工作状态，实时甄别采样电阻异常情况，防止电力二次设备控制异常或保护出口误动和拒动。相比于现有的常规采样电路，本发明能够解决当前电力二次设备双重化采样电路中采样电阻出现诸如短路、开路和阻值波动等异常状态无法判断的问题。

附图说明

图1是本发明所述的电力二次设备双重化采样电路***框图；

图2是本发明所述的电力二次设备双重化采样电路的典型电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1所示为本发明所述的电力二次设备双重化采样电路***框图。电流互感器1(CT)的副边输出电流接入采样电阻网络2。采样电阻网络2包括串联的两个电阻网络，从两个电阻网络的输出端分别输出两路电压信号V1和V2。

第一电压信号V1接入A套滤波电路3完成滤波后，送入A套ADC采样4中进行模数转换，A套ADC采样4在SOC5的ADC控制模块下完成转换，并将转换得到的数字量作为A套采样值S1，发送至芯片SOC5。

第二电压信号V2接入B套滤波电路6完成滤波后，送入B套ADC采样7中进行模数转换，B套ADC采样7在SOC8的ADC控制模块下完成转换，并将转换得到的数字量作为B套采样值S2，发送至芯片SOC8。

芯片SOC5和芯片SOC8通过数据交互模块完成数据交换，并利用采样值判断模块对双重化采样值进行采样值逻辑判断，通过两套采样值与两个串联电阻网络的等效电阻的分压比来判定两个电阻网络的阻值是否有异常，包括诸如短路、开路和阻值波动等异常状态。针对采样电阻工作状态的判据如下，两个串联电阻网络的等效电阻分别为R1和R2，阻值R2的电阻网络一端接地：

(1)若S1/S2＝(R1+R2)/R2，判定采样电阻工作正常。等式判断中需设定阈值，即允许的误差范围。在该误差范围内判定相等。

(2)若S1/S2≠(R1+R2)/R2，判定采样电阻异常，置模拟量采样值品质异常。同时，应用软件计算进一步分析采样电阻异常类型：

(a)若S1和S2均为零，判定至少一个电阻网络开路；

(b)若S1＝S2，判定阻值为R1的电阻网络短路；

(c)如S1不为零，S2为零，判定阻值为R2的电阻网络短路；

(d)不属于(a)～(c)中的任意一种情形，若S1/S2＞(R1+R2)/R2或者S1/S2＜(R1+R2)/R2时，判定至少一个电阻网络的阻值有变化。

图1***框图中，框图中编号1、2、3、4、6、7的模块构成双重化采样电路模拟部分，框图中编号4、5、7、8的模块构成双重化采样电路数字部分，其中模块4和模块7是模数混合部分。

图2是本发明所述的双重化采样电路模拟部分的典型实现电路。CT副边采样电路采用两个高精度采样电阻串联，对电力二次设备需处理的模拟量进行双重化采样。两个采样电阻采样得到的电压量分别送入两套ADC采样电路采样后，采样值上送SOC进行分析和逻辑判断。

CT副边采用2个高精度采样电阻R1和R2串联采样，将CT副边电流转换为电压，R1和R2呈比例关系。

CT副边电流流经采样电阻R1和R2后，得到的采样电压V1作为双重化采样中的A套采样电压，经电阻R3和电容C1组成的低通滤波器滤波后，送入ADC芯片U1。U1进行模数转换，转换得到的数字量作为A套采样值S1。

CT副边电流流经采样电阻R2后，得到的采样电压V2作为双重化采样中的B套采样电压，经电阻R4和电容C2组成的低通滤波器滤波后，送入ADC芯片U2。U2进行模数转换，转换得到的数字量作为B套采样值S2。

双重化采样电路数字部分使用双重化采样得到的A套采样值S1和B套采样值S2，对采样电阻工作状态进行判断，判断结果作为模拟量采样值的品质参数，参与电力二次设备的保护、控制等逻辑判断，防止电力二次设备控制异常或保护出口误动和拒动。针对采样电阻工作状态的判据如下，以R1和R2阻值相同进行分析：

(1)若S1＝2*S2，判定采样电阻工作正常；

(2)若S1≠2*S2，判定采样电阻异常，置模拟量采样值品质异常。同时，应用软件进一步分析采样电阻异常类型：

(a)若S1和S2均为零，判定为R1或R2开路；

(b)若S1＝S2，判定R1短路；

(c)如S1不为零，S2为零，判定R2短路；

(d)不属于(a)～(c)中的任意一种情形，并且若S1＞2*S2或者S1＜2*S2时，判定为R1或R2阻值变化。

Claims (6)

1.一种电力二次设备双重化采样电路，其特征在于：该电路包括与电流互感器CT副边输出相连的采样电阻网络以及两套采样电路，所述采样电路包括滤波电路、ADC转换电路以及控制芯片；所述采样电阻网络包括串联的两个电阻网络，两套采样电路用于采集所述的两个电阻网络的电压信号，两路电压信号分别通过所述滤波电路滤波，通过所述ADC转换电路将电压转化为采样数字量送入控制芯片，所述控制芯片控制ADC转换电路启动转换，接收ADC输出的采样数字量；两个芯片通过数据交互模块完成采样数字量的交换，并利用采样值判断模块对两套采样数字量进行逻辑判断，所述逻辑判断是比较两套采样数字量的比值与两个串联电阻网络的等效电阻的分压比的大小关系，通过逻辑判断的结果来判定两个电阻网络的阻值是否有异常。

2.根据权利要求1所述的电力二次设备双重化采样电路，其特征在于：所述滤波电路采用RC滤波电路，所述控制芯片采用SoC集成电路芯片。

3.根据权利要求1所述的电力二次设备双重化采样电路，其特征在于：所述的通过逻辑判断的结果来判定两个电阻网络的阻值是否有异常，判据如下：

设两个串联电阻网络的等效电阻值分别为R1、R2，等效阻值为R2的电阻网络一端接地，对应所采集的采样数字量分别为S1、S2；

(1)若S1/S2＝(R1+R2)/R2，判定采样电阻工作正常；

(2)若S1/S2≠(R1+R2)/R2，判定采样电阻异常，并进一步分析采样电阻异常类型：

(a)若S1和S2均为零，判定至少一个电阻网络开路；

(b)若S1＝S2，判定等效阻值为R1的电阻网络短路；

(c)如S1不为零，S2为零，判定等效阻值为R2的电阻网络短路；

(d)不属于(a)～(c)中的任意一种情形，若S1/S2＞(R1+R2)/R2或者S1/S2＜(R1+R2)/R2时，判定至少一个电阻网络的阻值有变化。

4.根据权利要求1所述的电力二次设备双重化采样电路，其特征在于：所述电阻网络采用高精度采样电阻，所述采样电阻网络包括串联的两个高精度采样电阻。

5.根据权利要求4所述的电力二次设备双重化采样电路，其特征在于：所述的两个高精度采样电阻的阻值相同。

6.根据权利要求5所述的电力二次设备双重化采样电路，其特征在于：所述的通过逻辑判断的结果来判定两个电阻网络的阻值是否有异常，判据如下：

(1)若S1＝2*S2，判定采样电阻工作正常；

(2)若S1≠2*S2，判定采样电阻异常，并进一步分析采样电阻异常类型：

(a)若S1和S2均为零，判定为至少一个采样电阻开路；

(b)若S1＝S2，判定两端均未接地的采样电阻短路；

(c)如S1不为零，S2为零，判定一端接地的采样电阻短路；

(d)不属于(a)～(c)中的任意一种情形，若S1＞2*S2或者S1＜2*S2时，判定为至少一个采样电阻的阻值变化。

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