CN201974466U - 一种变电站侵入波电流采样装置 - Google Patents
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Abstract
一种变电站侵入波电流采样装置，它包括罗氏线圈测量模块、信号调理模块、模数转换模块、时钟控制模块、数据处理模块、数据存储器、电源***。罗氏线圈是测量装置的传感器，包括罗氏线圈和积分器；信号调理模块由TVS管、运放芯片LM353构成；模数转换模块由芯片AD9238构成；时钟采用10MHz有源晶振，控制信号的采样率；数据处理模块由芯片EP1C144C8构成，属于可编程模块；数据存储器由IS61LV1024构成，存储采样信号；传输接口芯片完成数据传输的功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及变电站电流监测领域，具体涉及高电压等级下变电站内侵入波过电压下某一条电路支路响应电流采样装置。
背景技术
变电站雷电侵入波是造成变电站设备故障的重要原因。近年来随着电网的迅速发展，超高压输电线路回数、长度和变电所数量的急剧增加，在我国雷击多发地区因雷电侵入波引起的断路器或互感器内部绝缘被击穿的事故时有发生。雷电侵入波也是劣化设备绝缘的重要因素，每一次雷电侵入波都会对相关设备的绝缘性能造成一次冲击，这种累积效应会逐步劣化设备的绝缘。
可见，有效监测变电站内侵入波电流，为变电站内侵入波过电压监测奠定基础，对于事故的记录及分析、评估设备绝缘劣化水平、帮助提高设备绝缘配合水平，进而提高电网运行安全具有重大意义。然而，因为采样技术的限制，高速采样模块触发时刻会导致触发前波形数据的丢失，不利于准确有效记录侵入波电流。
发明内容
为了弥补110kV以上电压等级变电站中对侵入波电流监测方面的空缺，本实用新型提供一种变电站侵入波电流监测装置，该装置可以实现对变电站侵入波电流完整采样。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该装置包括罗氏线圈测量模块、信号调理模块、模数转换模块、时钟控制模块、数据处理模块、数据存储器、电源***。罗氏线圈是测量装置的传感器，包括罗氏线圈和积分器。信号调理模块由TVS管、二极管、运放芯片LM353构成。模数转换模块由芯片AD9238构成。时钟采用10MHz有源晶振，控制信号的采样率。数据处理模块由芯片EP1C144C8构成，属于可编程模块。数据存储器由IS61LV1024构成，存储采样信号。传输接口芯片完成数据传输的功能。罗氏线圈测量模块装在需要监测的电路支路上，如果所监测支路在工频下正常运行，罗氏线圈测量模块测量的电流值经由信号调理模块、数模转化模块处理后存储在数据存储器开辟的可存放1000个数据的内存中，当超过1000个数据时则覆盖之前的数据，实现循环采样。当所监测的支路出现侵入波电流时，数据处理模块中FPGA启动触发，数据保存在数据存储器另外开辟的可存放3000个数据的内存中，最后把FPGA触发前的1000个数据和触发后的3000整合，即为侵入波完整电流数据，通过传输接口芯片完成数据的传输。
本实用新型的有益效果是，实现了110kV以上电压等级变电站侵入波电流的完整监测，避免了因为触发时刻引起的数据丢失，并且加装的罗氏线圈电流测量装置结构简单，体积小巧，利用电磁场耦合原理测量响应电流，与被测电流回路没有直接的电联系，有利于变电站安全可靠运行。
附图说明
图1是本实用新型装置结构图。
图2是本实用新型信号调理模块电路图。
图3是本实用新型在电容式电压互感器回路一个测量实例。
具体实施方式
在图1中，变电站侵入波监测装置包括罗氏线圈测量模块、信号调理模块、模数转换模块、数据处理模块、时钟控制模块、数据存储器和传输芯片接口。其中罗氏线圈测量模块包括罗氏线圈和积分器，罗氏线圈可以根据所测量支路的电流变化耦合小电流，经过积分器的积分就可以实现把大电流变为小电流信号；信号调理模块主要作用是把罗氏线圈测量模块测量电流变成电压信号，并由双极性信号转化为模数转换器可识识别的单极性信号；模数转换器是测量装置的核心部件，实现信号由模拟量变为数字量；数据处理模块是可编程模块，实现控制寻址，触发信号设置和数据整合功能；数据存储器主要存储两部分数据，一部分是存储监测支路正常状态下无触发时循环采样数据，另一部分是存储在侵入波作用在监测支路FPGA触发后电流数据；时钟控制模块控制模数转换器的工作频率，在侵入波电流监测中采样率为10MHz；传输芯片接口实现数据传输，根据通讯手段可以选择相应的芯片。
在图2中，在同向输入端口并联TVS管，起到电压钳位作用，吸收浪涌功率，使两极的电压钳位于预定值，有效保护电路免受浪涌脉冲的破坏。电路中R1＝R2＝500欧姆，R3＝R4＝2000欧姆，C1＝C2＝104皮法，C3＝C4＝20皮法，运放的电源为5V电源，电容C1和C2与电源并联，R1与运放反向输入端连接，R2与同向输入端连接，反馈网络为与频率无关的电阻R3和R4，在运放的输出端分别串联一个阻值为50欧姆的电阻，运放的输出端连接下一级电路的输入端，在两个输出端分别并联20皮法的电容。运放和电容电阻共同构成差分电路，把单端信号变为差分信号，大幅提高了信噪比，抑制共模干扰。
在图3中，是110kV变电站母线电容式电压互感器回路的侵入波电流监测波形。110kV母线电容式电压互感器回路的残压为254kV，有回路参数可以确定回路最大电流为5kA，罗氏线圈的匝数为1000匝，量程为5kA，采样频率设为10MHz。当变电站运行的某一时刻电容式电压互感器回路出现侵入波电流，FPGA触发，记录下触发时刻后3000个采样数据，并完成和触发前1000个数据的整合。图中的波形为侵入波电流监测装置记录在400微秒内电流变化情况。
Claims (3)
1.一种变电站侵入波电流采样装置，其特征是：包括罗氏线圈测量模块、信号调理模块、模数转换模块、时钟控制模块、数据处理模块、数据存储器、电源***。
2.根据权利要求1所述一种变电站侵入波电流采样装置，其特征是：罗氏线圈测量模块包括罗氏线圈和积分器，罗氏线圈可以根据所测量支路的电流变化耦合小电流，经过积分器的积分就可以实现把大电流变为小电流信号；信号调理模块由TVS管、二极管、运放芯片LM353构成，主要作用是把罗氏线圈测量模块测量电流变成电压信号，并由双极性信号转化为模数转换器可识识别的单极性信号；模数转换器是测量装置的核心部件，由芯片AD9238构成，实现信号由模拟量变为数字量；数据处理模块是可编程模块，由芯片EP1C144C8构成，实现控制寻址，触发信号设置和数据整合功能；数据存储器由IS61LV1024构成，主要存储两部分数据，一部分是存储监测支路正常状态下无触发时循环采样数据，另一部分是存储在侵入波作用在监测支路FPGA触发后电流数据；时钟控制模块采用10MHz有源晶振，控制模数转换器的工作频率，在侵入波电流监测中采样率为10MHz；传输芯片接口实现数据传输，根据通讯手段可以选择相应的芯片。
3.根据权利要求1所述的一种变电站侵入波电流采样装置，其特征是：信号调理电路采用差分结构，在同向输入端口并联TVS管，运放的电源为5V电源，电容为104皮法的电容分别与正负5V的电源并联，500欧姆的电阻分别与LM353运放同向和反向输入端串联，反馈网络为与频率无关的电阻，阻值为2000欧姆，在运放的同向和反向输出端分别串联一个阻值为50欧姆的电阻，运放的输出端连接下一级电路的输入端，在两个输出端分别并联20皮法的电容。
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