CN212410750U - 一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置，涉及单相接地故障选线装置技术领域。所述装置包括PCB电路板和TMR传感器组，所述PCB电路板由左PCB板和右PCB板通过电气端子插接连接，左PCB板和右PCB板合围后卡接在待测导体上；所述TMR传感器组由四组TMR传感器构成，每组两个且相对贴在同一PCB电路板的正反面；PCB电路板上设置有信号处理电路且通过数据接口和上位机连接，TMR传感器与信号处理电路电连接。使用时将左右两块PCB板卡接在待测导体上即可，拆装方便且无需在设备断电后再安装，测量范围宽，结果准确，安装简易，成本低。使用四组八个TMR传感器，先差分放大后均值运算的方式对电流进行高精度的测量，有效提高了选线成功率。

Description

一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及单相接地故障选线装置技术领域，具体涉及一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置。

背景技术

单相接地故障是指10kV到35kV小电流接地故障，是配电网故障中最常出现的故障类型。所造成的影响不仅会影响对用户的正常供电，而且可能对设备造成不可逆的损害，对社会经济造成影响。因此，单相接地故障如何快速识别故障并定位故障区域，一直以来都是电气领域研究的重点内容，其中就包括单相接地故障选线的研究。

普通的电流互感器可以检测到电流的变化，但单相接地故障发生后，通常供电仍然能保证线电压的对称性，故障时电流变化小，甚至短期内不影响对负荷的连续供电。因此，正常的电流互感器监测电流的方式难以识别到故障时的影响，也无法判断故障相与非故障相的区别。传统的测量方案是综合判断***零序电压或零序功率方向，设备上采用零序CT等设备进行单相接地故障选线的数据采集工作，但该设备安装不便，一般需要对设备进行断电之后，才能安装进入配电网中工作，且选线的成功率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置，解决现有选线装置要在设备断电后才能进行安装且选线成功率低的问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置，其特征在于：包括PCB电路板和TMR传感器组，所述PCB电路板由左PCB板和右PCB板通过电气端子插接连接，左PCB板和右PCB板合围后卡接在待测导体上；所述TMR传感器组由四组TMR传感器构成，每组两个且相对贴在同一PCB电路板的正反面；PCB电路板上设置有信号处理电路且通过数据接口和上位机连接，TMR传感器与信号处理电路电连接。

更进一步的技术方案是所述TMR传感器到待测导体中心距离均一致，成组的TMR传感器敏感方向相反。

更进一步的技术方案是所述相邻的TMR传感器中心与待测导体中心连线所成夹角为90°。

更进一步的技术方案是所述左PCB板和右PCB板均为半环状，端面设置有相适配的电气端子，外侧壁上设置有屏蔽层，数据接口设置在左PCB板和右PCB板其中一块上且与信号处理电路电连接。

更进一步的技术方案是所述的信号处理电路由依次电连接的差分放大器、均值加法器、程控增益放大器、AD转换器构成，差分放大器与TMR传感器组电连接，AD转换器与数据接口的AD数据接口连接，程控增益放大器与数据接口的程控增益接口连接，信号处理电路还包含提供电源的电源模块。

更进一步的技术方案是所述差分放大器设置有四路，每一路与一组TMR传感器对应连接。

工作原理：四组TMR传感器，每组两个，紧贴同一印制电路板正反面，位于待测导体径向距离L处，每组中心点与导体径向中心点的连线与相邻组的连线夹角为90°，四组呈圆形包裹在载流导体四周，每组的两个传感器敏感方向相反。

差分放大器共四路，分别对应四组传感器。每组传感器的输出在理想情况下电压应大小相等，极性相反。使用差分放大电路对极性相反的输入电压进行差分放大，并输出四组传感器的测量结果U1，U2，U3，U4。

均值加法器使用高带宽的双电源运算放大器将U1，U2，U3，U4分别予以四分之一的增益并进行相加，达到模拟电路求均值的效果。

放大电路及AD采样：使用高带宽的PGA（程控增益放大器）对求得的均值电压进行可控增益的放大，可通过外部接口指令进行增益控制。放大过后的电压进入高频AD进行采样，将采样测量值通过AD数据接口上传给上位机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）左右两块PCB板通过电气端子可插接的连接，使用时将左右两块PCB板卡接在待测导体上即可，拆装方便且无需在设备断电后再安装，测量范围宽，结果准确，安装简易，成本低。

（2）使用四组八个TMR传感器，先差分放大后均值运算的方式对电流进行高精度的测量。有效降低了外部干扰、个别器件噪点、导线形状位置细微变化等对测量结果的影响，测量精度高，有效提高了选线成功率。

（3）数据接口设置有AD数据传输接口，以及程控增益放大器接口，通过AD数据接口可以获取采集的数据，通过程控增益放大器接口可以在发生接地选线故障后，通过接口降低增益，以实现对故障电流的迅速查看；而在未发生故障时，可以通过提高增益，以实现对正常运行电流的高精度监测。

附图说明

图1为本实用新型中PCB电路板与TMR传感器的装配示意图。

图2为本实用新型中信号处理电路的框架示意图。

图3为使用PSCAD生成一模拟故障电流的波形图。

图4为本实用新型中数据采集装置的测量结果图。

图中：1-PCB电路板，101-左PCB板，102-右PCB板，2-TMR传感器，3-电气端子，4-待测导体，5-数据接口，6-屏蔽层。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1、2示出了一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置，包括PCB电路板1和TMR传感器组，所述PCB电路板1由左PCB板101和右PCB板102构成，左PCB板101和右PCB板102均为半环状，外侧壁上设置一层筒状屏蔽层6，屏蔽层6为一层平行于PCB电路板1轴向的高磁导率材料。左PCB板101和右PCB板102端面设置有相适配的电气端子3，且其中一块PCB板上设置有数据接口5。使用时，将半环状的左PCB板101和右PCB板102合围后卡接在待测导体4上，电气端子3插接后两块PCB板实现连接。

所述TMR传感器组由四组TMR传感器2构成，每组两个且相对贴在同一PCB电路板1的正反面，TMR传感器2到待测导体4中心距离均一致，成组的TMR传感器2敏感方向相反，TMR传感器2中心到待测导体4中心的连线与相邻TMR传感器2中心到待测导体4中心的连线所成夹角为90°，四组TMR传感器2呈圆形包裹在待测导体4的四周。

PCB电路板1上设置有信号处理电路，所述的信号处理电路由依次电连接的差分放大器、均值加法器、程控增益放大器、AD转换器构成，差分放大器与TMR传感器组电连接，AD转换器与数据接口5的AD数据接口连接，将板上AD采样完成的数字信号输出。程控增益放大器与数据接口5的程控增益接口连接，外部控制***可通过该接口输入指令控制程控增益放大器的增益。

信号处理电路还包含提供电源的电源模块。数据接口5和上位机连接，上位机直接读取数据，也可以对数据做二次处理和分析。所述差分放大器设置有四路，每一路与一组TMR传感器2对应连接。

使用时，将左PCB板101和右PCB板102卡接在待测导体4上并上电，装置电源模块得电后开始工作，同组的TMR传感器2实际测量的是同一点的相反方向的磁场，将大小相等、极性相反的电压传递至一路差分放大器，差分放大电路对输入电压进行差分放大，并输出四组传感器的测量结果U1，U2，U3，U4。此处差分放大器和两个TMR传感器2可以使信号免受小干扰信号的影响。同时使用差分的方式对信号进行测量，可以有效减少器件受到电源波动、纹波等常见共模干扰时对测量结果的影响。

均值加法器使用高带宽的双电源运算放大器将U1，U2，U3，U4分别予以四分之一的增益并进行相加，达到模拟电路求均值的效果。之后信号经过PGA（程控增益放大器），流向高频高精确度的AD转换器。最终AD的数据接口和程控增益放大器的增益控制接口合并作为设备的数据接口5，数据接口5与上位机进行数据传输。

采用基于上述构成原理制成的装置，对实验室条件中模拟出的故障电流进行初步测量与波形还原。在本实验中，使用PSCAD生成一模拟故障电流的波形文件，如图3所示，设置自动触发模式，触发频率为100次每秒，电流最大值为13.7A。将该波形文件以上述模式发送到波形生成器中，将测量电路连接完毕之后，进行测量。并将测量结果的波形在示波器中显示出来。最终测量的结果还原为波形即如图4显示。

需要指出的是，本设备是为了测量单相接地故障选线而设计，通常的配电网运行电流和故障电流约在1000A及以上，因此本设备的量程较大，在测量实验电流时会有较为明显的测量不精准的情况。但仍然可以从放大的测量结果图中看到测量结果同原波形的特征基本相同，同时根据该实验，在测量最大为14.7A电流的情况时，绝对误差不超过1A，因此可以推测在测量1000A大电流时，测量精准度应为±0.5%以内，完全满足对单相接地故障选线的测量需求。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (6)

1.一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置，其特征在于：包括PCB电路板（1）和TMR传感器组，所述PCB电路板（1）由左PCB板（101）和右PCB板（102）通过电气端子（3）插接连接，左PCB板（101）和右PCB板（102）合围后卡接在待测导体（4）上；所述TMR传感器组由四组TMR传感器（2）构成，每组两个且相对贴在同一PCB电路板（1）的正反面；PCB电路板（1）上设置有信号处理电路且通过数据接口（5）和上位机连接，TMR传感器（2）与信号处理电路电连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置，其特征在于：所述TMR传感器（2）到待测导体（4）中心距离均一致，成组的TMR传感器（2）敏感方向相反。

3.根据权利要求2所述的一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置，其特征在于：所述相邻TMR传感器（2）中心与待测导体（4）中心连线所成夹角为90°。

4.根据权利要求1所述的一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置，其特征在于：所述左PCB板（101）和右PCB板（102）均为半环状，端面设置有相适配的电气端子（3），外侧壁上设置有屏蔽层（6），数据接口（5）设置在左PCB板（101）和右PCB板（102）其中一块上且与信号处理电路电连接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置，其特征在于：所述的信号处理电路由依次电连接的差分放大器、均值加法器、程控增益放大器、AD转换器构成，差分放大器与TMR传感器组电连接，AD转换器与数据接口（5）的AD数据接口连接，程控增益放大器与数据接口（5）的程控增益接口连接，信号处理电路还包含提供电源的电源模块。

6.根据权利要求5所述的一种适用于单相接地故障选线的数据采集装置，其特征在于：所述差分放大器设置有四路，每一路与一组TMR传感器（2）对应连接。

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