一種故障指示器采集單元硬件解決方案

汪戰(zhàn)魁 耿紫妍 劉兵

摘 要：提供了一種故障指示器采集單元硬件解決方案，對其多項關(guān)鍵技術(shù)，電場采樣技術(shù)、電流采樣技術(shù)、取電技術(shù)等進(jìn)行了分析介紹，解決了采集單元采樣精度、低功耗等問題。

關(guān)鍵詞：故障指示器；采集單元；配電網(wǎng)

中圖分類號：TM344.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

故障指示器作為戶外高壓線路在線運行設(shè)備，由于使用條件的限制，需要解決多項關(guān)鍵技術(shù)，如采樣技術(shù)、取電技術(shù)、低功耗技術(shù)等[1]。本文提供了一種硬件解決方案，可有效解決采集單元采樣精度、低功耗等問題，具有體積小、重量輕、精度高和使用壽命長等特點。

1 硬件框架

如圖1所示，故障指示器采集單元硬件電路主要由CPU系統(tǒng)、取電及電源管理回路、電流采樣回路，電場采樣回路，無線模塊等組成。

2 電流電場采樣回路

通過開啟式結(jié)構(gòu)差分繞線PCB羅氏線圈對電流采樣，其輸出電動勢正比于被測電流對時間的微分，要恢復(fù)與一次電流成正比的信號須添加相應(yīng)的積分環(huán)節(jié)[2]。目前，積分環(huán)節(jié)的

低頻噪聲、電壓漂移等是影響電流測量精度的主要原因。本文利用復(fù)式積分原理，如圖2（a）所示，采用低通濾波、比例放大電路、有源積分電路、高通濾波、疊加電路等實現(xiàn)對羅氏線圈輸出信號的校正。

電場采樣采用電容分壓的原理，其模型如圖2（b）所示，C1為裝置分壓電容，Cg為裝置對地雜散分布電容，可通過Comsol Multiphysics 計算出Cg約為0.8pF[3]，則可知C1兩端電壓為V*Cg/（C1+Cg）。電場信號調(diào)理電路包括濾波、保護(hù)、放大等，如圖2（c）所示，電壓信號經(jīng)過R1、C1、Cg分壓及后續(xù)電路調(diào)理，由AD采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

3 電源回路

根據(jù)國標(biāo)要求，故障指示器采集單元元應(yīng)采用TA取電并輔以超級電容作為主供電源，能量密度不低于鋰電池的非充電電池作為后備電源。如圖3所示，TA與P1相連接，電壓經(jīng)保護(hù)、整流電路后送入TPS62160降壓至3V，CPU根據(jù)實時電壓通過IO口控制MOS管的通斷實現(xiàn)超級電容的充放電。3V電壓經(jīng)TPS61020升壓至3.3V，對CPU等器件供電。

4 結(jié)語

本文提供了一種故障指示器采集單元硬件解決方案，利用電容分壓、復(fù)式積分等原理實現(xiàn)了電場、電流的高精度采樣，提供了高效低功耗充電回路，滿足國標(biāo)要求。這種設(shè)計方案能滿足低成本、小型化、帶電安裝的要求，對智能配電網(wǎng)故障監(jiān)測具有積極意義。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：汪戰(zhàn)魁，男，助理工程師，主要從事繼電保護(hù)及配電自動化設(shè)備研制。