專利名稱：用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型關(guān)于電力工程現(xiàn)場電氣試驗技術(shù)，特別關(guān)于電氣試驗中被測 信號輸入測試儀器之前的信號調(diào)理，具體講是一種用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試 的信號調(diào)理裝置。
背景技術(shù)：
在輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試過程中，需要記錄一次電壓和電流的波形，以計 算過電壓和涌流的大小。通用示波器或者虛擬錄波儀都可以記錄電流或者電 壓的波形，但必須對線路電壓和電流互感器的二次輸出進行信號調(diào)理，將它 們轉(zhuǎn)化成可以直接接入錄波設備的電壓信號，才能實現(xiàn)錄波。因此，信號調(diào) 理裝置是輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試不可或缺的設備。
如圖1所示，在現(xiàn)有技術(shù)中，輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的錄波過程一般使用 阻容分壓器將強電電壓信號轉(zhuǎn)化成弱電電壓信號，使用小電流互感器加電阻 的方法將電流信號轉(zhuǎn)化成電壓信號。
其中，線路一次電壓Up作用于電容式電壓互感器轉(zhuǎn)化成0-250V的電壓 信號，該信號作為阻容分壓器的輸入信號Us，被轉(zhuǎn)化成通用示波器或者虛擬 錄波儀可以直接接入的0 10V的電壓信號Us，；線路一次電流Ip作用于電 流互感器轉(zhuǎn)化成0 5A的電流信號，該信號作為小電流互感器的輸入信號Is， 經(jīng)小電流互感器加電阻轉(zhuǎn)化成通用示波器或者虛擬錄波儀可以直接接入的 0 10V的電壓信號Us"。
然而，電阻阻容分壓器的缺點在于不能隔離輸入輸出信號，不能對超量 程信號進行抑制，而且由于剩佘電感的影響其頻率響應特性較差；小電流互 感器加電阻的缺點在于頻率響應差，且由于電阻發(fā)熱的影響導致數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差，錄波精度不高。小電流互感器加電阻方法的另一個缺點是使調(diào)理裝置 的體積重量較大，不方便攜帶。

實用新型內(nèi)容
本實用新型提供一種用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，通過信 號調(diào)理裝置抑制超量程信號，隔離輸入輸出信號，并對輸出信號進行高頻抑 制、偏置調(diào)整和溫度補償、濾波等處理，抑制干擾干擾，提高錄波的精度。 本實用新型的技術(shù)方案為
一種用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，所述的信號調(diào)理裝置包 括信號輸入保護單元、霍爾傳感器、霍爾傳感器二次電阻以及信號輸出處 理單元；其中，所述的信號輸入保護單元，接收外部輸入的被測信號，并對 輸入的超量程被測信號進行抑制處理，將處理后的被測信號傳送給所述的霍 爾傳感器；所述的霍爾傳感器與所述的信號輸入保護單元相連接，采集處理 后的被測信號，其輸入輸出信號在電氣上是相互隔離的；所述的霍爾傳感器 二次電阻與所述的霍爾傳感器相連接，所述的霍爾傳感器在所述的霍爾傳感 器二次電阻上生成能夠直接輸入錄波設備的電壓信號；所述的信號輸出處理
單元與所述的霍爾傳感器二次電阻相連接，用于對所述的能夠直接輸入錄波 設備的電壓信號進行處理，并將處理后的電壓信號輸出至錄波設備中。
本實用新型的有益效果在于通過提出的用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信 號調(diào)理裝置，不僅可以抑制超量程信號，隔離輸入輸出信號，而且通過對輸 出信號進行快速瞬變脈沖抑制、偏置調(diào)整、溫度校正和濾波，將干擾信號抑 制到相當小的范圍，提高了錄波的精度。本實用新型裝置采用霍爾傳感器， 大大減小了體積和重量，便于攜帶，方便了錄波儀器的現(xiàn)場布置。利用本實
用新型的調(diào)理裝置制成的虛擬錄波儀的準確度在3%以內(nèi)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的錄波結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實用新型具有電壓和電流輸入保護電路的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4為本實用新型裝置的電路原理框圖5是輸入信號為0 250V電壓信號時本實用新型裝置具體實施方式
的 電路圖6是輸入信號為0 5A電流信號時本實用新型裝置具體實施方式
的電 路圖7是本實用新型裝置具體實施方式
的偏置調(diào)整和溫度補償電路圖； 圖8是本實用新型裝置具體實施方式
的濾波電路圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。如圖2所示，為本實用 新型具體實施方式
的用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，該信號調(diào)理
裝置包括信號輸入保護單元，用于對輸入調(diào)理裝置的超量程電流電壓信號 進行抑制，保護后面的電路免受危害；霍爾傳感器及其二次電阻，用于在從 DC至AC 50kHz的頻率范圍內(nèi)，將上述量程范圍內(nèi)的電流電壓信號轉(zhuǎn)化成 0~10V的電壓信號；信號輸出處理單元，用于抑制霍爾傳感器二次信號的快 速瞬變脈沖信號，對上述0 10V的電壓信號進行偏置調(diào)整和溫度補償，以克 服霍爾傳感器的零點漂移，保證錄波的精度，并對上述0 10V的電壓信號進 行低通濾波，抑制高頻干擾，使錄波波形不致出現(xiàn)因千擾而造成的不可信的 尖峰。
如圖3所示，在上述信號調(diào)理裝置中的信號輸入保護單元包括兩種不同 的信號輸入保護單元。第一種為電壓信號輸入保護單元當輸入調(diào)理裝置的 信號為0 250V的電壓時，電壓信號輸入保護單元包括自恢復保險管，用 于切斷過流信號；壓敏電阻，用于吸收峰值超過250V的電壓信號；瞬態(tài)抑制 二極管，用于吸收峰值超過250V的快速瞬變脈沖電壓信號。第二種為電流信 號輸入保護單元當輸入校驗裝置的信號為0 5A的電流時，電流信號輸入 保護單元包括保險管，用于切斷過流信號；氣體放電管及其能量吸收電阻，用于保護后面電路不受到由于電流互感器開路所造成的過電壓信號的損害； 能量吸收電阻的作用在于當氣體放電管達到動作電壓放電時，將放電能量消 耗在該電阻上；瞬態(tài)抑制二極管，用于吸收峰值超過30V的快速瞬變脈沖電 壓信號。
上述信號調(diào)理裝置中的輸出保護電路包括瞬態(tài)抑制二極管和兩個穩(wěn)壓 二極管，用于吸收峰值超過12V的快速瞬變脈沖電壓信號。
在上述信號調(diào)理裝置中可同時具備上述的電壓信號輸入保護單元和電 流信號輸入保護單元，也可僅具有電壓信號輸入保護單元或電流信號輸入保 護單元之一。
本具體實施方式
提出的用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，不僅 可以抑制超量程信號，隔離輸入輸出信號，而且通過對輸出信號進行快速瞬 變脈沖抑制、偏置調(diào)整和溫度補償、濾波，抑制干擾信號，提高了錄波的精 度。裝置釆用霍爾傳感器，大大減小了體積和重量，便于攜帶，方便了錄波 儀器的現(xiàn)場布置。
實施例
本實用新型裝置設計用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，其電路 原理框圖如圖4所示，包括輸入保護電路，用于對輸入調(diào)理裝置的超量程 電流電壓信號進行抑制，保護后面的電路免受損害；霍爾傳感器及其二次電 阻，用于在從DC至AC 50kHz的頻率范圍內(nèi)，將上述量程范圍內(nèi)的電流電壓 信號轉(zhuǎn)化成0 10V的電壓信號；輸出高頻抑制電路，用于抑制霍爾傳感器二 次信號中的快速瞬變脈沖信號；偏置調(diào)整和溫度補償電路，用于對上述0-10V 的電壓信號進行偏置調(diào)整和溫度補償，以克服霍爾傳感器的零點漂移，保證 錄波的精度。濾波電路，用于對上述0 10V的電壓信號進行低通濾波，抑制 高頻干擾，使錄波波形不致出現(xiàn)因干擾而造成的不可信的尖峰。 本實施例裝置中的輸入保護電路有兩種不同的電路設計。 當輸入信號為0 250V電壓信號時，整個調(diào)理裝置的電路如圖5所示。其中的偏置調(diào)整和溫度補償電路如圖7所示，濾波電路如圖8所示。輸入保 護電路由自恢復保險管Fu、瞬態(tài)抑制二極管Tui和壓敏電阻Rui組成；霍爾 傳感器Su采用250V/50mA、帶寬為DC 50kHz的傳感器；這樣在電阻Rsu (阻 值為200歐姆)上能得到0 10V的電壓信號。輸出保護電路由瞬態(tài)抑制二極 管Tuo和穩(wěn)壓二極管Dul和Du2組成。
當輸入信號為0 5A電流信號時，整個調(diào)理裝置的電路示例如圖6所示。 其中的偏置調(diào)整和溫度補償電路如圖7所示，濾波電路如圖8所示。輸入保 護電路由自恢復保險管Fc、瞬態(tài)抑制二極管Tci、氣體放電管Gc和能量吸收 電阻Rci組成；霍爾傳感器Si釆用5A/50mA、帶寬為DC 50kHz的傳感器； 這樣在電阻Rsc (阻值為200歐姆)上能得到0 10V的電壓信號。輸出保護 電路同樣由瞬態(tài)抑制二極管Tco和溫壓二極管Del和Dc2組成。
當輸入信號為其它電流電壓信號時，可以選取不同的霍爾傳感器和保護 元件組成不同的調(diào)理裝置。
無論輸入信號是電流還是電壓，調(diào)理裝置都采用了偏置調(diào)整和溫度補償 電路以及濾波電路。如圖7所示，偏置調(diào)整和溫度補償電路由電阻R1、 R3、 Rll、 R12、電位器R2和通用運算放大器0P1組成。設電位器靠近R3部分的 電阻為R21ow，則該電路輸出信號Uol與其輸入信號Uil的關(guān)系如式(1)所 示。
U。'-^T" R1+R2+R3 —《Uil ") 圖7中，R12采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻，其余電阻都采用普通電阻。 當溫度增大時，霍爾傳感器的溫度漂移會增加，而R12減小，Rll基本不變， 根據(jù)式(1)，輸出信號基本不隨溫度變化而變化，實現(xiàn)了溫度補償。通過調(diào) 整電位器R2，改變R21ow的大小，可以調(diào)整電路的直流偏置，補償霍爾傳感 器的固有的直流偏置。
如圖8所示，濾波電路由由電阻R21、 R22、 R23、 R24 、電容器C21 、C22和通用運算放大器0P2組成。它是一個通用的有源二階低通濾波器。普 通電子書籍對其原理都有全面的闡述。本調(diào)理裝置通過選取合適的電阻電容 參數(shù)，使濾波電路的截止頻率為50kHz。
本實施例的一種用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，通過信號調(diào) 理裝置抑制超量程信號，隔離輸入輸出信號，并對輸出信號進行偏置調(diào)整、 溫度補償和濾波，排除不必要的干擾，提高錄波的精度。該裝置在輸變電工 程系統(tǒng)調(diào)試所要求的頻率范圍——DC至AC 50kHz內(nèi)，準確度在3%以內(nèi)。
以上具體實施方式
僅用于說明本實用新型，而非用于限定本實用新型。
權(quán)利要求1.一種用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，其特征是，所述的信號調(diào)理裝置包括信號輸入保護單元、霍爾傳感器、霍爾傳感器二次電阻以及信號輸出處理單元；其中，所述的信號輸入保護單元，接收外部輸入的被測信號，并對輸入的超量程被測信號進行抑制處理，將處理后的被測信號傳送給所述的霍爾傳感器；所述的霍爾傳感器與所述的信號輸入保護單元相連接，采集處理后的被測信號，其輸入輸出信號在電氣上是相互隔離的；所述的霍爾傳感器二次電阻與所述的霍爾傳感器相連接，所述的霍爾傳感器在所述的霍爾傳感器二次電阻上生成能夠直接輸入錄波設備的電壓信號；所述的信號輸出處理單元與所述的霍爾傳感器二次電阻相連接，用于對所述的能夠直接輸入錄波設備的電壓信號進行處理，并將處理后的電壓信號輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，其 特征是，信號輸入保護單元包括電壓信號輸入保護電路和電流信號輸入保護 電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，其 特征是，所述的電壓信號輸入保護電路包括-自恢復保險管，用于切斷過流信號；壓敏電阻，用于吸收峰值超過250V的電壓信號；瞬態(tài)抑制二極管，用于吸收峰值超過250V的快速瞬變脈沖電壓信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，其 特征是，所述的電流信號輸入保護電路包括保險管，用于切斷過流信號；氣體放電管及其能量吸收電阻，用于使后續(xù)電路避免由于電流互感器二次 開路所造成的過電壓信號的損害；瞬態(tài)抑制二極管，用于吸收峰值超過30V的快速瞬變脈沖電壓信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，其特征是，所述的信號輸出處理單元包括輸出高頻抑制電路，用于抑制霍爾傳 感器二次信號的快速瞬變脈沖信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，其特征是，所述的信號輸出處理單元包括偏置調(diào)整和溫度補償電路，用于對所 述的能夠進行測量的電壓信號進行偏置調(diào)整和溫度補償。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，其 特征是，所述的信號輸出處理單元包括濾波電路，用于對所述的能夠進行測 量的電壓信號進行低通濾波。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，其特征是，所述的霍爾傳感器及霍爾傳感器二次電阻，用于將DC至AC50kHz的 頻率范圍內(nèi)的電流電壓信號轉(zhuǎn)化成0-10V的電壓信號。
專利摘要本實用新型提供一種用于輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試的信號調(diào)理裝置，信號調(diào)理裝置包括信號輸入保護單元、霍爾傳感器、霍爾傳感器二次電阻以及信號輸出處理單元；其中，信號輸入保護單元，接收外部輸入的被測信號，并對輸入的超量程被測信號進行抑制處理，將處理后的被測信號傳送給霍爾傳感器；霍爾傳感器采集處理后的被測信號，其輸入輸出信號在電氣上是相互隔離的；霍爾傳感器在霍爾傳感器二次電阻上生成能夠直接輸入錄波設備的電壓信號；信號輸出處理單元對能夠直接輸入錄波設備的電壓信號進行高頻抑制、偏置調(diào)整和溫度補償、濾波等處理，并將處理后的電壓信號輸出。本裝置用以隔離輸入輸出信號，抑制干擾信號，提高信號錄波的精度。
文檔編號G01R19/00GK201222080SQ20082008068
公開日2009年4月15日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者吳宇輝, 戰(zhàn)秀河, 蕓 朱, 梅志剛, 愷 白, 陳太平 申請人:華北電力科學研究院有限責任公司