一種用于高壓sf6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本產(chǎn)品設(shè)計(jì)涉及電力產(chǎn)品電器領(lǐng)域開關(guān)設(shè)備的在線監(jiān)測，特別涉及一種用于高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的計(jì)算斷路器電壽命的方法主要是開斷電流累計(jì)法，它是根據(jù)觸頭的質(zhì)量損耗計(jì)算電壽命，是基于高壓斷路器的電壽命曲線的累計(jì)法。但是，不同短路電流下的觸頭電磨損程度是不一樣的，而其磨損量和短路電流大小并不成線性關(guān)系。僅用累計(jì)開斷電流來判斷觸頭燒損量是不夠的；因此，判斷觸頭燒損量要考慮到每次開斷不同短路電流所產(chǎn)生的不同磨損量，從而給高壓SF6斷路器/GIS的電壽命檢測帶來了很大的困難。因此，需要對現(xiàn)有的電壽命檢測狀況進(jìn)行革新，不能僅依賴于開斷電流大小，而通過反映高壓SF6斷路器/GIS開關(guān)動作時(shí)的重疊時(shí)間來監(jiān)測和評估斷路器的電壽命，從而有望獲得較為準(zhǔn)確的電壽命監(jiān)測結(jié)果，彌補(bǔ)目前國內(nèi)外尚無高壓SF6斷路器/GIS行之有效的電壽命監(jiān)測技術(shù)和方法的缺陷，為高壓SF6斷路器/GIS智能化產(chǎn)品的升級換代提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。
[0003]對于這種電壽命監(jiān)測方法，一般需要注入特定頻率信號，通過提取并分析該頻率信號完成監(jiān)測。但是，考慮到測試中工頻信號存在很大干擾，暫態(tài)過程也會帶來高頻噪聲，以至于噪聲信號的幅度有可能與有效信號數(shù)量級相等甚至于超過有效信號。因此，為了能準(zhǔn)確監(jiān)測電壽命，必須對信號提取并進(jìn)行調(diào)理放大，從而避免噪聲的干擾，增加測量的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，本公開了提供了一種用于高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路，所述電路包括信號提取模塊、信號濾波模塊和信號放大模塊；
[0005]所述信號提取模塊用于獲得電壽命監(jiān)測信號并將信號傳遞到信號濾波模塊，經(jīng)所述信號濾波模塊對信號進(jìn)行處理后傳入到信號放大模塊；
[0006]所述信號濾波模塊用于濾除信號中的工頻噪聲及其他頻率噪聲干擾，包括乘法器及帶通濾波器濾波兩部分；
[0007]所述信號放大模塊，使用低噪聲電壓反饋放大器，用于將濾波后的信號放大以實(shí)現(xiàn)信號調(diào)理；
[0008]所述電壽命監(jiān)測信號為反映高頻時(shí)主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同的電壓信號。
[0009]在這個(gè)實(shí)施例中，所述高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的原理是利用高頻時(shí)主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同，來監(jiān)測弧觸頭單獨(dú)接觸時(shí)間；然后利用弧觸頭單獨(dú)接觸時(shí)間與弧觸頭單獨(dú)接觸行程的對應(yīng)關(guān)系，將測量的弧觸頭單獨(dú)接觸時(shí)間換算成弧觸頭單獨(dú)接觸行程；再結(jié)合事先通過實(shí)驗(yàn)得到的弧觸頭單獨(dú)接觸行程與電壽命的對應(yīng)關(guān)系，從而評估所述尚壓SF6開關(guān)設(shè)備的電壽命。
[0010]由于高電壓線路上往往存在很強(qiáng)的背景噪聲，為了實(shí)現(xiàn)對高壓SF6開關(guān)設(shè)備單獨(dú)弧觸頭接觸時(shí)間的準(zhǔn)確測量，采樣信號在信號調(diào)理電路中先經(jīng)過信號提取模塊進(jìn)行采集后，依次經(jīng)過無源濾波器初步濾去雜波，再經(jīng)過高階有源窄帶濾波器進(jìn)一步濾去雜波，實(shí)現(xiàn)對有效信號的準(zhǔn)確提取。然后采用高速ARM處理器對信號進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)字濾波，進(jìn)而分析其幅值的變化。
[0011]通過這樣的電路設(shè)計(jì)，使得提取的信號更加清晰，為后續(xù)利用電壽命信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性提供了保證。
【附圖說明】
[0012]圖1為一個(gè)實(shí)施例中本作品的總體設(shè)計(jì)框架；
[0013]圖2為一個(gè)實(shí)施例中帶通濾波器設(shè)計(jì)原理圖；
[0014]圖3為一個(gè)實(shí)施例中放大模塊原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路，所述電路包括信號提取模塊、信號濾波模塊和信號放大模塊；
[0016]所述信號提取模塊用于獲得電壽命監(jiān)測信號并將信號傳遞到信號濾波模塊；
[0017]所述信號濾波模塊用于濾除信號中的工頻噪聲及其他頻率噪聲干擾，包括乘法器及帶通濾波器濾波兩部分；
[0018]所述信號放大模塊，使用低噪聲電壓反饋放大器，用于將濾波后的信號放大以實(shí)現(xiàn)信號調(diào)理；
[0019]所述電壽命監(jiān)測信號為反映高頻時(shí)主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同的電壓信號。
[0020]在這個(gè)實(shí)施例中，所述高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的原理是利用高頻時(shí)主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同，來監(jiān)測弧觸頭單獨(dú)接觸時(shí)間；然后利用弧觸頭單獨(dú)接觸時(shí)間與弧觸頭單獨(dú)接觸行程的對應(yīng)關(guān)系，將測量的弧觸頭單獨(dú)接觸時(shí)間換算成弧觸頭單獨(dú)接觸行程；再結(jié)合事先通過實(shí)驗(yàn)得到的弧觸頭單獨(dú)接觸行程與電壽命的對應(yīng)關(guān)系，從而評估所述尚壓SF6開關(guān)設(shè)備的電壽命。
[0021]由于高電壓線路上往往存在很強(qiáng)的背景噪聲，為了實(shí)現(xiàn)對高壓SF6開關(guān)設(shè)備單獨(dú)弧觸頭接觸時(shí)間的準(zhǔn)確測量，采樣信號在信號調(diào)理電路中先經(jīng)過信號提取模塊進(jìn)行采集后，依次經(jīng)過無源濾波器初步濾去雜波，再經(jīng)過高階有源窄帶濾波器進(jìn)一步濾去雜波，實(shí)現(xiàn)對有效信號的準(zhǔn)確提取。然后采用高速ARM處理器對信號進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)字濾波，進(jìn)而分析其幅值的變化。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，對所述信號提取模塊進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)，所述信號提取模塊包括電阻、第一電容，所述電阻與第一電容串聯(lián)，進(jìn)而通過電容耦合方式，在高壓SF6開關(guān)設(shè)備的輸出端提取所述電阻上的電壓信號，并且所述信號提取模塊還包括第二電容，所述電阻與第一電容串聯(lián)后與第四電容并聯(lián)。通過這種耦合的方式，通過提取所述電阻的電壓信號，即可得到所述電壽命監(jiān)測信號，所述信號能夠準(zhǔn)確的反映高頻時(shí)主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的變化。
[0023]優(yōu)選的，為了清晰明顯的程序開關(guān)動作時(shí)系統(tǒng)的變化，所述信號提取模塊中的電阻為性能優(yōu)異的定值電阻，以保證提取的準(zhǔn)確性，所述信號提取電阻選用量級為幾個(gè)歐姆的電阻。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，所述低噪聲電壓反饋放大器為美國德州儀器公司的opa2690。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，所述信號濾波模塊包括帶通濾波器用于進(jìn)一步濾除其他頻率噪聲。對于所述帶通濾波器，優(yōu)選的，為切比雪夫帶通濾波器。
[0026]在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述電路采用如圖1所示的設(shè)計(jì)，所述信號提取模塊利用小電阻精密電阻提取測量信號，所述小電阻精密電阻就是量級為幾個(gè)歐姆的電阻，在外部提供與電壽命測量信號同頻的參考信號，然后將所述測量信號輸入到有帶通濾波器的信號濾波模塊中，最后通過信號放大模塊將已濾波信號進(jìn)行放大。
[0027]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述帶通濾波器設(shè)定中心頻率為5MHz，采取切比雪夫拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)信號的第一次濾波。之后采用電壓反饋放大器進(jìn)行同相放大，將已經(jīng)過一次濾波的信號進(jìn)一步放大。接著乘法器將參考信號與前級信號相乘，由于參考信號與采樣信號中的有效分量同頻，從而由乘法實(shí)現(xiàn)再一次濾波。本次濾波完成后有效信號將轉(zhuǎn)化為直流量，因此最后一級設(shè)計(jì)了 Sallen-Key四階低通濾波器，以此濾除干擾信號。最后的平方和電路主要目的是避免相位對信號測量的影響，同時(shí)利用該電路對信號再次放大。整個(gè)過程三次濾波，兩次放大，實(shí)現(xiàn)有效的信號調(diào)理。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，帶通濾波器設(shè)計(jì)如圖2所示，信號放大模塊如圖3所示。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，使用所述電路利用TINA軟件實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的仿真。通過仿真得到合適的信號提取模塊中的電阻確切值或一個(gè)范圍。
[0030]本實(shí)施例考慮了所述濾波器設(shè)計(jì)中電壓反饋放大器與電流反饋放大器的區(qū)別，選用了電壓反饋型放大器。同時(shí)為了避免放大器本身噪聲的影響，選取了低噪聲放大器。在綜合考慮頻帶寬度、電源及壓擺率的問題，最終選擇了美國德州儀器公司的雙運(yùn)放opa2690。
[0031]所述電路解決了電壽命監(jiān)測中，監(jiān)測信號噪聲過大嚴(yán)重影響測量的問題。通過三次濾波及兩次信號放大，實(shí)現(xiàn)了信號的有效調(diào)理，避免了噪聲的干擾，從而最終保證了電壽命監(jiān)測的準(zhǔn)確度。
[0032]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路，其特征在于: 所述電路包括信號提取模塊、信號濾波模塊和信號放大模塊； 所述信號提取模塊用于獲得電壽命監(jiān)測信號并將信號傳遞到信號濾波模塊，經(jīng)所述信號濾波模塊對信號進(jìn)行處理后傳入到信號放大模塊； 所述信號濾波模塊用于濾除信號中的工頻噪聲及其他頻率噪聲干擾； 所述信號放大模塊，使用低噪聲電壓反饋放大器，用于將濾波后的信號放大以實(shí)現(xiàn)信號調(diào)理； 所述電壽命監(jiān)測信號為反映高頻時(shí)主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同的電壓信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，優(yōu)選的，其特征在于: 所述信號提取模塊包括電阻、第一電容，所述電阻與第一電容串聯(lián)，進(jìn)而通過電容耦合方式，在高壓SF6開關(guān)設(shè)備的輸出端提取所述電阻上的電壓信號； 所述信號提取模塊還包括第二電容，所述電阻與第一電容串聯(lián)后與第四電容并聯(lián)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于: 所述信號提取電阻選用量級為幾個(gè)歐姆的電阻。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于: 所述信號濾波模塊包括帶通濾波器，所述帶通濾波器為切比雪夫帶通濾波器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于: 所述電路利用TINA軟件實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的仿真。
【專利摘要】本公開了提供了一種用于高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路，所述電路包括信號提取模塊、信號濾波模塊和信號放大模塊；所述信號提取模塊用于獲得電壽命監(jiān)測信號并將信號傳遞到信號濾波模塊，經(jīng)所述信號濾波模塊對信號進(jìn)行處理后傳入到信號放大模塊；所述信號濾波模塊用于濾除信號中的工頻噪聲及其他頻率噪聲干擾，包括乘法器及帶通濾波器濾波兩部分；所述信號放大模塊，使用低噪聲電壓反饋放大器，用于將濾波后的信號放大以實(shí)現(xiàn)信號調(diào)理；所述電壽命監(jiān)測信號為反映高頻時(shí)主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同的電壓信號。通過這樣的電路設(shè)計(jì)，使得提取的信號更加清晰，為后續(xù)利用電壽命信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性提供了保證。
【IPC分類】G01R31/327, G01R1/30
【公開號】CN104931873
【申請?zhí)枴緾N201510321272
【發(fā)明人】劉天陽, 薛屹洵, 王小華
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月12日