專(zhuān)利名稱(chēng)：一種繼電保護(hù)專(zhuān)用電力線載波收發(fā)信機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種繼電保護(hù)專(zhuān)用電力線載波收發(fā)信機(jī)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的兩種繼電保護(hù)專(zhuān)用收發(fā)信機(jī)技術(shù)的方案如下 方案一 繼電保護(hù)專(zhuān)用載波收發(fā)信機(jī)采用斷續(xù)鍵控(ON/OFF)工作方式，這種工作 方式的收發(fā)信機(jī)原理是一種調(diào)幅制收發(fā)信機(jī)，收發(fā)信機(jī)不具有自動(dòng)增益控制AGC回路，正 常運(yùn)行時(shí)不發(fā)信(OFF)，接收到起動(dòng)命令時(shí)發(fā)信(ON)。正常運(yùn)行時(shí)，通道上沒(méi)有高頻信號(hào)傳 輸。通道的狀態(tài)需要變電站值班人員定時(shí)進(jìn)行通道測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為15秒，檢查通道的狀 態(tài)。 自動(dòng)增益控制AGC :根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度對(duì)電氣回路的增益(放大倍數(shù))進(jìn)行自動(dòng)調(diào) 節(jié)，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度增大時(shí)，增益自動(dòng)降低；當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度減弱時(shí)，增益自動(dòng)增加，從而使回路內(nèi)的
信號(hào)穩(wěn)定在一定范圍。 這種工作方式收發(fā)信機(jī)的接收靈敏度為+4dBm 14dBm。當(dāng)通道衰耗增加，接收 到的信號(hào)低于靈敏度時(shí)，裝置就不能正確解調(diào)接收到的高頻信號(hào)。dB分貝是一個(gè)純計(jì)數(shù) 單位表示兩個(gè)量的比值大小，沒(méi)有單位。在通信工程應(yīng)用中經(jīng)常采用。對(duì)于功率，dBm = 10*lg(A/B)。對(duì)于電壓或電流，dB = 20*lg(A/B)。此處A，B代表參與比較的功率值或者電 流、電壓值。 方案二 采用了移頻鍵控(FSK)工作方式的繼電保護(hù)專(zhuān)用載波收發(fā)信機(jī)，正常工 作時(shí)發(fā)送監(jiān)護(hù)信號(hào)，信號(hào)頻率為fe ;接收到操作命令時(shí)發(fā)送命令信號(hào)，信號(hào)頻率為fT。 &用 于監(jiān)護(hù)信道和閉鎖保護(hù)，fT用于傳輸規(guī)定的命令。這種工作方式的收發(fā)信機(jī)的收信回路業(yè) 不具有自動(dòng)增益控制AGC回路。 這種工作方式收發(fā)信機(jī)的接收靈敏度為0dBm 10dBm。當(dāng)通道衰耗增加，接收到
的信號(hào)低于靈敏度時(shí)，裝置就不能正確解調(diào)接收到的高頻信號(hào)。 現(xiàn)有繼電保護(hù)專(zhuān)用收發(fā)信機(jī)技術(shù)的缺點(diǎn) 當(dāng)接收到的信號(hào)較小時(shí)，接收回路的模數(shù)變換部分的量化噪聲增加，信號(hào)處理部 分對(duì)小信號(hào)解調(diào)的精度下降，解調(diào)輸出的可靠性就很差。收信回路的動(dòng)態(tài)范圍小，一般只有 25 30dB，為了保證收信的可靠性，當(dāng)收信信號(hào)低于一定的門(mén)限(為了保證運(yùn)行的可靠性， 一般比靈敏度高6 9dB)時(shí)，必須退出高頻收發(fā)信機(jī)，所以實(shí)際運(yùn)行的收發(fā)信機(jī)要求線路 衰耗不大于30dB。在遇到像2008年春節(jié)南方電網(wǎng)輸電線路嚴(yán)重覆冰的情況時(shí)，通道的高頻 信號(hào)嚴(yán)重衰減，就只能退出高頻保護(hù)，影響輸電線路保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種繼電保護(hù)專(zhuān)用電力線載波收發(fā)信機(jī)，以解決繼電保護(hù)專(zhuān) 用收發(fā)信機(jī)的收信動(dòng)態(tài)范圍小(一般為20dB 25dB)、輸電線路嚴(yán)重覆冰、信號(hào)嚴(yán)重衰耗所 引起的電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性的問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下包括收信回路，所述收信回路中包括依 次電氣連接的 調(diào)理模塊用于調(diào)整輸入的高頻信號(hào)的幅度，并對(duì)調(diào)整后的高頻信號(hào)濾波以抑制 頻帶外的噪聲信號(hào)，然后再提升信號(hào)幅度； 調(diào)制模塊用于將輸入的高頻信號(hào)調(diào)整為中頻信號(hào)；
自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊用于對(duì)輸入的信號(hào)增益進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)；
A/D模塊用于將模擬信號(hào)采樣量化為數(shù)字信號(hào)； 數(shù)字信號(hào)處理模塊用于信號(hào)的數(shù)字濾波、能量計(jì)算、門(mén)限判別處理，并輸出收信 信號(hào)和收信電平指示信號(hào)。 所述調(diào)理模塊包括依次電氣連接的衰耗器、高頻帶通濾波器和第一放大器；所述
調(diào)制模塊包括依次電氣連接的調(diào)制器、第二放大器、中頻帶通濾波器和第三放大器。 所述自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊采用具有程控增益調(diào)節(jié)的自動(dòng)增益控制放大器芯片
AD603，該芯片的輸出管腳接半波檢測(cè)電路后，經(jīng)過(guò)耦合電容接入自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊的輸出
端，該自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊的輸出端通過(guò)電阻接零電位點(diǎn)。 所述半波檢測(cè)電路包括溫度傳感器、三極管、電阻、增益電容和濾波電容，所述三 極管的集電極串接溫度傳感器后接入電源正極，所述三極管的基極接零電位點(diǎn)，所述三極 管的基極與集電極之間接有增益電容，三極管的集電極接入所述芯片的GPOS管腳，所述三 極管的發(fā)射極通過(guò)電阻接入芯片的輸出管腳，所述濾波電容并接于所述電阻的兩端。
本發(fā)明的收信回路包括調(diào)理模塊、調(diào)制模塊、自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊、A/D模塊和數(shù)字 信號(hào)處理模塊，此回路的自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的增益進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng) 接收到的信號(hào)較小時(shí)，收信回路的增益自動(dòng)變大，提高了 A/D變換部分輸入信號(hào)的幅度，減 少了小信號(hào)輸入時(shí)A/D變換部分的量化噪聲，提高了采樣精度；當(dāng)輸入信號(hào)的幅度超過(guò)A/D 采樣的幅度限制時(shí)，收信回路的增益自動(dòng)變小，限制了輸入到A/D轉(zhuǎn)換部分信號(hào)的幅度，防 止A/D變換芯片由于輸入信號(hào)太強(qiáng)造成采樣信號(hào)飽和，提高了采樣的精度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了 繼電保護(hù)專(zhuān)用收發(fā)信機(jī)輸入動(dòng)態(tài)范圍50dB，解決了國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)專(zhuān)用收發(fā)信機(jī)的收信動(dòng)態(tài) 范圍小( 一般為20dB 25dB)的問(wèn)題。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)收發(fā)信機(jī)在線路衰減為50dB的惡 劣情況下正常工作。這樣即使在線路嚴(yán)重覆冰情況下，收發(fā)信機(jī)也能正常運(yùn)行，從而提高了 電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明的原理框圖； 圖2是本發(fā)明的自動(dòng)增益控制電路原理圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的增益和輸入信號(hào)的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的繼電保護(hù)專(zhuān)用電力線載波收發(fā)信機(jī)包括收信回路，原理框圖如圖l所 示，該收信回路中包括依次電氣連接調(diào)理模塊、調(diào)制模塊、自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊3、 A/D模塊 4和DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊5。調(diào)理模塊包括依次電氣連接的衰耗器11、高頻帶通濾波器 12和第一放大器13，該調(diào)理模塊用于調(diào)整輸入的高頻信號(hào)的幅度，并對(duì)調(diào)整后的高頻信號(hào)濾波以抑制頻帶外的噪聲信號(hào)，然后再提升信號(hào)幅度；調(diào)制模塊括依次電氣連接的調(diào)制器 21、第二放大器22、中頻帶通濾波器23和第三放大器24，該調(diào)制模塊用于將輸入的高頻信 號(hào)調(diào)整為中頻信號(hào)；自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊3用于對(duì)輸入的信號(hào)增益進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)；A/D模塊用 于將模擬信號(hào)采樣量化為數(shù)字信號(hào)；DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊5用于信號(hào)的數(shù)字濾波、能量計(jì) 算、門(mén)限判別處理，并輸出收信信號(hào)和收信電平指示信號(hào)。 從線路輸入的高頻信號(hào)f0，經(jīng)過(guò)T變量器的隔離耦合后進(jìn)入裝置，而后經(jīng)過(guò)衰耗 器11對(duì)輸入的信號(hào)幅度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的高頻信號(hào)送入高頻帶通濾波器12，對(duì)輸入的信 號(hào)進(jìn)行濾波，抑制頻帶外的噪聲信號(hào)，而后經(jīng)過(guò)第一放大器13提升幅度后送入調(diào)制器21， 調(diào)制器21將收信的高頻信號(hào)和本地振蕩器(頻率為fL = fO+12kHz)的信號(hào)進(jìn)行頻率搬 移，將高頻信號(hào)頻譜搬移到中頻信號(hào)(中間頻率)上，中頻信號(hào)的中心頻率為12kHz。調(diào)制 器輸出的信號(hào)主要頻率分量有fO+12kHz，2fO+12kHz，12kHz。調(diào)制器21輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)第 二放大器22放大后送入中頻帶通濾波器23，該中頻帶通濾波器23對(duì)調(diào)制器輸出的信號(hào)選 取下邊帶，濾除其它信號(hào)，這樣中頻帶通濾波器23輸出信號(hào)為12kHz的中頻信號(hào)。中頻信 號(hào)經(jīng)過(guò)第三放大器24放大后送入AGC自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊3， AGC對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)增 益調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為-lOdB +30dB，調(diào)節(jié)后的中頻信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換芯片，A/D轉(zhuǎn)換部分將 模擬信號(hào)采樣量化為數(shù)字信號(hào)，而后送入DSP數(shù)字信號(hào)處理器，完成對(duì)信號(hào)的數(shù)字濾波器， 能量計(jì)算，門(mén)限判別，最后輸出收信信號(hào)和收信電平指示信號(hào)。 本發(fā)明自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊的原理圖如圖2所示，該模塊的核心是采用具有程控增 益調(diào)節(jié)的自動(dòng)增益控制放大器芯片，該芯片為AnalogDevices公司的一款A(yù)GC芯片AD603， 該芯片的輸出端VOUT接半波檢測(cè)電路后，經(jīng)過(guò)耦合電容C103接入自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊的輸 出端AGCJ)UT，該自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊的輸出端AGCJ)UT通過(guò)電阻R120接零電位點(diǎn)。所述半 波檢測(cè)電路包括型號(hào)為AD590的溫度傳感器Ql、 NPN型三極管Q2、電阻R118和電阻R119、 增益電容C102和濾波電容C112，所述三極管Q2的集電極串接溫度傳感器Ql后接入+5V電 源，三極管Q2的基極接零電位點(diǎn)，三極管Q2的基極與集電極之間接有增益電容C102，三極 管Q2的集電極接入所述芯片的GPOS管腳，三極管Q2的發(fā)射極通過(guò)兩串聯(lián)的電阻R118和 R119接入芯片的輸出管腳VOUT，所述濾波電容C112并接于所述兩串聯(lián)電阻R118和R119 的兩端。 AD603芯片是一款低噪聲，電壓控制的AGC放大器。在帶寬90腿z可以實(shí) 現(xiàn)-lldB +31dB的增益，通過(guò)外部電阻可以實(shí)現(xiàn)在帶寬為9MHz時(shí)，+9dB +51dB。在電 源電壓為？ 5V時(shí)，功耗為125mW。 AD603的增益控制是ldB/25mV，這樣增益控制電壓IV可以實(shí)現(xiàn)40dB的范圍。在 控制電壓超上限或下限時(shí)，可另外輸出ldB的增益。增益響應(yīng)時(shí)間為40dB小于lus。
AD603低失真輸出可以驅(qū)動(dòng)100°的負(fù)載。在負(fù)載為500°并聯(lián)5pF電容，輸出頻 率為l腿z， ilV正弦波情況下，諧波失真為-60dBc。 本方案采用了 FDBK引腳和VOUT引腳短接，AD603中-10dB +30dB的工作方式。
基本工作原理是在VAGCOUT為正半周時(shí)，Q2截至，在VAGCOUT為負(fù)半周時(shí)，Q2導(dǎo) 通，流入增益電容C102的平均電流IC102 = IQ1-IQ2(溫度在300K時(shí)，IQ1 = 300uA)，當(dāng) 增益控制電壓Vcl02處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)的Q2中的整流電流的平均值必須與Ql 保持平衡，如果AD603輸出的幅度太小以至于不滿(mǎn)足該條件，則增益控制電壓Vcl02的電壓迅速上升，引起增益提高，最終使Q2充分導(dǎo)通，當(dāng)AD603輸出的幅度太大時(shí)，Q2充分導(dǎo)通， 控制電壓Vcl02迅速下降，引起增益降低，從而控制回路輸出幅度穩(wěn)定。該收信回路的增益 和輸入信號(hào)的關(guān)系見(jiàn)圖3，AGC的增益范圍為-lOdB +30dB，當(dāng)輸入信號(hào)小于_20dB時(shí)，自 動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊將會(huì)自動(dòng)增益30dB，當(dāng)輸入信號(hào)范圍為_(kāi)20dB +20dB時(shí)，自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模 塊將會(huì)現(xiàn)行遞減增益，當(dāng)輸入信號(hào)大于20dB時(shí)，自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊將自動(dòng)增益-lOdB。
采用上述自動(dòng)增益控制電路后，可實(shí)現(xiàn)收發(fā)信機(jī)在線路衰減為50dB的惡劣情況 下正常工作。這樣即使在線路嚴(yán)重覆冰情況下，收發(fā)信機(jī)也能正常運(yùn)行，從而提高了電力系 統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
權(quán)利要求
一種繼電保護(hù)專(zhuān)用電力線載波收發(fā)信機(jī)，包括收信回路，其特征在于，所述收信回路中包括依次電氣連接的調(diào)理模塊用于調(diào)整輸入的高頻信號(hào)的幅度，并對(duì)調(diào)整后的高頻信號(hào)濾波以抑制頻帶外的噪聲信號(hào)，然后再提升信號(hào)幅度；調(diào)制模塊用于將輸入的高頻信號(hào)調(diào)整為中頻信號(hào)；自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊用于對(duì)輸入的信號(hào)增益進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)；A/D模塊用于將模擬信號(hào)采樣量化為數(shù)字信號(hào)；數(shù)字信號(hào)處理模塊用于信號(hào)的數(shù)字濾波、能量計(jì)算、門(mén)限判別處理，并輸出收信信號(hào)和收信電平指示信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種繼電保護(hù)專(zhuān)用電力線載波收發(fā)信機(jī)，其特征在于所述 調(diào)理模塊包括依次電氣連接的衰耗器、高頻帶通濾波器和第一放大器；所述調(diào)制模塊包括 依次電氣連接的調(diào)制器、第二放大器、中頻帶通濾波器和第三放大器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種繼電保護(hù)專(zhuān)用電力線載波收發(fā)信機(jī)，其特征在于所述 自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊采用具有程控增益調(diào)節(jié)的自動(dòng)增益控制放大器芯片AD603，該芯片的輸 出管腳接半波檢測(cè)電路后，經(jīng)過(guò)耦合電容接入自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊的輸出端，該自動(dòng)增益調(diào) 節(jié)模塊的輸出端通過(guò)電阻接零電位點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種繼電保護(hù)專(zhuān)用電力線載波收發(fā)信機(jī)，其特征在于所述 半波檢測(cè)電路包括溫度傳感器、三極管、電阻、增益電容和濾波電容，所述三極管的集電極 串接溫度傳感器后接入電源正極，所述三極管的基極接零電位點(diǎn)，所述三極管的基極與集 電極之間接有增益電容，三極管的集電極接入所述芯片的GPOS管腳，所述三極管的發(fā)射極 通過(guò)電阻接入芯片的輸出管腳，所述濾波電容并接于所述電阻的兩端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種繼電保護(hù)專(zhuān)用電力線載波收發(fā)信機(jī)，包括收信回路，所述收信回路中包括依次電氣連接的調(diào)理模塊用于調(diào)整輸入的高頻信號(hào)的幅度，并對(duì)調(diào)整后的高頻信號(hào)濾波以抑制頻帶外的噪聲信號(hào)，然后再提升信號(hào)幅度；調(diào)制模塊用于將輸入的高頻信號(hào)調(diào)整為中頻信號(hào)；自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊用于對(duì)輸入的信號(hào)增益進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)；A/D模塊用于將模擬信號(hào)采樣量化為數(shù)字信號(hào)；數(shù)字信號(hào)處理模塊用于信號(hào)的數(shù)字濾波、能量計(jì)算、門(mén)限判別處理，并輸出收信信號(hào)和收信電平指示信號(hào)；本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)收發(fā)信機(jī)在線路衰減為50dB的惡劣情況下正常工作。這樣即使在線路嚴(yán)重覆冰情況下，收發(fā)信機(jī)也能正常運(yùn)行，從而提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
文檔編號(hào)H04B1/38GK101719775SQ20091030981
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者劉鐵噸, 朱延章, 紀(jì)建設(shè), 賈玉良 申請(qǐng)人:許繼集團(tuán)有限公司;許昌許繼昌南通信設(shè)備有限公司