[發明專利]一種通用電壓輸入的工頻信號頻率測量系統

無效

• 申請號: 201410001283.1
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103698600A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 徐萬方;陳建英;徐剛;唐喜
• 申請（專利權）人: 北京四方繼保自動化股份有限公司
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所(普通合伙) 11224
• 代理人: 吳鴻維

技術領域

本申請屬于電氣系統技術領域，尤其涉及繼電保護裝置頻率測量技術。

背景技術

在傳統電力系統繼電保護裝置中，輸入信號都是二次互感器傳送來的工頻（50Hz）信號，電壓值可能是幾十伏到幾百伏，繼電保護裝置每周波（20mS）要采集固定點數（24點或40點）實時數據，根據這些數據繼電保護裝置要進行實時保護算法運算，判斷電網是否有短路或接地等各種故障。為了保證保護算法的精確性和可靠性，每周波采集的數據要是實際頻率（50Hz）的整倍數，并且相位延時要盡量小。這樣就需要每個裝置有一個工頻信號頻率測量功能，根據測量的頻率確定采樣點的時刻。目前國內絕大部分微機保護裝置都具有頻率測量功能，比如對交流輸入信號A相電壓測量，通過互感器轉換為0-5V的信號，再通過光耦器件或者比較器處理后送給單片機測量頻率，這些頻率測量方法都只能對固定輸入電壓的信號檢測，如果輸入信號是變化的，比如從5V到220V，目前的測量方法都很難實現，同時由于采用互感器器件，體積較大，這個電路也比較復雜，對輸入信號延時較長，精度難以保證。

專利201210108584.5《一種高精度測頻系統》公開了一種高精度測頻系統，包括激振電路、振弦式傳感器、傳感器測振電路和溫度補償電路，由于采用了溫度補償電路，所以提高了測量精度。該專利測量精度確實可以做的很高，不過由于采用了傳感器器件，電路設計比較復雜，該電路面積和體積都比較大。另外，該專利對輸入電壓范圍和相位延時的適用范圍較窄。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中電力系統測頻系統體積較大、電路復雜、對輸入信號延時較長、精度難以保證或者適用范圍較窄等問題，提出了一種通用電壓輸入的工頻信號頻率測量系統。

本發明具體采用以下技術方案：

一種通用電壓輸入的工頻信號頻率測量系統，由信號調理電路、隔離運放電路、低通濾波電路、比較器電路、數字信號處理器、供電電路和電源隔離電路組成；其特征為：

所述信號調理電路、隔離運放電路、低通濾波電路、比較器電路、數字信號處理器順次連接，供電電路為隔離運放電路、低通濾波電路、比較器電路、數字信號處理器提供所需電源。

其中，所述的信號調理電路包括依次連接的端口防護電路、差分濾波電路、電平鉗位電路和限流限壓電路；差分濾波電路濾掉輸入信號的高頻分量，并和電平鉗位電路一起把輸入寬范圍電壓信號轉換為固定電壓幅值的信號，限流限壓電路為后級電路提供過流過壓保護功能。

端口防護電路依次連接氣體放電管、差模電容和共模電容，氣體放電管放電電壓在300V，用于浪涌防護，差模電容和共模電容用于瞬變保護，同時還可以人身安全防護。

所述的隔離運放電路采用差分隔離運算放大器，隔離運放電路的輸出通過低通濾波電路接到差分比較器電路，低通濾波電路采用無源差分RC濾波器，濾除高頻信號，同時通過不同上下拉電阻為差分比較器提供靜態工作點。

所述供電電路通過電源隔離電路后把數字電路5V電壓轉換模擬電路5V為隔離運放電路供電。電源隔離電路輸入和輸出之間隔離電壓為3000V，電源模塊輸出具備穩壓性能，輸入端和輸出端均采用∏型濾波器實現，輸入側采用電容、磁珠、電容濾波電路，輸出側采用電容、電感、電容濾波電路，電感值大于4.7uH。

本發明具有以下技術效果：

1、通用電壓信號調理技術，由于電力二次互感器輸出電壓不一樣，有的可能是十幾伏有的可能是220V，傳統的信號調理電路都是每種電壓等級的輸入信號用不同的電路實現，硬件通用性差、成本較高。本申請采用電阻電容和電平鉗位電路將寬范圍輸入電壓轉換為固定電壓幅值的信號，這樣不管輸入信號如何變化，后續電路信號不會發生變化，同時還有一定的濾波作用，可以對信號進行整形。

2、良好的電路抗干擾能力，電力系統繼電保護裝置對于EMC要求極高，尤其是在現在數字化變電站中，浪涌能力要到4級，瞬變干擾能力要到4級，這就對電路隔離器件和端口防護提供了很高的要求。本申請端口防護電路依次連接氣體放電管、差模電容和共模電容，氣體放電管放電電壓在300V，用于浪涌防護，差模電容和共模電容用于瞬變保護，同時還可以人身安全防護。隔離運放器和隔離電源都采用高隔離電壓和靜電防護的器件，保證電路在嚴酷電磁干擾環境中正常工作。