[發明專利]一種適用于中高壓信號的差分信號隔離變換裝置及方法

有效

• 申請號: 201710651579.1
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107478885B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 劉健;張維;張志華;楊志祥
• 申請（專利權）人: 國網陜西省電力公司電力科學研究院;珠海許繼電氣有限公司
• 主分類號: G01R15/18
• 分類號: G01R15/18
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 俞梁清

本發明公開了一種適用于中高壓信號的差分信號隔離變換裝置，包括：輸入隔離單元、信號調理單元、線性隔離單元和輸出隔離單元。其中，輸入隔離單元提供兩個接收電壓互感器的輸入信號接口，輸入信號接口聯接到電壓跟隨器，以獲取電壓互感器傳入的兩路輸入信號。信號調理單元包含差分放大單元，且信號調理單元聯接到輸入隔離單元的輸出端，以獲取輸入隔離單元的輸入信號，并傳送到差分放大單元，形成一路差分放大信號。線性隔離單元包含線性光耦，其中線性光耦與信號調理單元的輸出端聯接，接收信號調理單元輸出的差分放大信號，并形成與輸入隔離單元接收的電壓互感器沒有電氣耦合的信號。輸出隔離單元將線性隔離單元所形成的信號輸出。

技術領域

本發明涉及電測量技術領域，更特別地，涉及一種適用于中高壓(尤其是10Kv及以下)信號傳感的差分信號隔離變換裝置及方法。

背景技術

PT(Potential?Transformer，電壓互感器)是電力系統中不可或缺的設備。電子式PT的原理有很多種，例如光電轉換式(光學互感器)、電阻分壓式、電容分壓式、阻容分壓式等等。但是，作為電力線系統的FTU(Feeder?Terminal?Unit，饋線終端裝置)、MCU(MicroController?Unit，微控制器)以及其它二次控制設備，卻不能直接將這些信號接入控制設備的ADC(Analog-to-Digital?Converter，模數轉換器)接口。一方面是控制設備電路安全性不夠高。例如，正常情況下輸入信號的幅度只有6.5V；但是現場的環境處在中高壓(例如是10kV及以下)環境，依據電力行業的要求，控制設備必須能夠承受嚴酷程度四級的電磁干擾。顯然直接接入控制設備的ADC，會導致電路損壞。因此，必須采用線性隔離電路。另一方面，實際使用的時候，輸入信號雖然通常可能是相電壓，但是也有可能是線電壓。也就是說控制設備必須具備相電壓信號輸入和線電壓信號輸入兩種模式。而線電壓可由相電壓做差分運算得到，因此電路也最好具備有差分運算功能。

由于控制設備接受的輸入信號幅度很小，只有AC6.5V，甚至AC3.752V；因此，一般的信號處理裝置并沒有做隔離防護，或者說不會去實現耐壓達到AC2500V的隔離防護。某些模塊化的裝置雖然做了小信號輸入線性隔離處理，但是卻只是單路輸入單路輸出，不適用與兩個信號的減法運算；而且在低溫或高溫環境下(例如工作溫度需要在零下40℃至70℃之間)，這類模塊化的裝置精度變差，滿足不了實際應用需求。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術問題，提供一種適用于中高壓(尤其是10Kv及以下)信號傳感的差分信號隔離變換裝置，同時實現輸入信號的隔離保護和兩路信號差分變換處理的目的。

為了實現上述目的，本發明提出一種適用于中高壓信號的差分信號隔離變換裝置，包括輸入隔離單元、信號調理單元、線性隔離單元和輸出隔離單元。其中，輸入隔離單元提供兩個接收電壓互感器的輸入信號接口，輸入信號接口聯接到電壓跟隨器，并提供較高的輸入阻抗，以將電壓互感器傳入的兩路輸入信號“取出”而不影響電壓互感器本身的電氣性能。信號調理單元包含差分放大單元，且信號調理單元聯接到輸入隔離單元的輸出端，以獲取輸入隔離單元的輸入信號；并傳送到差分放大單元，形成一路差分放大信號。需要補充說明的是，差分放大單元不僅得到交流信號的幅度差，還得到了相位差。線性隔離單元包含線性光耦，其中線性光耦與信號調理單元的輸出端聯接，接收信號調理單元輸出的差分放大信號，并形成與解除電氣耦合的信號。輸出隔離單元將線性隔離單元所形成的，解除電氣耦合的信號隔離輸出，從而不會因為后一級的電路而影響到本電路的電氣性能。

優選地，輸入隔離單元提供的兩個接收電壓互感器的輸入信號接口中的一個可以接地，從而實現零序電壓或者相電壓測量。

優選地，輸出隔離單元由與輸入信號的電路獨立的單路直流供電，從而降低裝置的成本，且簡化了相關單元的電路設計。

作為本發明的進一步改進，為了解決輸出負電壓的問題，可將基于輸出隔離單元單路直流供電的可用模擬信號疊加在直流信號上。這樣可以保證隔離輸出的信號不失真。若需要后續ADC采樣，控制人員再濾除信號中直流分量即可。