專利名稱：一種微機保護裝置及其電流采樣電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的繼電器保護領域，尤其涉及一種電力系統(tǒng)中的微機保護裝置及其電流采樣電路。
背景技術：
微機保護裝置是一種應用在電力系統(tǒng)中，用以實現(xiàn)電壓電流的測量及保護的裝置。微機保護裝置利用電力系統(tǒng)運行過程中運行參數(shù)(如:電流、電壓、功率因數(shù)角等)的變化，來判斷電力系統(tǒng)的故障性質和范圍，以便進而做出相應反應和處理(如:發(fā)出警告信號或令斷路器跳閘等)。因此，在微機保護裝置中，用以采集運行參數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能尤為重要，其采集的速度、精度及動態(tài)范圍對微機保護裝置的保護性能具有十分重要的影響。由于電力系統(tǒng)在發(fā)生故障時，故障電流比正常電流大好幾倍、甚至幾十倍，若要實現(xiàn)準確可靠的保護，須對正常電流和故障電流均進行快速、高精度的采樣?，F(xiàn)有技術中，微機保護裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用于采集故障電流的電流采樣電路有如下兩種實現(xiàn)方式:一、采用一套電路，其結構簡單，但動態(tài)范圍小，對正常電流的采樣精度低，無法滿足所需的采樣精度，使得微機保護裝置的保護性能差；二、采用兩套獨立的電路，其中的一套電路用于在系統(tǒng)正常工作時采集正常電流，另一套用于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時采集故障電流，這種實現(xiàn)電路復雜，成本高，而且兩套電路之間的切換通過開關控制，則在切換過程中會存在一切換過程，導致采樣速度慢，進而降低了微機保護裝置的保護性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種微機保護裝置的電流采樣電路，旨在解決現(xiàn)有的微機保護裝置中，或者由于采用一套電路而采樣精度低，或者由于采用兩套獨立電路而結構復雜，且采樣速度慢，導致微機保護裝置保護性能差的問題。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種微機保護裝置的電流采樣電路，所述電流采樣電路包括:交流米樣電路，用于將電力系統(tǒng)的交流電流信號轉換成第一電壓信號；集成運放電路，用于對所述第一電壓信號進行增益調節(jié)，并輸出第二電壓信號；輸出電路，用于將所述第二電壓信號轉換成可識別電壓信號并輸出；第一增益控制電路，用于在所述電力系統(tǒng)正常工作時，控制所述集成運放電路的增益系數(shù)；第二增益控制電路，用于在所述電力系統(tǒng)故障時，控制所述集成運放電路的增益系數(shù)。本發(fā)明的另一目的在于，還提供了一種微機保護裝置，所述裝置包括如上所述的微機保護裝置的電流采樣電路。本發(fā)明提供的微機保護裝置及其電流采樣電路采用一套電路實現(xiàn)了電力系統(tǒng)正常電流和故障電流的采集，相對于現(xiàn)有采用兩套獨立電路的實現(xiàn)方式，可簡化電路結構；該電路中，第一增益控制電路在電力系統(tǒng)正常時控制集成運放電路的增益系數(shù)，第二增益控制電路在電力系統(tǒng)出現(xiàn)電流故障時控制集成運放電路的增益系數(shù)，相對于現(xiàn)有采用一套電路的實現(xiàn)方式，提高了故障電流和正常電流的采樣精度，進而增強了微機保護裝置的保護性能；另外，第一增益控制電路與第二增益控制電路之間為無縫切換，而無須通過開關實現(xiàn)切換，相對于現(xiàn)有采用兩套獨立電路的實現(xiàn)方式，電路簡單，采樣速度快，進一步增強了微機保護裝置的保護性能。


圖1是本發(fā)明提供的微機保護裝置的電流采樣電路的電路原理圖；圖2是圖1的電路圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一套微機保護裝置的電流采樣電路，該電路中，第一增益控制電路在電力系統(tǒng)正常時工作，第二增益控制電路在電力系統(tǒng)出現(xiàn)電流故障時工作。圖1示出了本發(fā)明提供的微機保護裝置的電流采樣電路的電路原理，為了便于說明，僅不出了與本發(fā)明相關的部分。本發(fā)明提供的微機保護裝置的電流采樣電路包括:交流采樣電路11，用于將電力系統(tǒng)的交流電流信號轉換成第一電壓信號；集成運放電路12，用于對第一電壓信號進行增益調節(jié)，并輸出第二電壓信號；輸出電路13，用于將第二電壓信號轉換成可識別電壓信號并輸出；第一增益控制電路14，用于在電力系統(tǒng)正常工作時，控制集成運放電路12的增益系數(shù)；第二增益控制電路15，用于在電力系統(tǒng)故障時，控制集成運放電路12的增益系數(shù)。本發(fā)明提供的微機保護裝置的電流采樣電路采用一套電路實現(xiàn)了電力系統(tǒng)正常電流和故障電流的采集，相對于現(xiàn)有采用兩套獨立電路的實現(xiàn)方式，可簡化電路結構；該電路中，第一增益控制電路在電力系統(tǒng)正常時控制集成運放電路的增益系數(shù)，第二增益控制電路在電力系統(tǒng)出現(xiàn)電流故障時控制集成運放電路的增益系數(shù)，相對于現(xiàn)有采用一套電路的實現(xiàn)方式，提高了故障電流和正常電流的采樣精度，進而增強了微機保護裝置的保護性能；另外，第一增益控制電路與第二增益控制電路之間為無縫切換，而無須通過開關實現(xiàn)切換，相對于現(xiàn)有采用兩套獨立電路的實現(xiàn)方式，采樣速度快，進一步增強了微機保護裝置的保護性能。圖2示出了圖1的電路。 具體地，交流采樣電路11可以包括:電流互感器T，其一次繞組的兩端連接電力系統(tǒng)的輸電線路，其二次繞組的一端連接等電勢，其二次繞組的另一端作為交流采樣電路11的輸出端連接集成運放電路12、第一增益控制電路14和第二增益控制電路15。本發(fā)明中，利用電流互感器T的一次繞組和二次繞組，可實現(xiàn)高壓側與低壓側的有效隔離，并將一次側輸入的交流電流信號轉換成二次側輸出的第一電壓信號，例如，可將一次側輸入的(TlOOA的交流電流信號轉換成二次側輸出的(Γ3.53V的第一電壓信號。具體地，集成運放電路12可以包括:運算放大器A、電阻R3、電阻R4。其中，運算放大器A的反相輸入端通過電阻R3連接交流采樣電路11的輸出端，運算放大器A的同相輸入端通過電阻R4連接等電勢，運算放大器A的輸出端作為集成運放電路12的輸出端連接輸出電路13，第一增益控制電路14和第二增益控制電路15分別并聯(lián)在交流采樣電路11的輸出端和運算放大器A的輸出端之間。進一步地，為了避免電流互感器T意外故障而引入的高壓對電路器件的影響，集成運放電路12還可包括一保護電路。該保護電路具體包括:設置在交流采樣電路11的輸出端，以及集成運放電路12、第一增益控制電路14和第二增益控制電路15之間的二極管Dl和二極管D2 ;其中二極管Dl的陰極和二極管D2的陽極分別連接交流采樣電路11的輸出端，二極管Dl的陽極和二極管D2的陰極分別連接等電勢。具體地，輸出電路13可以包括:電容C2，其一端連接集成運放電路12的輸出端，其另一端作為微機保護裝置的電流采樣電路的輸出端，用以輸出可識別電壓信號。經電容C2另一端輸出的可識別電壓信號之后輸入到單片機芯片或DSP芯片等數(shù)字處理芯片中，以進一步對可識別電壓信號進行模/數(shù)轉換。具體地，第一增益控制電路14可以包括:電阻R2和電容Cl。電阻R2和電容Cl分別并聯(lián)在交流采樣電路11的輸出端和運算放大器A的輸出端之間。具體地，第二增益控制電路15可以包括:穩(wěn)壓管D3、穩(wěn)壓管D4和電阻R1。其中，穩(wěn)壓管D3、穩(wěn)壓管D4和電阻Rl串聯(lián)在交流采樣電路11的輸出端和運算放大器A的輸出端之間，且穩(wěn)壓管D3的陽極連接交流采樣電路11的輸出端，穩(wěn)壓管D3的陰極連接穩(wěn)壓管D4的陰極。圖2所示的電路在工作時，電流互感器T將交流電流信號轉換成第一電壓信號。之后，若電力系統(tǒng)正常工作，交流米樣電路11的輸出端和運算放大器A的輸出端之間的電壓未達到第一預設電壓值，則電阻R2所在支路工作，以實現(xiàn)小量程范圍內電流信號的采樣；若電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，使得交流采樣電路11的輸出端和運算放大器A的輸出端之間的電壓達到第一預設電壓值，則穩(wěn)壓管D3、穩(wěn)壓管D4和電阻Rl所在支路工作，以將瞬間陡增的信號通過穩(wěn)壓管D3和穩(wěn)壓管D4的穩(wěn)壓作用進行有效衰減，避免了信號過大而造成超量程，導致后續(xù)的數(shù)字處理芯片無法識別。其中的第一預設電壓值優(yōu)選是6.2V。本發(fā)明還提供了一種微機保護裝置，包括如上所述的微機保護裝置的電流采樣電路。本發(fā)明提供的微機保護裝置及其電流采樣電路采用一套電路實現(xiàn)了電力系統(tǒng)正常電流和故障電流的采集，相對于現(xiàn)有采用兩套獨立電路的實現(xiàn)方式，可簡化電路結構；該電路中，第一增益控制電路在電力系統(tǒng)正常時控制集成運放電路的增益系數(shù)，第二增益控制電路在電力系統(tǒng)出現(xiàn)電流故障時控制集成運放電路的增益系數(shù)，相對于現(xiàn)有采用一套電路的實現(xiàn)方式，提高了故障電流和正常電流的采樣精度，進而增強了微機保護裝置的保護性能；另外，第一增益控制電路與第二增益控制電路之間為無縫切換，而無須通過開關實現(xiàn)切換，相對于現(xiàn)有采用兩套獨立電路的實現(xiàn)方式， 采樣速度快，進一步增強了微機保護裝置的保護性能。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種微機保護裝置的電流采樣電路，其特征在于，所述電流采樣電路包括: 交流采樣電路，用于將電力系統(tǒng)的交流電流信號轉換成第一電壓信號； 集成運放電路，用于對所述第一電壓信號進行增益調節(jié)，并輸出第二電壓信號； 輸出電路，用于將所述第二電壓信號轉換成可識別電壓信號并輸出； 第一增益控制電路，用于在所述電力系統(tǒng)正常工作時，控制所述集成運放電路的增益系數(shù)； 第二增益控制電路，用于在所述電力系統(tǒng)故障時，控制所述集成運放電路的增益系數(shù)。
2.如權利要求1所述的微機保護裝置的電流采樣電路，其特征在于，所述集成運放電路包括運算放大器、電阻R3、電阻R4 ； 所述運算放大器的反相輸入端通過所述電阻R3連接所述交流采樣電路的輸出端，所述運算放大器的同相輸入端通過所述電阻R4連接等電勢，所述運算放大器的輸出端作為所述集成運放電路的輸出端連接所述輸出電路，所述第一增益控制電路和所述第二增益控制電路分別并聯(lián)在所述交流采樣電路的輸出端和所述運算放大器的輸出端之間。
3.如權利要求2所述的微機保護裝置的電流采樣電路，其特征在于，所述第一增益控制電路包括電阻R2和電容Cl ； 所述電阻R2和所述電容Cl分別并聯(lián)在所述交流采樣電路的輸出端和所述運算放大器的輸出端之間。
4.如權利要求3所述的微機保護裝置的電流采樣電路，其特征在于，當所述交流采樣電路的輸出端和所述運算放大器的輸出端之間的電壓未達到第一預設電壓值時，所述電阻R2所在并聯(lián)支路工作。
5.如權利要求2所述的微機保護裝置的電流采樣電路，其特征在于，所述第二增益控制電路包括:穩(wěn)壓管D3、穩(wěn)壓管D4和電阻Rl ； 所述穩(wěn)壓管D3、所述穩(wěn)壓管D4和所述電阻Rl串聯(lián)在所述交流采樣電路的輸出端和所述運算放大器的輸出端之間，且所述穩(wěn)壓管D3的陽極連接所述交流采樣電路的輸出端，所述穩(wěn)壓管D3的陰極連接所述穩(wěn)壓管D4的陰極。
6.如權利要求5所述的微機保護裝置的電流采樣電路，其特征在于，當所述交流采樣電路的輸出端和所述運算放大器的輸出端之間的電壓達到第一預設電壓值時，所述第二增益控制電路工作。
7.如權利要求2所述的微機保護裝置的電流采樣電路，其特征在于，所述集成運放電路還包括:設置在所述交流采樣電路的輸出端，以及所述集成運放電路、所述第一增益控制電路和所述第二增益控制電路之間的二極管Dl和二極管D2 ； 所述二極管Dl的陰極和所述二極管D2的陽極分別連接所述交流采樣電路的輸出端，所述二極管Dl的陽極和所述二極管D2的陰極分別連接等電勢。
8.如權利要求1所述的微機保護裝置的電流采樣電路，其特征在于，所述交流采樣電路包括: 電流互感器T，所述電流互感器T的一次繞組的兩端連接所述電力系統(tǒng)的輸電線路，所述電流互感器T的二次繞組的一端連接等電勢，所述電流互感器T的二次繞組的另一端作為所述交流采樣電路的輸出端連接所述集成運放電路、所述第一增益控制電路和所述第二增益控制電路。
9.如權利要求1所述的微機保護裝置的電流采樣電路，其特征在于，所述輸出電路包括: 電容C2，所述電容C2的一端連接所述集成運放電路的輸出端，所述電容C2的另一端作為所述電流采樣電路的輸出端，用以輸出所述可識別電壓信號。
10.一種微機保護裝置，其特征在于，所述裝置包括如權利要求1至9任一項所述的微機保護裝置的電 流采樣電路。
全文摘要
本發(fā)明適用于電力系統(tǒng)的繼電器保護領域，提供了一種微機保護裝置及其電流采樣電路。該裝置及其電流采樣電路采用一套電路實現(xiàn)了電力系統(tǒng)正常電流和故障電流的采集，相對于現(xiàn)有采用兩套獨立電路的實現(xiàn)方式，可簡化電路結構；該電路中，第一增益控制電路在電力系統(tǒng)正常時控制集成運放電路的增益系數(shù)，第二增益控制電路在電力系統(tǒng)出現(xiàn)電流故障時控制集成運放電路的增益系數(shù)，相對于現(xiàn)有采用一套電路的實現(xiàn)方式，提高了故障電流和正常電流的采樣精度，進而增強了微機保護裝置的保護性能；另外，第一增益控制電路與第二增益控制電路之間為無縫切換，而無須通過開關實現(xiàn)切換，采樣速度快，進一步增強了微機保護裝置的保護性能。
文檔編號G01R19/00GK103149408SQ20131003296
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權日2013年1月29日
發(fā)明者王建文, 曹瑛 申請人:深圳市金博聯(lián)電力技術有限公司