专利名称：一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电信号传输装置的改进，特别是涉及一种适用于电压互感器二次 侧输出信号的电缆传输装置。
背景技术：
电能计量精度取决于电能表、电流互感器(CT)、电压互感器(PT)误差，以及PT 二 次回路压降的误差。近年在生产上普遍把电能表的精度由1. 0级提高到0. 5级，计量互感 器的精度由0. 5级提高到0. 2级，为提高电能计量装置精度创造了条件。目前在电能计量 系统中，唯一没有得到很好解决的是PT 二次回路压降引起的计量误差问题，它严重影响了 电能计量精度。由于PT 二次回路刀闸、熔断器、端子的接触电阻和二次电缆阻抗的存在，必 然产生二次压降误差，使得电能计量不准，漏计电量。据统计各变电站PT 二次回路的平均 压降达到了 0. 2V，有的变电站最大值甚至达到了 IV，即电量计量损失达到了 1%。如果能够 解决PT 二次回路压降的问题，就可以极大地挽回供电部门的电费损失，提高系统运行的经 济性，保证供电部门的经济利益。因此为了更好地建设智能电网，减少经济损失，必须解决 这个电压互感器二次侧输出信号的远距离无损耗传输问题。当前国内外解决电压互感器二次侧输出信号的远距离传输的方法主要是增加PT 二次回路导线截面积。该方法是目前绝大多数供电部门采用的办法，但是效果并不理想。原 因在于二次导线电阻属于金属电阻，长期稳定不变；其它元件的电阻属接触电阻，受触点状 态、压力、接触表面氧化等诸多因素影响，接触电阻不可避免地会发生变化，这种变化是随 机的、不可预测的。接触电阻在不利情况下，可能超过二次导线电阻数倍以上，仅采用加粗 二次电缆方法来消除PT二次压降效果必然很差。如能去掉刀闸、熔断器、端子能从根本上 解决问题，但这方法并不可行，因为这些都是运行、维护必备的元器件。采用高质量刀闸、熔 断器、端子，或加强对这些元件的维护，降低其接触电阻，都有助于降低PT 二次压降，但不 能从根本上彻底解决问题。总之，现有技术的不足之处是电压互感器输出电压信号经过电缆传输有衰减，因 而传输的信号精度低。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术上的不足，提供一种新的适用于电压互感器二 次侧输出信号的电缆传输装置，该装置信号经过电缆传输不衰减，因而传输信号精度高。本实用新型的技术方案有两个，其共同的技术特征是所述电缆传输装置，包括传 输电缆，并在传输电缆的前端和后端分别接有就地信号传输器和信号还原接收器。第一种技术方案电压互感器二次侧输出信号电缆传输装置，包括传输电缆，在传输电缆的前端和 后端分别接有含CPU就地信号传输器和信号还原接收器，所述含CPU就地信号传输器包括 小电压互感器、CPU、模拟/数字转换器、输入运算放大器、数字/模拟转换器，上述各部件连接按信号传输方向为自小电压互感器到输入运算放大器、到模拟/数字转换器、到CPU、到 数字/模拟转换器、到电缆。所述信号还原接收器包括把电流信号转换为电压信号的电流/电压转换器、输出 运算放大器、功率放大器，上述各部件间连接按信号传输方向为自电流/电压转换器到输 出运算放大器、到功率放大器。所述含CPU就地信号传输器的输入交流电压分为0-100伏和0-57. 7伏两档，输出 电流信号分为4-20毫安和0-20毫安两档。所述信号还原接收器的输入电流信号分为4-20毫安和0-20毫安两档，输出电压 分为交流电压0-100伏和0-57. 7伏两档，与含CPU就地信号传输器输出范围相适应。所述信号还原接收器的输入电流信号分为4-20毫安和0-20毫安两档，输出电压 为交流电压0-5伏，与含CPU就地信号传输器输出范围相适应。所述含CPU就地信号传输器的结构为小电压互感器将变换得到的交流0到5V 信号输入到型号为0P07的输入运算放大器中，输入运算放大器0P07、型号为AD584的基 准电压源以及电阻Rl、R2、Rf构成比例加法器；输入运算放大器0P07的输出端接到型 号为8051F120的CPU的第18管脚上，CPU8051F120内部含有ADC和附加基准电压源； CPU8051F120通过第62、61、60管脚与型号为AD420的数字/模拟转换器相连接，通过数字 /模拟转换器AD420输出电流信号。第二种技术方案电压互感器二次侧输出信号电缆传输装置，包括传输电缆，在传输电缆的前端和 后端分别接有就地信号传输器和信号还原接收器；所述就地信号传输器包括小电压互感 器、输入运算放大器、把电压信号转换为电流信号的电压/电流转换器，上述各部件连接按 信号传输方向为自小电压互感器到输入运算放大器、到电压/电流转换器、到电缆。所述信号还原接收器包括把电流信号转换为电压信号的电流/电压转换器、输出 运算放大器、功率放大器，上述各部件间连接按信号传输方向为自电流/电压转换器到输 出运算放大器、到功率放大器。所述就地信号传输器的输入交流电压范围分为0-100伏和0-57. 7伏两档，输出电 流信号范围为4-20毫安和0-20毫安两档。所述信号还原接收器的输入电流信号分为4-20毫安和0-20毫安两档，输出电压 分为交流电压0-100伏和0-57. 7伏两档，与就地信号传输器输出范围相适应。所述信号还原接收器的输入电流信号分为4-20毫安和0-20毫安两档，输出电压 为交流电压0-5伏，与就地信号传输器输出范围相适应。所述就地信号传输器的结构为小电压互感器将变换得到的交流0到5V信号输入 到型号为0P07的输入运算放大器中，输入运算放大器0P07、型号为AD584的基准电压源和 电阻Rl、R2、Rf构成比例加法器；输入运算放大器0P07的输出端接到型号为T5150的电压 /电流转换器的第11管脚上，电压/电流转换器T5150将电压信号转换为电流信号后，由第 1和第2管脚输出。与现有技术相比较，本实用新型的优点如下(1)采用信号就地电压电流转换，通过电缆传输，电缆传输的是电流信号，电缆串 联于传输器与接收器之间，接收器所接受的电流信号与传输器输出的电流信号相等，经过接收器还原为与电压互感器输出相等的电压信号，因而信号在长距离传输过程中无损耗， 信号传输精度高。(2)传输信号可以利用现场原有的电缆，可以节约投资。(3)当采用无CPU的电压/电流转换技术，装置具有很强的抗干扰性能。(4)装置输出信号既可以是交流0到100V或0到57. 7V电压，也可以是交流0到 5V电压，能够满足传统计量仪表和电子式计量仪表的各种场合需要。
图1是本实用新型的第一种方案的结构示意图；图2是本实用新型的第二种方案的结构示意图；图3是含CPU就地信号传输器的原理图；图4是信号还原接收器的原理图；图5是无CPU的就地信号传输器的原理图；图中标号1-传输电缆；2-含CPU就地信号传输器；3-信号还原接收器；4_就地信号传输器； 5-小电压互感器；6-CPU ；7-模拟/数字转换器；8-输入运算放大器；9-数字/模拟转换器； 10"电流/电压转换器；11-输出运算放大器；12-功率放大器；13-电压互感器；14-电压/ 电流转换器；15-附加基准电压源。
具体实施方式
本实用新型提供了一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置，下面 结合附图，通过具体实施对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。实施方式一如图1、图3和图4所示，电压互感器二次侧输出信号电缆传输装置由电缆1、及前 后端的含CPU就地信号传输器2和信号还原接收器3组成，所述含CPU就地信号传输器包括 小电压互感器5、CPTO、模拟/数字转换器7、输入运算放大器8、4到20mA或者0到20mA电 流输出的数字/模拟转换器9。其中小电压互感器能够将电压互感器输出的交流0到100V 或0到57. 7V电压变换为交流0到5V电压，该信号通过运算放大器构成的比例加法器后， 输入到模拟/数字转换器中，由CPU控制模拟/数字转换器和基准电压源将输入信号转换 为4到20mA或者0到20mA电流。所述信号还原接收器3包括电流/电压转换器10、输出运算放大器11、功率放大 器12。其中电流/电压转换器将4到20mA或者0到20mA电流信号转换为交流电压信号， 该信号通过由运算放大器构成的比例器后，输入到功率放大器中，功率放大器将该输入信 号放大还原为电压互感器输出的交流0到100V或0到57. 7V电压。该信号可以输入到目 前传统的计量仪表、继电保护等二次装置中。如图1所示，小电压互感器(变比为100 5或者57.7 5)将电压互感器13输 出的交流0到100V或0到57. 7V电压变换为交流0到5V信号，交流0到5V信号输入到输 入运算放大器中，输入运算放大器将交流0到5V信号变换为模拟/数字转换器(ADC)可以 接收的电压信号，由CPU控制ADC将输入的电压信号转换为数字信号，基准电压源输入到ADC中作为其基准源。其中ADC和基准电压源可以是在CPU外部，也可以是集成于CPU中。 CPU获得数字量后，由CPU控制模拟/数字转换器和附加基准电压源15将输入信号转换为 4到20mA或者0到20mA电流。通过电缆将4到20mA或者0到20mA电流信号传输到接收 端。在接收端，通过电缆接收到电流信号后通过电流/电压转换器将4到20mA或者0到 20mA电流信号转换为交流电压信号，该信号通过由输出运算放大器构成的比例器后，输入 到功率放大器中，功率放大器将该输入信号放大还原为电压互感器输出的交流0到100V或 0到57. 7V电压。其中，功率放大器可以根据所接的计量仪表进行取舍，如果所接仪表是传 统计量仪表，需要输入交流O到100V或者0到57. 7V，则保留功率放大器。如果所接仪表是 电子式计量仪表，需要输入交流0到5V信号，则去掉功率放大器。含CPU就地信号传输器原理如图3所示，小电压互感器(变比为100 5或者 57. 7 5)将电压互感器输出的交流0到100V或0到57. 7V电压变换为交流0到5V信号， 交流0到5V信号输入到输入运算放大器0P07中，0P07和基准源AD584以及电阻Rl、R2、 Rf构成比例加法器。输入运算放大器0P07输出接到8051F120的第18管脚上，8051F120 内部含有ADC和基准电压源。8051F120通过第62、61、60管脚与AD420相连接，通过AD420 输出4到20mA电流信号。信号还原接收器原理如图4所示，与电缆相连接的两根线连接到高精密电阻Rw 上，通过电阻将电流信号转换为电压信号。将输出的模拟信号通过输出运算放大器0P07和 电阻R4、R5、Rg放大后输出为交流5V信号。该信号输入到功率放大器PA04A，功率放大器 将其放大为交流0到100V或者0到57. 7V。实施方式二 如图2和图5所示，电压互感器二次侧输出信号电缆传输装置由电缆1及其前后 端的就地信号传输器4和信号还原接收器3组成。所述就地信号传输器4包括小电压互感 器5、输入运算放大器8、输入为交流信号输出为4-20mA或者0_20mA电流信号的电压/电 流转换器14。其中小电压互感器能够将电压互感器输出的交流0到100V或0到57. 7V电 压变换为交流0到5V电压，该信号通过运算放大器构成的比例加法器后，输入到输入为交 流信号输出为4到20mA或者0到20mA电流信号的电压/电流转换器中，输出4到20mA或 者0到20mA电流信号。所述信号还原接收器3包括电流/电压转换器10、输出运算放大器11、功率放大 器12组成。其中电流/电压转换器将4到20mA或者0到20mA电流信号转换为交流电压 信号，该信号通过由运算放大器构成的比例器后，输入到功率放大器中，功率放大器将该输 入信号放大还原为电压互感器输出的交流0到100V或0到57. 7V电压。该信号可以输入 到目前传统的计量仪表、继电保护等二次装置中。如图2所示，小电压互感器5(变比为100 5或者57.7 5)将电压互感器输出 的交流0到100V或0到57. 7V电压变换为交流0到5V信号，交流0到5V信号输入到运算 放大器中，运算放大器将交流0到5V信号变换为模拟/数字转换器(ADC)可以接收的电压 信号，该信号输入到输入为交流信号输出为4到20mA或者0到20mA电流信号的电压/电 流转换器中，将输入信号转换为4到20mA或者0到20mA电流。通过电缆将4到20mA或者 0到20mA电流信号传输到接收端。在接收端，通过电缆接收到电流信号后通过电流/电压 转换器将4到20mA或者0到20mA电流信号转换为交流电压信号，该信号通过由运算放大器构成的比例器后，输入到功率放大器中，功率放大器将该输入信号放大还原为电压互感 器输出的交流0到100V或0到57. 7V电压。其中，功率放大器可以根据所接的计量仪表进 行取舍，如果所接仪表是传统计量仪表，需要输入交流0到100V或者0到57. 7V，则保留功 率放大器。如果所接仪表是电子式计量仪表，需要输入交流0到5V信号，则去掉功率放大
就地信号传输器4原理如图5所示，小电压互感器5(变比为100 5或者 57. 7 5)将电压互感器输出的交流0到100V或0到57. 7V电压变换为交流0到5V信号， 交流0到5V信号输入到输入运算放大器0P07中，0P07和基准源AD584和电阻Rl、R2、Rf 构成比例加法器。运算放大器0P07输出接到T5150的第11管脚上，T5150将电压信号转 换为4-20mA电流信号后，由第1和2管脚输出。信号还原接收器原理如实施方式一所述。上述两个具体实施方式
中，所述的就地信号传输器4、含CPU就地信号传输器2和 信号还原接收器3分别装箱壳内，在箱壳外面有输入和输出接线柱，还有固定或悬挂用的 孔，这些都属于普通技术人员公知的技术，不加详述。本实用新型的电压互感器二次侧输出信号电缆传输装置适用于500kV、220kV、 110kV、35kV、60kV、10kV、380V等各种电压等级的电压互感器。应用时，本装置的小电压互 感器5的输入端与电压互感器13 二次侧的输出端连接。通过将电压互感器二次侧输出信 号就地电压/电流转换，通过电缆传输电流信号，能够实现电压互感器二次侧输出信号的 远距离无损耗电缆传输。同时，在接收端将电流信号还原为交流0到100V或0到57. 7V电 压，供传统计量仪表使用；也可以接收端将电流信号转换为交流0到5V电压，供电子式计量 仪表使用。本实用新型所述装置除了应用于变电站中或发电厂内的电压互感器二次侧输出 电压信号的长距离传输外，还可以应用于其他需要将电压信号长距离传输的设备或场合 中。
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权利要求一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置，包括传输电缆(1)，其特征为在传输电缆(1)的前端接有含CPU就地信号传输器(2)或就地信号传输器(4)，在传输电缆(1)的后端接有信号还原接收器(3)；所述含CPU就地信号传输器(2)包括小电压互感器(5)、CPU(6)、模拟/数字转换器(7)、输入运算放大器(8)、数字/模拟转换器(9)，上述各部件连接按信号传输方向为自小电压互感器(5)到输入运算放大器(8)、到模拟/数字转换器(7)、到CPU(6)、到数字/模拟转换器(9)、到电缆(1)；所述就地信号传输器(4)包括小电压互感器(5)、输入运算放大器(8)、把电压信号转换为电流信号的电压/电流转换器(14)，上述各部件连接按信号传输方向为自小电压互感器(5)到输入运算放大器(8)、到电压/电流转换器(14)、到电缆(1)；所述信号还原接收器(3)包括把电流信号转换为电压信号的电流/电压转换器(10)、输出运算放大器(11)、功率放大器(12)，上述各部件间连接按信号传输方向为自电流/电压转换器(10)到输出运算放大器(11)、到功率放大器(12)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置，其 特征为所述含CPU就地信号传输器(2)的输入交流电压分为0-100伏和0-57. 7伏两档， 输出电流信号分为4-20毫安和0-20毫安两档。
3.根据权利要求1所述的一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置， 其特征为所述信号还原接收器(3)的输入电流信号分为4-20毫安和0-20毫安两档，输出 电压分为交流电压0-100伏和0-57. 7伏两档，与含CPU就地信号传输器(2)输出范围相适 应。
4.根据权利要求1所述的一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置，其 特征为所述信号还原接收器(3)的输入电流信号分为4-20毫安和0-20毫安两档，输出电 压为交流电压0-5伏，与含CPU就地信号传输器(2)输出范围相适应。
5.根据权利要求1所述的一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置，其 特征为所述就地信号传输器(4)的输入交流电压范围分为0-100伏和0-57. 7伏两档，输 出电流信号范围为4-20毫安和0-20毫安两档。
6.根据权利要求1所述的一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置，其 特征为所述信号还原接收器(3)的输入电流信号分为4-20毫安和0-20毫安两档，输出电 压分为交流电压0-100伏和0-57. 7伏两档，与就地信号传输器(4)输出范围相适应。
7.根据权利要求1所述的一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置，其 特征为所述信号还原接收器(3)的输入电流信号分为4-20毫安和0-20毫安两档，输出电 压为交流电压0-5伏，与就地信号传输器(4)输出范围相适应。
8.根据权利要求1所述的一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置，其 特征为所述含CPU就地信号传输器⑵的结构为小电压互感器(5)将变换得到的交流 0到5V信号输入到型号为0P07的输入运算放大器(8)中，输入运算放大器0P07、型号为 AD584的基准电压源以及电阻Rl、R2、Rf构成比例加法器；输入运算放大器0P07的输出端 接到型号为8051F120的CPU(6)的第18管脚上，CPU8051F120内部含有ADC和附加基准电 压源(15) ；CPU8051F120通过第62、61、60管脚与型号为AD420的数字/模拟转换器(9)相连接，通过数字/模拟转换器AD420输出电流信号。
9.根据权利要求1所述的一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置，其 特征为所述就地信号传输器(4)的结构为小电压互感器(5)将变换得到的交流0到5V 信号输入到型号为0P07的输入运算放大器(8)中，输入运算放大器0P07、型号为AD584的 基准电压源和电阻Rl、R2、Rf构成比例加法器；输入运算放大器0P07的输出端接到型号为 T5150的电压/电流转换器(14)的第11管脚上，电压/电流转换器T5150将电压信号转换 为电流信号后，由第1和第2管脚输出。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于电压互感器二次侧输出信号的电缆传输装置。该传输装置由电缆及分别连接于其前后端的就地信号传输器和信号还原接收器组成，就地信号传输器将电压互感器二次侧输出的交流电压转换为电流信号，经过电缆传输到信号还原接收器，还原为电压信号。该信号在传输过程中无损耗，传输精度高。该装置适用于500kV、220kV、110kV、35kV、60kV、10kV、380V等各种电压等级的电压互感器。
文档编号G08C19/06GK201741270SQ20092035070
公开日2011年2月9日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者刘君, 李岩松, 齐郑 申请人:华北电力大学