一种馈线终端宽范围测量电流信号的装置及方法与流程

本发明涉及继电保护技术领域，尤其是一种馈线终端宽范围测量电流信号的装置及方法。

背景技术：

传统的继电保护装置，其原理往往是通过采集信号比较大的故障电流信号，比如三段式电流保护、三段式零序电流保护，其故障信号与正常信号差别比较大，可以比较容易的区分故障还是正常状态。但是在10kv配电网络中，单相接地故障是最常见的故障，可以占到总配电网故障的70-80％。由于10kv配电网络往往采用不接地系统运行方式，当发生故障时，故障电流信号比较微弱，尤其是目前广泛在配电网中投入消弧线圈之后，使得故障信号特征更加不明显，故障线路与非故障线路的电流信号区别不大，使得传统的通过零序电流检测故障的方法往往失效。

为了实现单相接地故障检测，可以通过检测增量电流法来实现，其原理是当发生单相接地故障时，非故障线路三相电流的矢量增量相等，而故障线路两相电流增量相等，与另外一相增量不等。而为了实现增量保护，对于装置来说需要采集ma级，而传统的继电保护装置一般只能保证几十ma至20a级别的电流，其下限无法满足增量保护的要求。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于提供一种能够实现宽范围1ma至20a电流信号检测的馈线终端宽范围测量电流信号的装置。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种馈线终端宽范围测量电流信号的装置，包括用于采集外部电流信号的三相电流输入电路和三相电压输入电路，二者的信号输出端均与ad转换电路的信号输入端相连，ad转换电路的输出端与主控电路的第一输入端相连，主控电路的第二、三输入端分别与用于接收断路器的开关位置信号的开关信号输入电路、复位电路的输出端一一对应相连，主控电路通过通讯模块与主站通讯，主控电路的输出端通过继电器与断路器相连；所述三相电流输入电路包括第一电流互感器和第二电流互感器，第一电流互感器采用的是1:1的电流互感器，第二电流互感器采用的是1:10的电流互感器。

所述主控电路与存储电路双向通讯。

所述主控电路通过rs232接口接外接设备。

还包括电源电路，电源电路分别向三相电流输入电路、三相电压输入电路、ad转换电路、开关信号输入电路、复位电路、存储电路、主控电路供电。

所述ad转换电路包括第一ad芯片和第二ad芯片，第一电流互感器的输出端与第一ad芯片的输入端相连，第二电流互感器的输出端与第二ad芯片的输入端相连；所述主控电路包括第一数据缓冲器、第二数据缓冲器和主控cpu，所述第一ad芯片的输出端与第一数据缓冲器的输入端相连，第二ad芯片的输出端与第二数据缓冲器的输入端相连，第一数据缓冲器、第二数据缓冲器的输出端均与主控cpu的输入端相连。

本发明的另一目的在于提供一种馈线终端宽范围测量电流信号的装置的测量方法，当通过ad转换电路获得2组电流互感器的数值之后，主控电路获得不同电流互感器的数值，主控电路判断电流信号在1a以上时,采用第一电流互感器的数值作为电流采集值；主控电路判断电流信号在1a以下时,采用第二电流互感器的数值作为电流采集值。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：本发明可以采集1ma至20a宽范围的电流信号，因此既可以实现传统的大电流故障如过流和零序电流保护，也可以实现小信号故障比如单相接地故障保护，从而达到自适应的配电网络保护。

附图说明

图1为本发明的电路框图；

图2为图1中三相电流输入电路、ad转换电路和主控电路的电路图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种馈线终端宽范围测量电流信号的装置，包括用于采集外部电流信号的三相电流输入电路和三相电压输入电路，二者的信号输出端均与ad转换电路的信号输入端相连，ad转换电路的输出端与主控电路的第一输入端相连，主控电路的第二、三输入端分别与用于接收断路器的开关位置信号的开关信号输入电路、复位电路的输出端一一对应相连，主控电路通过通讯模块与主站通讯，主控电路的输出端通过继电器与断路器相连；所述三相电流输入电路包括第一电流互感器和第二电流互感器，第一电流互感器采用的是1:1的电流互感器，第二电流互感器采用的是1:10的电流互感器。

如图1所示，所述主控电路与存储电路双向通讯。所述主控电路通过rs232接口接外接设备。还包括电源电路，电源电路分别向三相电流输入电路、三相电压输入电路、ad转换电路、开关信号输入电路、复位电路、存储电路、主控电路供电。

如图1、2所示，所述ad转换电路包括第一ad芯片和第二ad芯片，第一电流互感器的输出端与第一ad芯片的输入端相连，第二电流互感器的输出端与第二ad芯片的输入端相连；所述主控电路包括第一数据缓冲器、第二数据缓冲器和主控cpu，所述第一ad芯片的输出端与第一数据缓冲器的输入端相连，第二ad芯片的输出端与第二数据缓冲器的输入端相连，第一数据缓冲器、第二数据缓冲器的输出端均与主控cpu的输入端相连。

在工作时，当通过ad转换电路获得2组电流互感器的数值之后，主控电路获得不同电流互感器的数值，主控电路判断电流信号在1a以上时,采用第一电流互感器的数值作为电流采集值；主控电路判断电流信号在1a以下时,采用第二电流互感器的数值作为电流采集值。

以下结合图1至2对本发明作进一步的说明。

外部电流信号通过不同比例的电流互感器，第一电流互感器采用的是1:1的电流互感器，第二电流互感器采用的是1:10的电流互感器，通过第二电流互感器可以将原信号放大10倍从而输出不同比例的电流信号。该电流信号通过两个ad芯片转换成数字信号，经过数据缓冲器进行数据缓存，主控cpu通过数据总线采集信号，并通过分析处理从而得出最终信号数据。

对于测控装置而言，实现宽范围电流精确测量主要取决于两个部件：一个是电流互感器的精度，一个是ad芯片的精度。

对于电流互感器而言，选用市面上高精度的微型电流互感器，规格为1:1ma，在1％至20a范围内的精度为0.05％,故其线性范围为10ma-20a。

由此可见，单独一个电流互感器无法满足1ma至20a的测量要求。为了实现宽范围测量，将电流互感器分为2组,第一组一次线圈为1圈,第二组一次线圈为10圈,相当于将输入信号放大10倍,因此第二组的信号输入范围缩小10倍即1ma至2a。取样电阻为330ω。

对于ad芯片而言，位数越多其可测量的范围就越宽，但是其成本也将越高，本次采用16位的ad7606芯片，其表示的数字范围为1至32767。数字下限1对应的电流信号为0.925ma，数字上限对应的电流信号为30a，由此可见采用16位的ad芯片可以满足宽范围的测量要求。

当输入信号为第一电流互感器时，10ma至20a线性范围对应的数字范围为9至25205，其值在ad芯片的转换范围内，可以准确测量。对于1ma至2a范围内的电流信号，其数值为1至2520，由此可见对于小电流信号，其数值已经太小，无法准确测量。

当输入信号为第二电流互感器时，1ma至2a线性范围对应的数字范围为9至25205，在ad芯片转换范围内。而对于2a至20a的电流信号实际上相当于输入电流信号为20a至200a，此时电流互感器已经饱和，不能准确测量。

由此可见通过采用两组互感器，并通过不同绕组分别测量不同范围内的电流，达到了测量1ma至20a范围电流的目的。

当通过ad芯片转换获得2组电流互感器的数值之后，加上数据缓冲器，主控cpu可以获得不同电流互感器的数值，此时需要在主控cpu进行分析处理，当判断信号在1a以上时,采用第一电流互感器的数值作为电流采集值,当判断信号在1a以下时,采用第二电流互感器的数值作为电流采集值,这样就达到数据平滑过渡的目的。

综上所述，本发明通过宽范围测量电流信号的方法，可以获得1ma至20a范围的电流信号，为实现满足单相接地故障检测和传统继电保护功能的装置提供了一条解决方案。本发明具备继电保护功能，当检测到线路故障时，可跳开出口断路器并自动重合闸一次，防止瞬时故障。