一種用于高壓sf6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本產(chǎn)品設(shè)計涉及電力產(chǎn)品電器領(lǐng)域開關(guān)設(shè)備的在線監(jiān)測,特別涉及一種用于高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的計算斷路器電壽命的方法主要是開斷電流累計法,它是根據(jù)觸頭的質(zhì)量損耗計算電壽命,是基于高壓斷路器的電壽命曲線的累計法。但是,不同短路電流下的觸頭電磨損程度是不一樣的,而其磨損量和短路電流大小并不成線性關(guān)系。僅用累計開斷電流來判斷觸頭燒損量是不夠的;因此,判斷觸頭燒損量要考慮到每次開斷不同短路電流所產(chǎn)生的不同磨損量,從而給高壓SF6斷路器/GIS的電壽命檢測帶來了很大的困難。因此,需要對現(xiàn)有的電壽命檢測狀況進行革新,不能僅依賴于開斷電流大小,而通過反映高壓SF6斷路器/GIS開關(guān)動作時的重疊時間來監(jiān)測和評估斷路器的電壽命,從而有望獲得較為準確的電壽命監(jiān)測結(jié)果,彌補目前國內(nèi)外尚無高壓SF6斷路器/GIS行之有效的電壽命監(jiān)測技術(shù)和方法的缺陷,為高壓SF6斷路器/GIS智能化產(chǎn)品的升級換代提供理論與技術(shù)指導。
[0003]對于這種電壽命監(jiān)測方法,一般需要注入特定頻率信號,通過提取并分析該頻率信號完成監(jiān)測。但是,考慮到測試中工頻信號存在很大干擾,暫態(tài)過程也會帶來高頻噪聲,以至于噪聲信號的幅度有可能與有效信號數(shù)量級相等甚至于超過有效信號。因此,為了能準確監(jiān)測電壽命,必須對信號提取并進行調(diào)理放大,從而避免噪聲的干擾,增加測量的準確性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]基于此,本公開了提供了一種用于高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路,所述電路包括信號提取模塊、信號濾波模塊和信號放大模塊;
[0005]所述信號提取模塊用于獲得電壽命監(jiān)測信號并將信號傳遞到信號濾波模塊,經(jīng)所述信號濾波模塊對信號進行處理后傳入到信號放大模塊;
[0006]所述信號濾波模塊用于濾除信號中的工頻噪聲及其他頻率噪聲干擾,包括乘法器及帶通濾波器濾波兩部分;
[0007]所述信號放大模塊,使用低噪聲電壓反饋放大器,用于將濾波后的信號放大以實現(xiàn)信號調(diào)理;
[0008]所述電壽命監(jiān)測信號為反映高頻時主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同的電壓信號。
[0009]在這個實施例中,所述高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的原理是利用高頻時主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同,來監(jiān)測弧觸頭單獨接觸時間;然后利用弧觸頭單獨接觸時間與弧觸頭單獨接觸行程的對應(yīng)關(guān)系,將測量的弧觸頭單獨接觸時間換算成弧觸頭單獨接觸行程;再結(jié)合事先通過實驗得到的弧觸頭單獨接觸行程與電壽命的對應(yīng)關(guān)系,從而評估所述尚壓SF6開關(guān)設(shè)備的電壽命。
[0010]由于高電壓線路上往往存在很強的背景噪聲,為了實現(xiàn)對高壓SF6開關(guān)設(shè)備單獨弧觸頭接觸時間的準確測量,采樣信號在信號調(diào)理電路中先經(jīng)過信號提取模塊進行采集后,依次經(jīng)過無源濾波器初步濾去雜波,再經(jīng)過高階有源窄帶濾波器進一步濾去雜波,實現(xiàn)對有效信號的準確提取。然后采用高速ARM處理器對信號進行進一步的數(shù)字濾波,進而分析其幅值的變化。
[0011]通過這樣的電路設(shè)計,使得提取的信號更加清晰,為后續(xù)利用電壽命信號進行數(shù)據(jù)處理的準確性提供了保證。
【附圖說明】
[0012]圖1為一個實施例中本作品的總體設(shè)計框架;
[0013]圖2為一個實施例中帶通濾波器設(shè)計原理圖;
[0014]圖3為一個實施例中放大模塊原理圖。
【具體實施方式】
[0015]在一個實施例中,提供了一種用于高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路,所述電路包括信號提取模塊、信號濾波模塊和信號放大模塊;
[0016]所述信號提取模塊用于獲得電壽命監(jiān)測信號并將信號傳遞到信號濾波模塊;
[0017]所述信號濾波模塊用于濾除信號中的工頻噪聲及其他頻率噪聲干擾,包括乘法器及帶通濾波器濾波兩部分;
[0018]所述信號放大模塊,使用低噪聲電壓反饋放大器,用于將濾波后的信號放大以實現(xiàn)信號調(diào)理;
[0019]所述電壽命監(jiān)測信號為反映高頻時主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同的電壓信號。
[0020]在這個實施例中,所述高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的原理是利用高頻時主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同,來監(jiān)測弧觸頭單獨接觸時間;然后利用弧觸頭單獨接觸時間與弧觸頭單獨接觸行程的對應(yīng)關(guān)系,將測量的弧觸頭單獨接觸時間換算成弧觸頭單獨接觸行程;再結(jié)合事先通過實驗得到的弧觸頭單獨接觸行程與電壽命的對應(yīng)關(guān)系,從而評估所述尚壓SF6開關(guān)設(shè)備的電壽命。
[0021]由于高電壓線路上往往存在很強的背景噪聲,為了實現(xiàn)對高壓SF6開關(guān)設(shè)備單獨弧觸頭接觸時間的準確測量,采樣信號在信號調(diào)理電路中先經(jīng)過信號提取模塊進行采集后,依次經(jīng)過無源濾波器初步濾去雜波,再經(jīng)過高階有源窄帶濾波器進一步濾去雜波,實現(xiàn)對有效信號的準確提取。然后采用高速ARM處理器對信號進行進一步的數(shù)字濾波,進而分析其幅值的變化。
[0022]在一個實施例中,對所述信號提取模塊進行了具體設(shè)計,所述信號提取模塊包括電阻、第一電容,所述電阻與第一電容串聯(lián),進而通過電容耦合方式,在高壓SF6開關(guān)設(shè)備的輸出端提取所述電阻上的電壓信號,并且所述信號提取模塊還包括第二電容,所述電阻與第一電容串聯(lián)后與第四電容并聯(lián)。通過這種耦合的方式,通過提取所述電阻的電壓信號,即可得到所述電壽命監(jiān)測信號,所述信號能夠準確的反映高頻時主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的變化。
[0023]優(yōu)選的,為了清晰明顯的程序開關(guān)動作時系統(tǒng)的變化,所述信號提取模塊中的電阻為性能優(yōu)異的定值電阻,以保證提取的準確性,所述信號提取電阻選用量級為幾個歐姆的電阻。
[0024]在一個實施例中,所述低噪聲電壓反饋放大器為美國德州儀器公司的opa2690。
[0025]在一個實施例中,所述信號濾波模塊包括帶通濾波器用于進一步濾除其他頻率噪聲。對于所述帶通濾波器,優(yōu)選的,為切比雪夫帶通濾波器。
[0026]在一個具體實施例中,所述電路采用如圖1所示的設(shè)計,所述信號提取模塊利用小電阻精密電阻提取測量信號,所述小電阻精密電阻就是量級為幾個歐姆的電阻,在外部提供與電壽命測量信號同頻的參考信號,然后將所述測量信號輸入到有帶通濾波器的信號濾波模塊中,最后通過信號放大模塊將已濾波信號進行放大。
[0027]在另一個實施例中,所述帶通濾波器設(shè)定中心頻率為5MHz,采取切比雪夫拓撲結(jié)構(gòu),實現(xiàn)信號的第一次濾波。之后采用電壓反饋放大器進行同相放大,將已經(jīng)過一次濾波的信號進一步放大。接著乘法器將參考信號與前級信號相乘,由于參考信號與采樣信號中的有效分量同頻,從而由乘法實現(xiàn)再一次濾波。本次濾波完成后有效信號將轉(zhuǎn)化為直流量,因此最后一級設(shè)計了 Sallen-Key四階低通濾波器,以此濾除干擾信號。最后的平方和電路主要目的是避免相位對信號測量的影響,同時利用該電路對信號再次放大。整個過程三次濾波,兩次放大,實現(xiàn)有效的信號調(diào)理。
[0028]在一個實施例中,帶通濾波器設(shè)計如圖2所示,信號放大模塊如圖3所示。
[0029]在一個實施例中,使用所述電路利用TINA軟件實現(xiàn)整個電路的仿真。通過仿真得到合適的信號提取模塊中的電阻確切值或一個范圍。
[0030]本實施例考慮了所述濾波器設(shè)計中電壓反饋放大器與電流反饋放大器的區(qū)別,選用了電壓反饋型放大器。同時為了避免放大器本身噪聲的影響,選取了低噪聲放大器。在綜合考慮頻帶寬度、電源及壓擺率的問題,最終選擇了美國德州儀器公司的雙運放opa2690。
[0031]所述電路解決了電壽命監(jiān)測中,監(jiān)測信號噪聲過大嚴重影響測量的問題。通過三次濾波及兩次信號放大,實現(xiàn)了信號的有效調(diào)理,避免了噪聲的干擾,從而最終保證了電壽命監(jiān)測的準確度。
[0032]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明,不能認定本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此,對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干簡單的推演或替換,都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路,其特征在于: 所述電路包括信號提取模塊、信號濾波模塊和信號放大模塊; 所述信號提取模塊用于獲得電壽命監(jiān)測信號并將信號傳遞到信號濾波模塊,經(jīng)所述信號濾波模塊對信號進行處理后傳入到信號放大模塊; 所述信號濾波模塊用于濾除信號中的工頻噪聲及其他頻率噪聲干擾; 所述信號放大模塊,使用低噪聲電壓反饋放大器,用于將濾波后的信號放大以實現(xiàn)信號調(diào)理; 所述電壽命監(jiān)測信號為反映高頻時主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同的電壓信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路,優(yōu)選的,其特征在于: 所述信號提取模塊包括電阻、第一電容,所述電阻與第一電容串聯(lián),進而通過電容耦合方式,在高壓SF6開關(guān)設(shè)備的輸出端提取所述電阻上的電壓信號; 所述信號提取模塊還包括第二電容,所述電阻與第一電容串聯(lián)后與第四電容并聯(lián)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路,其特征在于: 所述信號提取電阻選用量級為幾個歐姆的電阻。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路,其特征在于: 所述信號濾波模塊包括帶通濾波器,所述帶通濾波器為切比雪夫帶通濾波器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路,其特征在于: 所述電路利用TINA軟件實現(xiàn)整個電路的仿真。
【專利摘要】本公開了提供了一種用于高壓SF6開關(guān)設(shè)備電壽命監(jiān)測的信號調(diào)理電路,所述電路包括信號提取模塊、信號濾波模塊和信號放大模塊;所述信號提取模塊用于獲得電壽命監(jiān)測信號并將信號傳遞到信號濾波模塊,經(jīng)所述信號濾波模塊對信號進行處理后傳入到信號放大模塊;所述信號濾波模塊用于濾除信號中的工頻噪聲及其他頻率噪聲干擾,包括乘法器及帶通濾波器濾波兩部分;所述信號放大模塊,使用低噪聲電壓反饋放大器,用于將濾波后的信號放大以實現(xiàn)信號調(diào)理;所述電壽命監(jiān)測信號為反映高頻時主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同的電壓信號。通過這樣的電路設(shè)計,使得提取的信號更加清晰,為后續(xù)利用電壽命信號進行數(shù)據(jù)處理的準確性提供了保證。
【IPC分類】G01R31/327, G01R1/30
【公開號】CN104931873
【申請?zhí)枴緾N201510321272
【發(fā)明人】劉天陽, 薛屹洵, 王小華
【申請人】西安交通大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月12日