专利名称：一种继电保护装置中的保护测量信号采样模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及继电保护装置中的一个模块，尤其涉及继电保护装置中的保护测 量信号采样模块。
背景技术：
根据电力系统对微机继电器的动作精度要求，远动测量量的精度误差在士0. 5% 以内，而保护交流量的测量精度通常在士 3 %以内。虽然保护交流量的测量精度要求比远动 测量量的精度低，但是保护交流量的测量范围要求是0 40倍的额定值，而测量量的要求 范围为0 1. 2倍额定值，对保护交流量的动态范围的要求显然要远远大于远动测量量。为了提高测量精度，目前主要采取的办法是尽量减小二次CT的变比或者增大运 放回路的放大倍数，使得在从原始输入值到AD采样值的转换过程中，损失的精度尽量的 小。对于远动测量值，因为测量的动态范围不大，最高只需要考虑到1.2倍的额定值，输入 量本身的变化范围小，采用该种方法是合适的，但对于保护测量量，因为要考虑到40倍的 上限值，二次CT的变比就不能取得太小，否则转换出的值将超出AD的测量范围。例如对额 定值为5A的保护电流通道，其要求的动态测量范围为0 200A，对于常见的100A/7. 5V的 二次CT，二次CT的输出端电压值范围为0 15V，最大值将达到15V。目前常用的DSP均为 3. 3V器件，其内部AD的输入要求通常为0 3V，为实现对交流量的双端采样，通常取1. 5V 的参考电平，因此单端最大输入值为1. 5V。为了保证信号最大输入值时，AD通道的输入不 越限，运放回路只能对信号做缩小处理，最少的缩小倍数为15/1. 5 = 10倍。在这样的增益 系数下，当输入电流降低至IOA以下，尤其是5A以下时，AD采样的输入电压将降至0. 0375V 以下，IA时，甚至小于0. 006V,这样小的输入电压，必然导致小电流时测量误差的增大，直 至超出士3%以外。
发明内容发明目的本实用新型主要针对电力系统继电保护装置对保护采样通道的大范围 采样精度的要求，设计了一种继电保护装置中的保护测量信号采样模块，满足了全范围高 精度的采样要求。本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的一种继电保护装置中的 保护测量信号采样模块，它包括二阶阻容滤波回路，所述的二阶阻容滤波回路并联两个反 向串接的二极管，再与三号电阻并联，并与第一电压跟随器相连，第一电压跟随器的输出端 连接第一信号放大回路，第一信号放大回路的输出端与第一采样通道相连；第一电压跟随 器的输出端上还连接有第二电压跟随器，第二电压跟随器的输出端连接有第二信号放大回 路，第二信号放大回路的输出端通过限压回路与第二采样通道连接。本实用新型中，所述的第一电压跟随器为一号运算放大器，二阶阻容滤波回路与 一号运算放大器的反相输入端3脚相连；一号运算放大器的8脚和4脚分别接+15V和-15V 电源，一号运算放大器的同相输入端2脚和输出端1脚相连，一号运算放大器的1脚经过四号电阻与第一信号放大回路的输入端相连。本实用新型中，第一信号放大回路包括与第一电压跟随器输出端相连的四号电 阻，四号电阻与三号运算放大器的2脚相连，三号运算放大器的2脚通过五号电阻连接到输 出端1脚上，1脚与继电器的第一采样通道相连；三号运算放大器的反相输入端3脚经七号 电阻与地相连，且3脚经六号电阻与直流参考电平REF1. 5相连；三号运算放大器的4脚、8 脚分别接-15V和+15V电源。本实用新型中，所述的第二电压跟随器为二号运算放大器，二号运算放大器的3 脚与第一电压跟随器的输出端相连，二号运算放大器的2脚与1脚相连，二号运算放大器的 1脚经八号电阻与第二信号放大回路的输入端相连。本实用新型中，所述的第二信号放大回路包括四号运算放大器，四号运算放大器 的2脚通过九号电阻连接到四号运算放大器的输出端1脚上，1脚通过十二号电阻连接继电 器的第二采样通道；四号运算放大器的反相输入端3脚经十一号电阻与地相连，同时3脚经 十号电阻与直流参考电平REF1. 5相连。本实用新型中，所述的限压回路包括十二号电阻，十二号电阻与第二个采样通道 的连接点分别通过两个稳压管与电源和地相连。本实用新型中，所述的二阶阻容滤波回路包括一号电阻，一号电阻分别与一号电 容和二号电阻连接，二号电阻连接二号电容，一号电容、二号电容接地。本实用新型的工作原理二次CT输入的保护通道电流信号量经过二阶阻容滤波， 通过一个运放构成的电压跟随电路后，分成两路输出电压，一路进入到一个使用常规的增 益系数(如将信号缩小10倍)的运算放大电路中，另外一路再次经过一个运放构成的电压 跟随电路后进入到一个使用小增益系数(如将信号放大2倍)的运算放大电路中，两个运 放电路分别输入到不同的AD采样通道。同时，与使用小增益系数的运放电路相连的AD通 道的输入点与地和电源电压VCC上还分别接有3V的稳压管。与二阶阻容滤波相连的运放 输入端上还连接有1ΜΩ的接地电阻。有益效果本实用新型将一路的输入量变成了两路不同增益的放大电路输出，通 过两个不同的AD采样通道采集计算同一路信号输入量，当输入量较小的时候，装置可以使 用较小增益系数的放大电路的输入值来获得更为精准的输入信号量，当输入量较大时候， 装置自动使用较大增益系数的放大电路的输入值。此时较小增益系数的放大电路输出值将 超过AD通道的最大输入范围，但与AD通道相连的两个稳压管自动投入工作，从而将AD通 道输入电压钳制在AD输入要求的动态范围内，保证了放大通道输入不越限。由两个不同放大比率的信号放大回路组成的采样回路能很好的解决大范围动态 信号输入下测量范围与测量精度之间的矛盾，从而实现全范围高精度的测量。

图示为本实用新型的电路图。
具体实施方式
图示是本实用新型电路原理示意图，
以下结合附图，对本实用新型的技术方案做 进一步的具体说明。[0017]如图所示，由一号电阻R1、一号电容Cl、二号电阻R2、二号电容C2组成的二阶阻容 滤波回路并联两个反向串接的二极管Z1、Z2后，再并联一个1ΜΩ的三号电阻R3，之后与一 号运算放大器UlA的反相输入端3脚相连，一号运算放大器UlA的8脚和4脚分别接+15V 和-15V电源，一号运算放大器UlA的同相输入端2脚和输出端1脚相连，构成第一电压跟 随器。一号运算放大器UlA的1脚经过四号电阻R4与三号运算放大器U3A的同相输入 端2脚相连，三号运算放大器U3A的2脚通过五号电阻R5连接到三号运算放大器U3A的输 出端1脚(即P2点)上，该点直接连接到AD的第一采样通道ADCl。三号运算放大器U3A的反相输入端3脚经七号电阻R7与地相连，同时3脚经六 号电阻R6与直流参考电平REF1. 5相连。三号运算放大器U3A的4脚、8脚分别接-15V和 +15V电源。一号运算放大器UlA的1脚同时连接到由二号运算放大器U2A构成的第二电压 跟随器的反相输入端的3脚上，二号运算放大器U2A的2脚与1脚相连，1脚经过八号电阻 R8与四号运算放大器U4A的同相输入端2脚相连。四号运算放大器U4A的2脚通过九号电阻R9连接到四号运算放大器U4A的输出 端1脚(即P3点)上，该点通过十二号电阻R12连接到AD的第二采样通道ADC2。四号运 算放大器U4A的反相输入端3脚经十一号电阻Rll与地相连，同时3脚经十号电阻RlO与 直流参考电平REF1. 5相连。十二号电阻R12与第二采样通道ADC2的连接点P4同时通过 两个稳压管Z3、Z4分别与电源VCC和地相连。图中，一号电阻R1、一号电容Cl、二号电阻R2、二号电容C2组成二阶阻容滤波回 路；一号运算放大器UlA和二号运算放大器U2A为两个电压跟随器；四号电阻R4、五号电阻 R5、六号电阻R6、七号电阻R7和三号运算放大器U3A组成第一信号放大回路，第一信号放大 回路的四号电阻R4、五号电阻R5选用较大的比值，如R4 = 15ΚΩ，R5 = 1ΚΩ，则信号放大 系数为1/15。八号电阻R8、九号电阻R9、十号电阻R10、i^一号电阻Rll和四号运算放大器U4A 组成第二信号放大回路，该信号放大回路的八号电阻R8、九号电阻R9选用较小的比值，如 R8 = 5K Ω , R5 = IOK Ω，则信号放大系数为10/5。十二号电阻R12和稳压管Ζ3、Ζ4组成限压回路。交流输入信号Vi经过二阶阻容滤波回路滤去其中的高频成分后输入到第一电压 跟随器，即一号运算放大器UlA的3脚，一号运算放大器UlA输出信号在Pl点分成了两路 分别接入到第一信号放大回路和第二信号放大回路中。因为第一信号放大回路有较小的放 大倍数，经过它的信号在输出端Ρ2点实际是被缩小了 15倍，此路缩小的信号由第一采样通 道ADCl采集；第二信号放大回路有较大的放大倍数，经过它的信号在输出端Ρ3点实际是放 大了 2倍，此路放大的信号由第二采样通道ADC2采集。当输入信号Vi为小信号时候，采样 回路可以自动选取第二采样通道ADC2的采样值作为计算值，该路信号放大回路将小信号 做了放大处理(例如放大2倍)，使得测量精度得到了保证。当输入信号Vi为大信号的时 候，采样回路采用第一采样通道ADCl的采样值作为计算值，该路信号放大回路将大信号做 了缩小处理(例如缩小15倍)，使得输入值不会超出AD的测量输入范围，同时较大的输入 值本身保证了测量精度。在Vi值较大时，第二信号放大回路的输出信号将超过AD的输入 范围，此时，限压回路将起作用，将第二采样通道ADC2的输入点Ρ4的值限定在稳压管决定的输出值以内，从而保证AD的安全。一号运算放大器U1A、二号运算放大器U2A两个运放构 成的电压跟随器有效的隔离和缓冲输入信号，保证了两组信号放大回路的正确工作。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种继电保护装置中的保护测量信号采样模块，其特征在于它包括二阶阻容滤波 回路，所述的二阶阻容滤波回路并联两个反向串接的二极管，再与三号电阻并联，并与第一 电压跟随器相连，第一电压跟随器的输出端连接第一信号放大回路，第一信号放大回路的 输出端与第一采样通道相连；第一电压跟随器的输出端上还连接有第二电压跟随器，第二 电压跟随器的输出端连接有第二信号放大回路，第二信号放大回路的输出端通过限压回路 与第二采样通道连接。
2.根据权利要求1所述的继电保护装置中的保护测量信号采样模块，其特征在于所 述的第一电压跟随器为一号运算放大器，二阶阻容滤波回路与一号运算放大器的反相输入 端3脚相连；一号运算放大器的8脚和4脚分别接+15V和-15V电源，一号运算放大器的同 相输入端2脚和输出端1脚相连，一号运算放大器的1脚经过四号电阻与第一信号放大回 路的输入端相连。
3.根据权利要求1或2所述的继电保护装置中的保护测量信号采样模块，其特征在于 第一信号放大回路包括与第一电压跟随器输出端相连的四号电阻，四号电阻与三号运算放 大器的2脚相连，三号运算放大器的2脚通过五号电阻连接到输出端1脚上，1脚与继电器 的第一采样通道相连；三号运算放大器的反相输入端3脚经七号电阻与地相连，且3脚经六 号电阻与直流参考电平REF1. 5相连；三号运算放大器的4脚、8脚分别接-15V和+15V电 源。
4.根据权利要求1所述的继电保护装置中的保护测量信号采样模块，其特征在于所 述的第二电压跟随器为二号运算放大器，二号运算放大器的3脚与第一电压跟随器的输出 端相连，二号运算放大器的2脚与1脚相连，二号运算放大器的1脚经八号电阻与第二信号 放大回路的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的继电保护装置中的保护测量信号采样模块，其特征在于所 述的第二信号放大回路包括四号运算放大器，四号运算放大器的2脚通过九号电阻连接到 四号运算放大器的输出端1脚上，1脚通过十二号电阻连接继电器的第二采样通道；四号运 算放大器的反相输入端3脚经十一号电阻与地相连，同时3脚经十号电阻与直流参考电平 REF1. 5 相连。
6.根据权利要求1所述的继电保护装置中的保护测量信号采样模块，其特征在于所 述的限压回路包括十二号电阻，十二号电阻与第二个采样通道的连接点分别通过两个稳压 管与电源和地相连。
7.根据权利要求1所述的继电保护装置中的保护测量信号采样模块，其特征在于所 述的二阶阻容滤波回路包括一号电阻，一号电阻分别与一号电容和二号电阻连接，二号电 阻连接二号电容，一号电容、二号电容接地。
专利摘要本实用新型公开了一种继电保护装置中的保护测量信号采样模块，它包括二阶阻容滤波回路，所述的二阶阻容滤波回路并联两个反向串接的二极管，再与三号电阻并联，并与第一电压跟随器相连，第一电压跟随器的输出端连接第一信号放大回路，第一信号放大回路的输出端与第一采样通道相连；第一电压跟随器的输出端上还连接有第二电压跟随器，第二电压跟随器的输出端连接有第二信号放大回路，第二信号放大回路的输出端通过限压回路与第二采样通道连接。本实用新型由两个不同放大比率的信号放大回路组成的采样回路能很好的解决大范围动态信号输入下测量范围与测量精度之间的矛盾，从而实现全范围高精度的测量。
文档编号G01R19/25GK201852882SQ20102055466
公开日2011年6月1日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者杨晓渝, 高明 申请人:南京安能电气控制设备有限公司