一种用于电子式弧光保护的转换电路制造技术

本发明专利技术涉及一种用于电子式弧光保护的转换电路，包括：光电转换电路、模拟滤波电路、N个比较器、和一个数字处理单元，比较器的正极一一对应的接有N个电压值递增的基准电压，负极接所述模拟滤波电路的输出电压；数字处理单元用于实时地接收所述N个比较器输出的N路开关量信号，记录各路开关量信号发生变化的时刻，以开关量信号发生变化时刻所对应的基准电压作为弧光采样的采样点。本发明专利技术不使用AD芯片，仅仅使用模拟比较器+数字处理单元可实现模数转换，达到数字化弧光波形的目的。本发明专利技术电路对于快速的而且动态范围巨大的弧光信号尤其适用，并且本发明专利技术方案对于整个系统的成本具有非常大的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电子式弧光保护的转换电路
本专利技术涉及继电保护
，特别涉及一种用于电子式弧光保护的转换电路。
技术介绍
弧光保护是一种专门为解决操作人员人身安全或者防止意外情况发生的保护功能，现在已经被广泛的应用在中低压输配电、工厂、矿山、化工等等工业应用场合，用来做为关键元件的后备保护发挥着重要的作用。现有的1代和2代弧光保护的实现方式是光+电综合判断，均无法对弧光进行定量的分析，只能定性的判断，所以限制了弧光保护更好的分析和研究，由于电弧光速度极快加上电弧光触发点和环境光的模拟量增益相差巨大，所以采集和数字化异常困难。经检索发下，中国专利技术专利申请CN106410970A，公开了一种具有光强信号录波功能的电弧光保护装置，其利用弧光采集单元对光强信号进行光电转换及AD采样，采样结果通过数据传输光纤传送给弧光主机单元；弧光主机单元接收到弧光模拟信号后，结合电气量信号进行弧光保护逻辑判别。发生弧光故障时，此种装置不仅可以记录保护动作前后的电气模拟量，而且可以记录光强模拟信号，从而可以对发生故障的暂态过程进行有效分析，进而还原整个故障演变过程。虽然该专利的方案中实现了对弧光的采集和数字化，但由于弧光发生过程极短，譬如说从500Lux到8000lux的时间在微妙级别，而模数转换器的采样频率需达到10M采样点/秒以上才能满足生产需要，然而采样频率达到10M采样点/秒的模数转换器价格过于高昂，推高了弧光采样-转换电路的成本，使其难以在产业上推广。
技术实现思路
本专利技术要解决技术问题是：克服上述现有技术缺点，提出一种用于电子式弧光保护的转换电路，摆脱了对AD（模数转换器）的依赖，仅使用比较器+数字处理单元实现了对快速光信号的模数转换。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案是：用于电子式弧光保护的转换电路，包括：光电转换电路，用于将弧光转换为电信号；模拟滤波电路，用于对所述光电转换电路输出的电信号进行模拟滤波；其特征在于：还包括N个比较器，其正极一一对应的接有N个电压值递增的基准电压，负极接所述模拟滤波电路的输出电压，N为不小于3的自然数；和数字处理单元，用于实时地接收所述N个比较器输出的N路开关量信号，记录各路开关量信号发生变化的时刻，以开关量信号发生变化时刻所对应的（比较器的输入）基准电压作为弧光采样的采样点。此外，专利技术还提供了一种弧光采样方法，步骤如下：第1步、将弧光转换为电信号并进行模拟滤波；第2步、通过N个比较器对第1步获得的电信号和N个递增基准电压进行比较，并输出N路开关量信号，N为不小于3的自然数；第3步、记录各路开关量信号发生变化的时刻，以开关量信号发生变化时刻所对应的基准电压作为弧光采样的采样点，从而实现弧光的采样。本专利技术通过设置光电转换电路实现光电转换功能，通过多个比较电路将光电转换电路得到的电压值与多个基准源（对应于不同光强度）进行比较，并通过数字处理单元的数字信号处理获得弧光采样点，依据该弧光采样点可生成完整的数字波形文件，数字波形文件可以通过各种现有的电力系统规约发送出来以供运维人员对每次发生的弧光特点和强度进行定量的分析和研究，扩展了市面上弧光只能定性判断，但是无法定量分析的局限性，为更好的实现弧光保护对弧光的了解积累丰富的数据。与传统技术的最大区别在于：本专利技术以各比较器输出的开关量信号变化时刻为采样时刻，以对应的基准电压为采样值，进而获得弧光采样的采样点（采样点具有采样时刻和采样值两个属性），从而实现弧光采样以及后续弧光波形的生成。可见，相对于等频率的AD采样，本专利技术是一种非等频率的弧光采样，各采样点的采样值对应预设的基准电压，通过对基准电压的设置，可以实现对弧光光强的有效监测，特别是关键点（关键光强）的重点检测。本专利技术不使用AD芯片，仅仅使用模拟比较器+数字处理单元（优选FPGA）可实现模数转换，达到数字化弧光波形的目的。本专利技术电路对于快速的而且动态范围巨大的弧光信号尤其适用，如果数字处理单元可以被系统其它功能复用，那么成本的增加几乎可以忽略不计。因此本专利技术方案对于整个系统的成本具有非常大的优势。综上，本专利技术使用革新型数字化方法摆脱了对AD（模数转换器）的依赖，仅使用比较器+数字处理单元实现了对快速光信号的模数转换，确保采样精度的前提下大幅降低了电路成本，使其能够在产业上普及。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术电路框图。图2为本专利技术弧光采样原理示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示为本专利技术实施例电路框图。本专利技术提出一种用于电子式弧光保护的转换电路，包括：电源、多个分压电路、光电转换电路、模拟滤波电路、多个模拟比较器和数字处理单元（本例中选用FPGA，除此之外还可选用DSP或CPU）。分压电路和模拟比较器为一一对应的关系，其数量相等。其中，电源与光电转换电路和分压电路连接，光电转换电路用于将弧光转换为电信号；多个分压电路用于输出电压值各异的多个基准电压，该基准电压作为模拟比较器的门槛值。模拟滤波电路用于对所述光电转换电路输出的电信号进行模拟滤波。模拟比较器用于将基准电压与模拟滤波后的电信号进行比较。其正极一一对应的接有N个电压值递增的基准电压，负极接所述模拟滤波电路的输出电压，当电信号的电压值大于基准电压，则模拟比较器输出的开关量为1，否则输出的开关量为0。数字处理单元用于实时地接收比较器输出的各路开关量信号，记录各路开关量信号发生变化的时刻，以开关量信号发生变化时刻所对应的基准电压作为弧光采样的采样点，并且利用采样点输出弧光波形文件。为了使弧光波更平滑，数字处理单元首先对开关量信号进行数字滤波处理。作为优选方案，多个分压电路输出的基准电压是等幅递增或递减的。如图2所示，为本专利技术弧光采样原理示意图。弧光信号经光电转换和模拟滤波后，送入多个模拟比较器，与各基准电压进行比较，模拟比较器输出N路开关量信号；FPGA记录各路开关量信号发生变化的时刻，以开关量信号发生变化时刻所对应的基准电压作为弧光采样的采样点，实现弧光采样，并对采样点进行数字滤波，然后基于滤波后的采样点实现弧光波形图的生成。本例中，分压电路和模拟比较器均设置为5个，第1至第5分压电路输出的基准电压分别为：2V、2.1V、2.2V、2.3V、2.4V，第1至第5基准电压分别接入第1至第5模拟比较器。当模拟滤波电路输出的电压值达到2V时，第1模拟比较器的开关量输出从0变换为1，其余模拟比较器的开关量输出为0，保持不变。这时，FPGA捕获第1个采样点，采样点的采样时刻为第1模拟比较器开关量信号发生变化的时刻，采样点的采样值为（与开关量信号发生变化的模拟比较器）对应的基准电压值，即为2V。当模拟滤波电路输出的电压值从2V上升到2.1V时，第2模拟比较器的开关量输出从0变换为1，第1模拟比较器的开关量输出为1，保持不变，其余模拟比较器的开关量输出为0，保持不变。这时，FPGA捕获第2个采样点，采样点的采样时刻为第2模拟比较器开关量信号发生变化的时刻，采样点的采样值为（与开关量信号发生变化的模拟比较器）对应的基准电压值，即为2.1V。以此类推，实时获得各采样点。对采样点进行数字滤波，剔除在固定电压周围不稳定的触发采样点，然后可利用采点样生成弧光波形文件。本实施例中各电路模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电子式弧光保护的转换电路，包括：光电转换电路，用于将弧光转换为电信号；模拟滤波电路，用于对所述光电转换电路输出的电信号进行模拟滤波；其特征在于：还包括N个比较器，其正极一一对应的接有N个电压值递增的基准电压，负极接所述模拟滤波电路的输出电压，N为不小于3的自然数；和数字处理单元，用于实时地接收所述N个比较器输出的N路开关量信号，记录各路开关量信号发生变化的时刻，以开关量信号发生变化时刻所对应的基准电压作为弧光采样的采样点。

【技术特征摘要】
1.一种用于电子式弧光保护的转换电路，包括：光电转换电路，用于将弧光转换为电信号；模拟滤波电路，用于对所述光电转换电路输出的电信号进行模拟滤波；其特征在于：还包括N个比较器，其正极一一对应的接有N个电压值递增的基准电压，负极接所述模拟滤波电路的输出电压，N为不小于3的自然数；和数字处理单元，用于实时地接收所述N个比较器输出的N路开关量信号，记录各路开关量信号发生变化的时刻，以开关量信号发生变化时刻所对应的基准电压作为弧光采样的采样点。2.根据权利要求1所述的用于电子式弧光保护的转换电路，其特征在于：所述数字处理单元利用所述采样点输出弧光波形文件。3.根据权利要求1所述的用于电子式弧光保护的转换电路，其特征在于：所述数字处理单元首先对所述N路开关量信号进行数字滤波处理。4.根据权利要求1所述的用于电子式弧光保护的转换电路，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎骏，林志颖，
申请(专利权)人：南京国网电瑞继保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32