直流系统智能传感器技术方案

本发明专利技术公开了一种直流系统智能传感器，包括直流电流测量单元TA1，漏电流测量单元TA2，分压电路DVC1、DVC2，滤波电路LC1、LC2，5V电源，去耦电路DEC1、DEC2、DEC3，电能计量芯片U1，ARM芯片和通信调理电路。芯片U1的SPI端与ARM芯片的SPI端连接，进行串行通讯；ARM芯片的CAN端通过所述通信调理电路与外部通信主站连接，进行CAN通讯。该传感器将直流电流、漏电流信号的采集，AD转换、采样数值的实时校准以及数字通信传输集成为一体，简化了直流系统的安装接线，且实现了模拟信号的数字传输，保证了信号传递的准确性、快速性和及时性，且避免了信号传输过程中的干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直流系统智能传感器。
技术介绍
在超高压、大电网、大容量、自动化、智能化的格局下大规模的电力系统是当今各个国家的发展方向。因此，保证其安全可靠运行并保证经济性是发展主线，同时为了消除安全隐患，杜绝大型事故发生率是当今重点进行研究方向之一。发电厂和变电站离不开为电力系统运行设备、控制保护设备和信号监测设备提供基础电源的直流系统。直流系统是一个庞大复杂的直流供电系统。由于发电厂和变电站系统母线中有很多支路，故要在线监测每一条支路是否发生绝缘故障是十分困难的。并且长期排在电气故障率首位的一直是直流系统母线及支路对地绝缘故障。直流系统经过长时间运行后，由于潮湿、雨水等天气原因和各种人为原因造成其绝缘下降现象十分普遍，这无疑会成为电力系统安全运行过程中的隐患，一旦事故发生由直流系统绝缘故障造成二次保护设备拒动作或者误动作将会给国家和人民造成巨大经济损失。在直流系统运行期间需要利用直流系统绝缘监测装置对其进行长期监测，一旦系统母线对地绝缘情况下降必须快速查找故障支路防止故障蔓延影响整个电力系统的安全运行。而对故障支路直流电流和漏电流的采集是进行直流系统对地绝缘电阻检测的关键，所以对担当此任务的直流系统传感器的研究意义重大。目前国内对于直流系统的监测通常采用两种电流互感器组合的方式，一种互感器用于测量直流电流，另一种互感器用于测量直流漏电流，再将两种模拟量测量信号通过线路传送到监控系统进行数据处理和分析，并进行故障报警，当直流系统中有多个监测点时，整个系统的线路连接非常复杂，而且测量的模拟信号在传输的过程中会受到较大干扰。本专利技术针对上述情况，设计了一种直流系统智能传感器，该传感器将直流电流、漏电流信号的采集，数据处理及数字通信传输集成为一体，简化了直流系统的接线，实现了模拟信号的数字传输，保证了信号传递的快速性和及时性，且避免了信号传输过程中的干扰。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是为直流系统提供一种新型的智能传感器，该传感器可以同时采集直流电流和漏电流，并对所采集的模拟量信号进行就地模数转换、实时校准等数字处理，并将处理之后的数字量信号通过CAN通信接口传递给监控系统，该传感器将直流电流、漏电流信号的采集，数据处理及数字通信传输集成为一体，简化了直流系统的接线，实现了模拟信号的数字传输，保证了信号传递的准确性、快速性和及时性，且避免了信号传输过程中的干扰。本专利技术具体通过如下技术手段实现其专利技术目的：包括直流电流测量单元TA1，漏电流测量单元漏电流测量单元TA2，分压电路DVC1、DVC2，滤波电路LC1、LC2，5V电源，去耦电路DEC1、DEC2、DEC3，电能计量芯片U1，ARM芯片和通信调理电路；所述直流电流测量单元TA1的测量信号经过所述分压电路DVC1与所述滤波电路LC1的一端连接，滤波电路LC1的另一端分别与所述电能计量芯片U1的V1P端和V1N端连接；所述漏电流测量单元漏电流测量单元TA2的测量信号经过所述分压电路DVC2与所述滤波电路LC2的一端连接，滤波电路LC2的另一端分别与所述电能计量芯片U1的V2P端和V2N端连接；V1P端和V1N端、V2P端和V2N端分别对应两个电流通道的正、负模拟输入引脚；所述5V电源分别通过所述去耦电路DEC1、DEC2与所述电能计量芯片U1的AVDD端和DVDD端连接，所述去耦电路DEC3直接与电能计量芯片U1的REFV端连接，所述AVDD端为电能计量芯片U1的模拟电源引脚，给芯片的模拟部分供电，所述DVDD端为电能计量芯片U1的数字电源引脚，给芯片的数字部分供电，所述REFV端为基准电压的输入引脚；所述电能计量芯片U1的SPI端与所述ARM芯片的SPI端连接，进行串行通讯；所述ARM芯片的CAN端通过所述通信调理电路与外部通信主站连接，进行CAN通讯。优选的，所述电能计量芯片U1的型号为RN8209G，所述V1P端、V1N端和V2P端、V2N端分别为电能计量芯片U1的电流通道A和电流通道B的正、负模拟输入引脚，所述电流通道A、B均采用完全差分输入方式；所述AVDD端和所述DVDD端的供电电压范围均为4.5V-5.5V；所述REFV端为2.5V基准电压的输入引脚，使用电能计量芯片U1内部的基准源；所述电能计量芯片U1包含一个SPI串行通讯接口。优选的，所述电能计量芯片U1对电流通道A、B输入的电流模拟量信号进行一系列处理，包括A/D转换环节，直流偏置校正环节和增益校正环节，输出经过校准的数字量电流信号。优选的，所述ARM芯片的型号为STM8S208Cx，包含一个SPI串行通讯接口和一个CAN通讯接口。优选的，所述直流电流测量单元TA1和漏电流测量单元TA2均为霍尔电流传感器。优选的，所述分压电路由一个大于或等于7KΩ的电阻和一个1KΩ的小电阻串联，所述小电阻两端的电压为分压电路的输出值。优选的，所述滤波电路均由一个电阻和一个电容串联组成，所述电容两端的电压为滤波电路的输出。优选的，所述去耦电路均由一个或一个以上电容并联组成。优选的，所述通讯调理电路包括滤波环节、去耦环节和稳压环节，所述滤波环节由电阻和电容串联组成，去耦环节由多个电容并联组成，稳压环节由多个稳压管组成。相对于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1）该传感器将直流电流、漏电流信号的采集，A/D转换、采样数值的实时校准以及数字通信传输集成为一体，简化了直流系统的安装接线。2）实现了模拟信号的数字传输，保证了信号传递的准确性、快速性和及时性，且避免了信号传输过程中的干扰。附图说明图1为本专利技术较佳实施例的直流系统智能传感器原理图。具体实施方式如图1所示，本实施例的直流系统智能传感器包括直流电流测量单元TA1，漏电流测量单元TA2，分压电路DVC1、DVC2，滤波电路LC1、LC2，5V电源，去耦电路DEC1、DEC2、DEC3，电能计量芯片U1，ARM芯片和通信调理电路；所述直流电流测量单元TA1的测量信号经过所述分压电路DVC1，与所述滤波电路LC1的一端连接，滤波电路LC1的另一端分别与所述电能计量芯片U1的V1P端和V1N端连接；所述漏电流测量单元TA2的测量信号经过所述分压电路DVC2，与所述滤波电路LC2的一端连接，滤波电路LC2的另一端分别与所述电能计量芯片U1的V2P端和V2N端连接；所述5V电源分别通过所述去耦电路DEC1、DEC2与所述电能计量芯片U1的AVDD端和DVDD端连接，所述去耦电路DEC3直接与电能计量芯片U1的REFV端连接；所述电能计量芯片U1的SPI端与所述ARM芯片的SPI端连接，进行串行通讯；所述ARM芯片的CAN端通过所述通信调理电路与外部通信主站连接，进行CAN通讯。本实施例的工作原理如下：直流电流测量单元TA1测量的直流电流信号经过分压电路DVC1分压，和滤波电路LC1滤波处理之后，输入到电能计量芯片U1的电流通道A的正、负模拟输入引脚，经过A/D转换环节、直流偏置校正环节以及增益校正环节，输出数字量的电流校准值；然后电能计量芯片U1和ARM芯片通过SPI串行通讯，传递经过处理的数字量电流校准值，ARM芯片将该数字量电流校准值存储在相关寄存器内部，当通信主站通过CAN通信线路发送数据请求指令时，该指令经过通信调理电路的调理之后，发送至本文档来自技高网...

【技术保护点】
直流系统智能传感器，包括直流电流测量单元(TA1)，漏电流测量单元(TA2)，分压电路DVC1、DVC2，滤波电路LC1、LC2，5V电源，去耦电路DEC1、DEC2、DEC3，电能计量芯片(U1)，ARM芯片和通信调理电路；所述直流电流测量单元(TA1)的测量信号经过所述分压电路DVC1与所述滤波电路LC1的一端连接，滤波电路LC1的另一端分别与所述电能计量芯片(U1)的V1P端和V1N端连接；所述漏电流测量单元(TA2)的测量信号经过所述分压电路DVC2与所述滤波电路LC2的一端连接，滤波电路LC2的另一端分别与所述电能计量芯片(U1)的V2P端和V2N端连接；V1P端和V1N端、V2P端和V2N端分别对应两个电流通道的正、负模拟输入引脚；所述5V电源分别通过所述去耦电路DEC1、DEC2与所述电能计量芯片(U1)的AVDD端和DVDD端连接，所述去耦电路DEC3直接与电能计量芯片(U1)的REFV端连接，所述AVDD端为电能计量芯片(U1)的模拟电源引脚，给芯片的模拟部分供电，所述DVDD端为电能计量芯片(U1)的数字电源引脚，给芯片的数字部分供电，所述REFV端为基准电压的输入引脚；所述电能计量芯片(U1)的SPI端与所述ARM芯片的SPI端连接，进行串行通讯；所述ARM芯片的CAN端通过所述通信调理电路与外部通信主站连接，进行CAN通讯。...

【技术特征摘要】
1.直流系统智能传感器，包括直流电流测量单元(TA1)，漏电流测量单元(TA2)，分压电路DVC1、DVC2，滤波电路LC1、LC2，5V电源，去耦电路DEC1、DEC2、DEC3，电能计量芯片(U1)，ARM芯片和通信调理电路；所述直流电流测量单元(TA1)的测量信号经过所述分压电路DVC1与所述滤波电路LC1的一端连接，滤波电路LC1的另一端分别与所述电能计量芯片(U1)的V1P端和V1N端连接；所述漏电流测量单元(TA2)的测量信号经过所述分压电路DVC2与所述滤波电路LC2的一端连接，滤波电路LC2的另一端分别与所述电能计量芯片(U1)的V2P端和V2N端连接；V1P端和V1N端、V2P端和V2N端分别对应两个电流通道的正、负模拟输入引脚；所述5V电源分别通过所述去耦电路DEC1、DEC2与所述电能计量芯片(U1)的AVDD端和DVDD端连接，所述去耦电路DEC3直接与电能计量芯片(U1)的REFV端连接，所述AVDD端为电能计量芯片(U1)的模拟电源引脚，给芯片的模拟部分供电，所述DVDD端为电能计量芯片(U1)的数字电源引脚，给芯片的数字部分供电，所述REFV端为基准电压的输入引脚；所述电能计量芯片(U1)的SPI端与所述ARM芯片的SPI端连接，进行串行通讯；所述ARM芯片的CAN端通过所述通信调理电路与外部通信主站连接，进行CAN通讯。2.根据权利要求1所述的直流系统智能传感器，其特征在于：所述电能计量芯片(U1)的型号为RN8209G，所述V1P端、V1N端和V2P端、V2N端分别为电能计量芯片(U1)的电流通道A和电流通道B的正、负模拟输入引脚，所述电流通道A、B均采用完全差分输入方式；所述AVDD端和所述DVDD端的供电电压范围均为4.5V-5.5V；所述REFV端为2.5V基准电压的输入引脚，使用电能计量芯片(U1)内部的基准源；所述电能计量芯片(U1)包含一个SPI串行通讯接口。3.根据权利要求1所述的直流系统智能传感器，其特征在于：所述电能计量芯片(U1)对电流通道A、B...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国兵，蔡晓燕，
申请(专利权)人：广州开能电气实业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44