一种高速电力波形记录分析仪制造技术

本发明专利技术公开了一种高速电力波形记录分析仪，主要由主控制模块、电压采集模块、电流采集模块、开关量监测及采集电路构成，提供８路电流、８路电压标准输入通道和１６路开关量信号通道，对应１６路模拟通道配４组扩展通道以适应不同输入方式的组合，采用ＵＳＢ接口与后台计算机相连。高速电力波形记录分析仪在数据采集控制分析程序的控制下工作，可采集相同或不同电压等级电网电压、电流波形及开关量状态，并将过限电压、电流波形及开关量状态自动上传至后台计算机。可广泛应用于电力系统过电压、过电流波形的记录与分析，同时适用于组合电器、大型变压器等设备的快速瞬态过电压检测，以及投切开关、电容器等电力设备对电力系统的影响实验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力测量高速电力波形记录分析仪，特别涉及一种高速采集电力 波形并予以记录和分析的高速电力波形记录分析仪，同时适用于组合电器(GIS)、大型变压 器等设备的快速瞬态过电压、过电流检测，以及投切开关、电容器等电力设备对电力系统的 影响实验。
技术介绍
在电力系统中，存在大量的感性和容性设备，当电网的运行状态改变时能量在系 统中进行重新分配和交换，从而形成各种内部过电压；同时，由于雷电直接击中或感应到输 电线路或设备上，而侵入电力系统中产生大气过电压。过电压的存在给配电网供电可靠性 和安全运行造成了巨大的威胁。运行资料显示，电力系统中的过电压、过电流是引发各种事 故的首要原因，因而要保证电力系统安全可靠的运行，对系统中出现的过电压、过电流的捕 捉和分析显得尤为重要。 现有的电力系统过电压监测装置，如专利文献CN200510057043. 4公开的 一 种 配电网过电压在线监测装置及方法中，包括高压分压器、信号预处理电路、触发电路、数 据采集卡、工作电源、工业控制计算机以及连接高压分压器与信号预处理电路、触发电路 的同轴电缆、连接信号预处理电路、触发电路与数据采集卡的信号电缆。中国专利文献 CN200610095190.X公开的一种高压电网内外过电压综合在线监测装置及方法中，包括电压 传感器、匹配及保护电路、信号预处理电路、触发电路、数据采集卡、工作电源、工业控制计 算机等。这两种装置虽然实现了电力系统内部过电压和外部过电压的监测，但仍存在以下 局限一、功能单一，只能进行过电压信号监测，不能进行过电流波形和开关量状态的监测， 从而无法实现对电力系统的综合分析和评价；二、触发方式单一，只有当信号超过设定值才 开始触发采集数据，无法应用于信号突变但不超过设定值的情况；三、受采集卡采样率和采 样深度的限制，不能采集时间短、变化快、频率高的信号和时间长、变化慢的信号。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种高速电力波形记录分析仪。它能够实现多 通道、超高速、多种触发方式启动采集数据并予以记录和分析，对内外部过电压、过电流以 及其他瞬变电压电流信号和开关量状态变化均能记录。 为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是 —种高速电力波形记录分析仪，包括主控制模块、电压采集模块、电流采集模块、 开关量调理模块、电源模块以及接口电路，各模块通过接口电路连接起来。电压采集模块、 电流采集模块和开关量调理模块实现电压、电流以及开关量信号的采集和存储，电压采集 模块、电流采集模块和开关量调理模块通过接口电路与主控模块相连；主控模块控制电压 采集模块、电流采集模块、开关量调理模块，使各采集模块之间实现同步控制、读写控制、开 关量输入信号的存储和触发控制、GPS秒脉冲管理、触发时间管理控制、与后台计算机接口4的控制；开关量调理模块对输入的开关量状态信号进行滤波、分压、隔离等处理后通过接口 电路将信号送到主控制模块，完成对开关量输入状态的记录存储；电源模块通过接口电路 给其他模块供电；高速电力波形记录分析仪通过USB接口与装有数据采集控制分析软件、 用于控制高速电力波形记录分析仪自动或手动采集数据的后台计算机相连。电压采集模 块、电流采集模块各为两块，主控制模块、开关量调理模块、电源模块各为一块。高速电力波 形记录分析仪在数据采集控制分析软件的控制下完成自动或手动采集数据。 本专利技术的主控制模块的结构为 所述主控制模块以单片机和FPGA(现场可编程门阵列)为控制核心，还包括SDRAM、与GPS天线连接的GPS模块、与单片机连接的USB接口 ；单片机和FPGA双向互连，单片机和GPS模块双向互连，GPS模块还与FPGA连接，FPGA与SDRAM双向互连，FPGA还连接外触发接口信号。主控制模块实现GPS控制管理，开关量的采集、触发控制、存储以及电压电流采集模块的控制总线接口功能。 本专利技术的电压采集模块的结构为 所述电压采集模块包括输入信号源选择电路、接收分压器信号的标准输入信号调 理电路、接收来自扩展接口信号的扩展输入信号调理电路、自动校准电路和数据采集控制 电路；数据采集控制电路主要包括连接接口电路的FPGA和模数转换器AD ;标准输入信号 调理电路、扩展输入信号调理电路分别和输入信号源选择电路连接，标准输入信号调理电 路对来自标准输入口的电压信号进行阻抗匹配、分压、滤波等处理；扩展输入信号调理电路 对来自扩展输入口的电压信号进行阻抗匹配、分压等处理；输入信号源选择电路、标准输入 信号调理电路、扩展输入信号调理电路还分别和FPGA连接，在FPGA的控制下完成标准输 入信号或扩展输入信号的选择和切换；输入信号源选择电路与自动校准电路连接；自动校 准电路通过模数转换器AD与FPGA连接，FPGA和自动校准电路之间还连接有数模转换器 TLV5628和基准电压芯片，FPFA与接口电路连接。从FPGA输送到数模转换器的数字信号转 换成模拟信号经自动校准电路将输入信号进行幅值调整和直流偏移调整，然后再经模数转 换器进行AD转换后送入FPGA，最后经接口电路送入主控模块。数据采集控制电路以高性能 FPGA和AD转换器为控制核心，完成与主控制模块的总线接口控制、采集模块之间的同步控 制、存储器的读写控制、AD转换器的控制、校准参数的控制以及校准、DA转换器控制。 本专利技术的标准输入信号调理电路的进一步具体结构为 所述标准输入信号调理电路包括电阻Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6，电容Cl、 C2、 C3、 C4， 瞬态电压抑制器Tl，运算放大器Ul和高频信号继电器U2。连接分压器信号的BNC连接器 Ql分别与电阻R1、R2和瞬态电压抑制器Tl连接，电阻Rl另一端连接到高频信号继电器U2 的触点，电阻R2另一端与运算放大器Ul的反相输入端连接，瞬态电压抑制器Tl另一端接 地；高频信号继电器U2的触点和地之间接有电容C1、C2、C3、C4 ;电容C1、C2并联后接在高 频信号继电器U2的触点和地之间，电容C3、 C4串联接于高频信号继电器U2的触点和地之 间，高频继电器在这两种方式下切换；在运算放大器U1的反相输入端与输出端之间连接电 阻R3，运算放大器Ul的同相输入端经电阻R4接地；运算放大器Ul的输出端接电阻R5，电 阻R5另一端与电阻R6串联后接地，对信号进行分压。 本专利技术的扩展输入信号调理电路的进一步具体结构为 所述扩展输入信号调理电路包括运算放大器U3A、混装矩形连接器9W4和电阻R7、R8、R9，运算放大器U3A的同相输入端与输入扩展信号的混装矩形连接器9W4的同轴连接器 接口连接，运算放大器U3A的同相输入端还连接有接地的电阻R9 ;运算放大器U3A的反相 输入端直接与输出端相连组成电压跟随器；运算放大器U3A输出端连接电阻R8，电阻R8经 电阻R7接地；混装矩形连接器9W4的5个普通接口分别输出+12V、 -12V电源、地和两个控 制信号，用于对外部扩展模块提供电源和控制信号。 本专利技术的电流采集模块的结构为 所述电流采集模块包括输入信号源选择电路、接收电流互感器输出信号的电流电 压转换调理电路、接收来自扩展接口的扩展输入信号调理电路、自动校准电路和数据采集 控制电路；电流电压转换电路连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速电力波形记录分析仪，其特征在于：包括主控制模块、电压采集模块、电流采集模块、开关量调理模块、电源模块以及接口电路，各模块通过接口电路连接；电压采集模块、电流采集模块和开关量调理模块实现电压、电流以及开关量信号的采集和存储；主控制模块实现各模块之间的同步管理、触发控制管理、ＧＰＳ秒脉冲管理、与后台计算机接口控制；电源模块通过接口电路给其它模块供电；高速电力波形记录分析仪通过ＵＳＢ接口与装有数据采集控制分析程序以控制高速电力波形记录分析仪自动或手动采集数据的后台计算机相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董锁英，张旭辉，李瑞桂，王晓璞，张绍娟，
申请(专利权)人：河北旭辉电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]