專利名稱：多向量諧波分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種通過檢測和分析電力系統(tǒng)二次回路電參數(shù)及其向量關(guān)系，從
而快速而準(zhǔn)確地查找二次回路中所存在的安全隱患的儀器，屬檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)二次回路是由測量儀表、繼電器、控制和信號元件、自動(dòng)裝置、繼電保護(hù) 裝置、電流、電壓互感器等二次設(shè)備互相連接而成的，用于對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、控制、測 量、調(diào)節(jié)和保護(hù)的電氣回路。由于保護(hù)裝置和高壓計(jì)量裝置的接線比較多，既有高壓側(cè)接 入，又有低側(cè)接入，同時(shí)還包括多種聯(lián)結(jié)組別，因而容易造成接線錯(cuò)誤，且一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤不 易被發(fā)現(xiàn)，給系統(tǒng)帶來很大的安全隱患。 由于沒有專用儀器，對電力系統(tǒng)二次回路進(jìn)行檢測時(shí)一般都是采用常規(guī)測量裝 置，所需儀器數(shù)量多、體積大、不宜攜帶，且需經(jīng)過多次測量才能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤所在，因而很難及 時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除電力系統(tǒng)中的安全隱患，更不能隨時(shí)察看歷史數(shù)據(jù)。 因此，如何快速而準(zhǔn)確地查找二次回路中所存在的問題，排除安全隱患，提高電力 系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，是技術(shù)人員目前所面臨的難題。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供一種能夠快速判斷電力系統(tǒng)二 次回路安全隱患的多向量諧波分析儀。 本實(shí)用新型所述問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 —種多向量諧波分析儀，由信號采集電路、通道選擇電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、CPLD和 USB芯片組成，所述信號采集電路由多個(gè)連接于電力系統(tǒng)二次設(shè)備二次側(cè)的電壓互感器和 電流互感器組成，所述通道選擇電路由模擬多路復(fù)用器構(gòu)成，每個(gè)電壓互感器或電流互感 器的輸出信號接模擬多路復(fù)用器的一個(gè)輸入端，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸入端接模擬多路復(fù) 用器的輸出端，輸出端接CPLD的數(shù)據(jù)輸入端，所述USB芯片的數(shù)據(jù)輸入端接CPLD的數(shù)據(jù)輸 出端，其RXD0和TXD0端接工控機(jī)。 上述多向量諧波分析儀，在所述信號采集電路與通道選擇電路之間還設(shè)有信號調(diào)
理電路，所述信號調(diào)理電路由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的信號調(diào)理單元組成，每個(gè)信號調(diào)理單元的輸
入端接一個(gè)電壓互感器或電流互感器的輸出端，輸出端接模擬多路復(fù)用器的一個(gè)輸入端，
所述信號調(diào)理單元由兩個(gè)運(yùn)算放大器、兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容組成，兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容接
成二階RC低通濾波電路，電壓互感器或電流互感器的輸出信號依次經(jīng)第一運(yùn)算放大器放
大、兩級阻容濾波電路濾波、第二運(yùn)算放大器放大后接模擬多路復(fù)用器的輸入端。 上述多向量諧波分析儀，在所述模擬多路復(fù)用器與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之間還設(shè)有第三
運(yùn)算放大器，所述第三運(yùn)算放大器接成電壓跟隨器，電壓跟隨器的輸入端接模擬多路復(fù)用
器的輸出端，輸出端經(jīng)耦合電阻接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸入端。 本實(shí)用新型采用多個(gè)連接于電力系統(tǒng)二次設(shè)備二次側(cè)的電壓互感器和電流互感
3器同時(shí)采集多個(gè)通道的電流和電壓數(shù)據(jù)，多個(gè)通道的數(shù)據(jù)同步進(jìn)行隔離、放大、AD轉(zhuǎn)換等處 理，最后送人工控機(jī)，工控機(jī)通過分析電力系統(tǒng)二次回路電參數(shù)及其向量關(guān)系，可快速而準(zhǔn) 確地判斷出二次回路中所存在的接線錯(cuò)誤，幫助工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除電力系統(tǒng)中的安 全隱患，保證電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，防止事故的發(fā)生。工控機(jī)還可存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，給工作人 員提供參考。使用本裝置進(jìn)行檢測時(shí)，多個(gè)通道數(shù)據(jù)的測量可一次完成，操作非常簡單、快 捷，大大提高了工作效率，而且判斷結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型的電原理框圖； 圖2是電原理圖； 圖3是軟件主程序流程圖。 圖中各標(biāo)號為TL1 TL13、信號調(diào)理單元，Ul、模擬多路復(fù)用器，U2、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯 片，U3、CPLD控制芯片，U4、USB芯片，F(xiàn)l、 F2、 F3、運(yùn)算放大器，Rl R4、電阻，C1、C2、電容， CT、電流互感器，PT、電壓互感器。
具體實(shí)施方式本儀器采用高穩(wěn)定性工控機(jī)作為主控設(shè)備，通過CPLD(Complex Programmable LogicDevice復(fù)雜可編程邏輯器件)控制，進(jìn)行交流采樣，利用工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù) 傳輸、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等操作。 參看圖2，本實(shí)用新型能實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)頻率，實(shí)現(xiàn)每周波256個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)確采樣，以滿 足測試精度和諧波分析的需要，圖2中有4個(gè)電壓互感器PT(只畫出了一個(gè))和9個(gè)電流 互感器CT(只畫出了一個(gè))，對應(yīng)的信號調(diào)理單元有13個(gè)(TL1 TL13，圖中只畫出了 TL1 和TL10)，4個(gè)電壓互感器PT的輸入端分別接高壓側(cè)、低壓側(cè)或中壓側(cè)的四個(gè)電壓Ua、Ub、 Uc和Un，輸出端經(jīng)信號調(diào)理單元分別接模擬多路復(fù)用器Ul的N010 N013端，9個(gè)電流互 感器CT的輸入端分別接高壓側(cè)電流Iha、 Ihb、 Ihc、低壓側(cè)電流Ila、 Ilb、 11c、中壓側(cè)電流 Ima、 Imb、 Imc，輸出端經(jīng)信號調(diào)理單元分別接模擬多路復(fù)用器Ul的N01 N09端。信號調(diào) 理單元由第一運(yùn)算放大器F1、第二運(yùn)算放大器F2、電阻R1、 R2、電容C1、 C2組成，其中電阻 Rl和電容Cl、電阻R2和電容C2組成二階RC低通濾波電路。 電力系統(tǒng)二次設(shè)備二次側(cè)的電壓和電流信號經(jīng)互感器隔離、第一運(yùn)算放大器F1 放大、二階RC低通濾波電路濾波、第二運(yùn)算放大器F2放大后，由模擬多路復(fù)用器U1進(jìn)行通 道選擇，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后在CPLD的控制下，通過USB芯片U4的 TXDO和RXDO傳送到工控機(jī)，工控機(jī)采用傅立葉算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到各相電壓、電流的 幅值、相位、以及50次以下的諧波含量，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)。圖2中，模擬多路復(fù)用 器Ul的AO A3端分別接CPLD的1054 1057端，用于選擇信號通道。第三運(yùn)算放大器 F3和電阻R3構(gòu)成電壓跟隨器，模擬多路復(fù)用器Ul的COM輸出端的信號經(jīng)電壓跟隨器和耦 合電阻R4送人模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2的INB、INC和IND輸入端，該模擬信號在Ul內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號后，從Dl D16端輸出，送人CPLD的1037 1052端，然后從CPLD的1060 1067端 輸出，進(jìn)入U(xiǎn)SB芯片U4的D0 D7端，最后從USB芯片U4的RXD0和TXD0端進(jìn)入工控機(jī)。USB芯片U4的AO A15端接CPLD的100 105端以及1086 1095端，用于選擇數(shù)據(jù)在 USB芯片U4內(nèi)的存儲(chǔ)地址。USB芯片U4的PDO PD7端接CPLD的1012 1019端，USB芯 片U4的CTLO CTL5端接CPLD的1030 1035端，用于控制時(shí)序。 為了縮小產(chǎn)品體積并便于散熱，該儀器的發(fā)熱器件與金屬框架直接耦合，在密封 的條件下可提高儀器的散熱性能，防止其長時(shí)間工作時(shí)溫升過高。為便于攜帶，可以把打印 機(jī)、液晶顯示器、USB接口等嵌入到面板中，集多種功能于一身， 一個(gè)人攜帶本儀器便可做一 些復(fù)雜試驗(yàn)。本儀器采用高強(qiáng)度防水機(jī)殼，適合戶外使用。 圖2中各集成塊的型號U1為AD7663， U2為恵306， U3為iSPLSI2192VE， U4為 CY7C68013。
權(quán)利要求一種多向量諧波分析儀，其特征是，它由信號采集電路、通道選擇電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(U2)、CPLD和USB芯片(U4)組成，所述信號采集電路由多個(gè)連接于電力系統(tǒng)二次設(shè)備二次側(cè)的電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)組成，所述通道選擇電路由模擬多路復(fù)用器(U1)構(gòu)成，每個(gè)電壓互感器(PT)或電流互感器(CT)的輸出信號接模擬多路復(fù)用器(U1)的一個(gè)輸入端，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(U2)的輸入端接模擬多路復(fù)用器(U1)的輸出端，輸出端接CPLD的數(shù)據(jù)輸人端，所述USB芯片(U4)的數(shù)據(jù)輸入端接CPLD的數(shù)據(jù)輸出端，其RXDO和TXDO端接工控機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述多向量諧波分析儀，其特征是，在所述信號采集電路與通道選 擇電路之間還設(shè)有信號調(diào)理電路，所述信號調(diào)理電路由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的信號調(diào)理單元組 成，每個(gè)信號調(diào)理單元的輸入端接一個(gè)電壓互感器(PT)或電流互感器(CT)的輸出端，輸出 端接模擬多路復(fù)用器(Ul)的一個(gè)輸入端，所述信號調(diào)理單元由兩個(gè)運(yùn)算放大器、兩個(gè)電阻 和兩個(gè)電容組成，兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容接成二階RC低通濾波電路，電壓互感器(PT)或電流 互感器(CT)的輸出信號依次經(jīng)第一運(yùn)算放大器(Fl)放大、兩級阻容濾波電路濾波、第二運(yùn) 算放大器(F2)放大后接模擬多路復(fù)用器(Ul)的輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述多向量諧波分析儀，其特征是，在所述模擬多路復(fù)用器 (Ul)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(U2)之間還設(shè)有第三運(yùn)算放大器(F3)，所述第三運(yùn)算放大器(F3)接 成電壓跟隨器，電壓跟隨器的輸入端接模擬多路復(fù)用器(Ul)的輸出端，輸出端經(jīng)耦合電阻 (R4)接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(U2)的輸入端。
專利摘要一種多向量諧波分析儀，屬檢測技術(shù)領(lǐng)域，用于查找二次設(shè)備接線錯(cuò)誤。其技術(shù)方案是它由信號采集電路、通道選擇電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、CPLD和USB芯片組成，所述信號采集電路由多個(gè)連接于電力系統(tǒng)二次設(shè)備二次側(cè)的電壓互感器和電流互感器組成，所述通道選擇電路由模擬多路復(fù)用器構(gòu)成，每個(gè)電壓互感器或電流互感器的輸出信號接模擬多路復(fù)用器的一個(gè)輸入端，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸入端接模擬多路復(fù)用器的輸出端，輸出端接CPLD的數(shù)據(jù)輸入端，所述USB芯片的數(shù)據(jù)輸入端接CPLD的數(shù)據(jù)輸出端，其RXD0和TXD0端接工控機(jī)。本實(shí)用新型使多個(gè)通道數(shù)據(jù)的測量一次完成，操作簡單、快捷，大大提高了工作效率，且判斷結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠。
文檔編號G01R23/16GK201464556SQ20092010442
公開日2010年5月12日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者劉大永, 李 杰, 杜玉新, 王京保, 陳志偉 申請人:保定天威集團(tuán)有限公司