本實(shí)用新型涉及配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有自校準(zhǔn)功能的小信號(hào)隔離放大器。

背景技術(shù)：

自動(dòng)重合器安裝于戶外支柱式開(kāi)關(guān)側(cè)，主要用于監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行告警信息和判斷故障狀態(tài)，處理短時(shí)或永久故障，并遠(yuǎn)程上傳給自動(dòng)化主站系統(tǒng)。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，工作人員可借助上傳信息的報(bào)警指示，迅速確定故障區(qū)段，并找出故障點(diǎn)；報(bào)警信息可實(shí)時(shí)發(fā)送到監(jiān)控中心的服務(wù)器，在監(jiān)控主站的屏幕上顯示出故障所在的區(qū)域和具體位置，引導(dǎo)巡線人員迅速確定故障區(qū)段并找出故障點(diǎn)；自動(dòng)重合器還能完成主站系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程方式下發(fā)的指令，支持本地維護(hù)和配置故障。

然而，現(xiàn)有的自動(dòng)重合器在應(yīng)用中存在如下問(wèn)題：1)自動(dòng)重合器在使用電子式互感器時(shí)，由于無(wú)法對(duì)小電壓信號(hào)進(jìn)行有效電磁隔離，容易引入干擾，開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的高壓干擾容易影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行；2)輸入自動(dòng)重合器保護(hù)單元的交流信號(hào)無(wú)法實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電壓信號(hào)和小電壓信號(hào)的便捷切換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)用新型目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型提供一種帶有自校準(zhǔn)功能的小信號(hào)隔離放大器，應(yīng)用于自動(dòng)重合器，作為自動(dòng)重合器電壓輸入信號(hào)的前置回路，有效地電磁隔離實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的有效濾除，提高了重合設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型中帶有自校準(zhǔn)功能的小信號(hào)隔離放大器，在自動(dòng)重合器接入電子式互感器的信號(hào)時(shí)使用，該放大器包括：信號(hào)取樣及防護(hù)回路、信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路和隔離放大回路以及隔離電源；信號(hào)取樣及防護(hù)回路用于采集電子式互感器輸入的小電壓模擬信號(hào)；信號(hào)調(diào)理及自校準(zhǔn)回路用于將采集到的小電壓模擬信號(hào)進(jìn)行放大使其電壓達(dá)到額定幅值；隔離放大回路用于將調(diào)整完電壓幅值的信號(hào)進(jìn)行電流放大和功率匹配；隔離電源為信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路和隔離放大回路供電。

其中，所述信號(hào)取樣及防護(hù)回路包括低壓臂電容C2，瞬變電壓抑制二極管TVS1以及兩個(gè)高阻抗電阻R1和電阻R2；低壓臂電容C2的第一端連接電子式電壓互感器的輸出端，低壓臂電容C2的第二端接地；瞬變電壓抑制二極管TVS1的一端與低壓臂電容C2的第一端連接，另一端接地，瞬變電壓抑制二極管TVS1與電阻R2、電阻R1所形成的串聯(lián)電路并聯(lián)。

其中，所述信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路包括運(yùn)算放大器，該運(yùn)放放大器的負(fù)相輸入端連接電阻R3的第二端，電阻R3的第一端連接低壓臂電容C2的第一端；運(yùn)放的正相輸入端通過(guò)電阻R4接地，輸出端通過(guò)可調(diào)電阻R5連接負(fù)相輸入端。

其中，所述隔離放大回路包括跟隨電路和變壓器，跟隨電路的輸入端連接信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路的輸出端，跟隨電路的輸出端連接變壓器的輸入端，變壓器的輸入端并接電阻R6。

有益效果：本實(shí)用新型中帶有自校準(zhǔn)功能的小信號(hào)隔離放大器，作為自動(dòng)重合器電壓輸入信號(hào)的前置回路，用于調(diào)理信號(hào)，隔離干擾，優(yōu)化后端保護(hù)模塊的設(shè)計(jì)，便于設(shè)備的維護(hù)和更換。該小信號(hào)隔離放大器首先利用信號(hào)取樣及防護(hù)回路通過(guò)電容分壓實(shí)現(xiàn)對(duì)電子式電壓互感器輸入的小電壓信號(hào)進(jìn)行采集，然后利用信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行電壓放大，再利用隔離放大回路通過(guò)變壓器實(shí)現(xiàn)電磁隔離，對(duì)經(jīng)過(guò)電壓放大的信號(hào)進(jìn)行電流放大和變壓，為后級(jí)電路提供符合功率要求的輸入信號(hào)，本實(shí)用新型中采用帶有自校準(zhǔn)功能的小信號(hào)隔離放大器提高了自動(dòng)重合器輸入信號(hào)的兼容性和可維護(hù)性。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型改進(jìn)后的自動(dòng)重合器的模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本實(shí)用新型中帶有自校準(zhǔn)功能的小信號(hào)隔離放大器的模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖3是信號(hào)取樣及防護(hù)回路的電路圖；

圖4是信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路的電路圖；

圖5是隔離放大回路的電路圖；

圖6是本實(shí)用新型中帶有自校準(zhǔn)功能的小信號(hào)隔離放大器的波形放大示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施列對(duì)本實(shí)用新型不構(gòu)成限定。

如圖1所示，自動(dòng)重合器包括電源模塊、控制單元、保護(hù)單元和儲(chǔ)能元件，電源模塊將220V交流電進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換為控制單元和保護(hù)單元進(jìn)行供電；保護(hù)單元對(duì)接入的電信號(hào)進(jìn)行判斷，監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行告警信息和判斷故障狀態(tài)；控制單元對(duì)故障進(jìn)行處理，儲(chǔ)能元件配合控制單元實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。自動(dòng)重合器可以接入傳統(tǒng)CT(電流互感器)、傳統(tǒng)PT(電壓互感器)、以及電子式PT(電壓互感器)的輸入信號(hào)，電子式PT(電壓互感器)輸入的信號(hào)屬于小電壓信號(hào)，本實(shí)用新型對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)重合器進(jìn)行了改進(jìn)，自動(dòng)重合器在接入電子式PT時(shí)，在電子式PT和保護(hù)單元之間增加了小信號(hào)隔離放大器。

將小信號(hào)隔離放大器作為保護(hù)單元的前置模塊，主要用于調(diào)理電子式電壓互感器的輸入信號(hào)，隔離干擾，優(yōu)化后端保護(hù)單元的設(shè)計(jì)，便于設(shè)備的維護(hù)和更換。在使用傳統(tǒng)式互感器輸入時(shí)，自動(dòng)重合器保護(hù)單元直接接入傳統(tǒng)CT和傳統(tǒng)PT的信號(hào)，在使用電子式互感器時(shí)，配一個(gè)帶有自校準(zhǔn)功能的小信號(hào)隔離放大器，使得自動(dòng)重合器保護(hù)單元可直接接入傳統(tǒng)CT和電子式PT的信號(hào)，無(wú)需更改任何設(shè)計(jì)。拓展了自動(dòng)重合器設(shè)備的使用場(chǎng)合，并提升了自動(dòng)重合器在接入電子式互感器場(chǎng)合時(shí)的電磁兼容性能。

如圖2所示，在自動(dòng)重合器接入電子式互感器時(shí)，上述帶有自校準(zhǔn)功能的小信號(hào)隔離放大器包括：信號(hào)取樣及防護(hù)回路、信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路和隔離放大回路以及隔離電源；信號(hào)取樣及防護(hù)回路的輸入端連接電子式互感器的輸出端，輸出端連接信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路的輸入端，信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路的輸出端連接隔離放大回路的輸入端，隔離放大回路的輸出端連接自動(dòng)重合器保護(hù)單元的輸入端。信號(hào)取樣及防護(hù)回路采集電子式電壓互感器輸入的小電壓模擬信號(hào)，信號(hào)調(diào)理及自校準(zhǔn)回路將采集到的小電壓模擬信號(hào)進(jìn)行放大使其電壓達(dá)到額定幅值；隔離放大回路將調(diào)整完電壓幅值的信號(hào)進(jìn)行電流放大和變壓，實(shí)現(xiàn)功率匹配，以滿足后級(jí)保護(hù)單元對(duì)輸入信號(hào)的范圍和功率要求；隔離電源為信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路和隔離放大回路供電。

自動(dòng)重合器中的保護(hù)單元對(duì)輸入的信號(hào)有輸入范圍和輸入功率的限制，輸入范圍是指保護(hù)單元支持多大的電壓或電流的輸入，超出一定范圍的信號(hào)可能會(huì)超出電氣參數(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，導(dǎo)致?lián)p壞或無(wú)法識(shí)別。輸入功率指的是信號(hào)輸入端的電氣參數(shù)對(duì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力有一定要求，如果驅(qū)動(dòng)能力太弱，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法有效通過(guò)隔離變壓器地傳變。

如圖3所示，信號(hào)取樣及防護(hù)回路包括低壓臂電容C2，瞬變電壓抑制二極管TVS1以及兩個(gè)高阻抗電阻R1和電阻R2；圖3中的高壓臂電容C1為電子式電壓互感器的一部分，其第一端接高壓信號(hào)HV，第二端作為電子式電壓互感器的輸出端，低壓臂電容C2的第一端連接高壓臂電容C1的第二端，低壓臂電容C2的第二端接地，對(duì)電子式電壓互感器輸入的信號(hào)進(jìn)行電容分壓，采集到小電壓信號(hào)UA_IN1；瞬變電壓抑制二極管TVS1的第一端與低壓臂電容C2的第一端連接，第二端接地，瞬變電壓抑制二極管TVS1的第一端與電阻R2的第一端連接，電阻R2的第二端與電阻R1的第一端連接，電阻R1的第二端與TVS1的第二端連接，即瞬變電壓抑制二極管TVS1與電阻R1和電阻R2所形成的串聯(lián)電路并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)小電壓信號(hào)UA_IN1的防護(hù)。

其中，高壓臂電容C1的電容為25pF，低壓臂電容C2的電容為100nF，采樣電壓信號(hào)UA_IN1的額定幅值為2V，變化范圍為0～4V；TVS管用于鉗壓保護(hù)相關(guān)的元器件，以免出現(xiàn)器件損壞；電阻R1和電阻R2采用高阻抗電阻，阻值為2M歐姆，高阻抗的電阻用于均衡取樣阻抗，穩(wěn)定采樣信號(hào)。

如圖4所示，信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路采用高輸入阻抗的運(yùn)放搭建而成，可以采用低偏置電壓運(yùn)算放大器OPA297A，該運(yùn)放的負(fù)相輸入端連接電阻R3的第二端，電阻R3的第一端連接低壓臂電容C2的第一端；運(yùn)放的正相輸入端通過(guò)電阻R4接地，輸出端通過(guò)可調(diào)電阻R5連接負(fù)相輸入端。

隔離電源，可以采用DCDC隔離模塊，隔離24V產(chǎn)生±18V的電壓，運(yùn)放采用隔離電源供電，滿足較寬范圍的信號(hào)輸入，并通過(guò)反相放大，濾除摻雜的共模干擾，參照電力一次額定參數(shù)，可以將取樣的小電壓信號(hào)調(diào)整到額定值對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值。通過(guò)改變電路中參與放大系數(shù)計(jì)算的電路元件的參數(shù)(相關(guān)元件均采用高精度的可調(diào)電阻實(shí)現(xiàn))，可以便捷地調(diào)整放大電路的比例系數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)，從而調(diào)整放大電路的輸出信號(hào)幅值，得到電壓放大的信號(hào)UA1。

如圖5所示，隔離放大回路包括：帶有大電流輸出的跟隨電路和4:115V的變壓器(支持8V輸入/230V輸出)，跟隨電路的輸入端連接信號(hào)調(diào)理及校準(zhǔn)回路的輸出端，跟隨電路的輸出端連接變壓器的輸入端，變壓器的輸入端并接電阻R6。跟隨電路采用運(yùn)放TLE2062A，但不限于此型號(hào)，放大模塊輸出電流不小于1.5mA，輸入電流不小于45mA，功率消耗小于8mW，運(yùn)算放大器TLE2062A的正相輸入端連接運(yùn)算放大器OPA297A的輸出端，運(yùn)算放大器TLE2062A的輸出端連接負(fù)相輸入端。通過(guò)變壓器實(shí)現(xiàn)電磁隔離，前級(jí)和后級(jí)沒(méi)有直接的電氣聯(lián)系，即輸入信號(hào)UA1和輸出信號(hào)VA1主要通過(guò)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞，之間沒(méi)有直接電氣聯(lián)系。

如圖6所示，實(shí)線為輸入的小電壓信號(hào)，虛線為輸出的放大電壓信號(hào)，從圖中可以看出輸入電壓UA_IN1的有效值為2V，輸出電壓VA1的有效值為57.5V，變比為1:28.75，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。

將該帶有自校準(zhǔn)功能的小信號(hào)隔離放大器應(yīng)用在自動(dòng)重合器中，避免了自動(dòng)重合器采用電子式互感器輸入時(shí)由于無(wú)法對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效隔離而帶來(lái)的干擾，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性；同時(shí)，該帶有自校準(zhǔn)功能的小信號(hào)隔離放大器可以接入小電壓信號(hào)，便于實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電壓信號(hào)和小電壓信號(hào)的切換，進(jìn)一步擴(kuò)展自動(dòng)重合器的輸入信號(hào)范圍，可以將自動(dòng)重合器應(yīng)用到更多的場(chǎng)合，提高兼容性。