环网柜数字化单元的电信号采样电路、装置和系统的制作方法

本申请涉及电力系统采样控制，特别是涉及环网柜数字化单元的电信号采样电路、装置和系统。

背景技术：

1、目前，10kv配电网系统中广泛采用的电压、电流采样回路多基于传统电磁感应原理构建，其传感器普遍采用普通磁芯材料，屏蔽结构简单，导致在强电磁干扰环境下易受噪声影响，尤其是对弱小信号的采集存在明显失真；并且，常规磁芯传感器过载能力差，难以捕捉瞬态故障特征。此外，现有采样电路在传感器与后续调理电路之间的阻抗匹配设计不足，信号传输过程中易产生反射与衰减，影响信号传输精度，导致获取的信号质量差。综合上述原因，传统的采样电路受限于信号质量，对间歇性故障、高阻接地等复杂工况研判准确性不足，因此故障误判率高。

技术实现思路

1、本申请提供了一种环网柜数字化单元的电信号采样电路、装置和系统，以至少解决相关技术中传统配电网采样电路采集的电信号质量差的问题。

2、第一方面，本申请提供了一种环网柜数字化单元的电信号采样电路，包括：

3、电信号采样模块，包含由高磁导率金属屏蔽外壳和暂态特性磁芯构成的互感器，用于采集配电网系统的相电压并发送至差分缓冲运放模块、采集配电网的相电流并发送至全差分增益运放模块；

4、差分缓冲运放模块，用于对所述相电压进行缓冲、阻抗匹配及滤波处理，生成电压信号，并将所述电压信号发送至模数转换模块；

5、全差分增益运放模块，用于对所述相电流和零序电流做增益调节和相角补偿处理，生成电流信号，并将所述电流信号发送至模数转换模块；

6、模数转换模块，用于将所述电压信号和电流信号转换为数字信号，并发送给外部控制单元。

7、优选的，所述互感器包括电压采样互感器和电流采样互感器；其中，

8、所述电压采样互感器的输入端通过航插线连接现场传感器、输出端连接所述差分缓冲运放模块，用于采集相电压；

9、所述电流采样互感器的输入端通过所述航插线连接现场传感器、输出端连接所述全差分增益运放模块，用于采集相电流。

10、优选的，所述差分缓冲运放模块包括差分缓冲器、第一滤波单元和第二滤波单元；其中，

11、所述差分缓冲器的第一输入端连接所述电压采样互感器的正输出端、第二输入端连接所述电压采样互感器的负输出端；所述第一滤波单元连接在所述差分缓冲器的第一输出端和所述模数转换模块之间；所述第二滤波单元连接在所述差分缓冲器的第二输出端和所述模数转换模块之间。

12、优选的，所述差分缓冲器包括第一运算放大器和第二运算放大器，将所述第一运算放大器和第二运算放大器配置成差分模式；其中，

13、将所述第一运算放大器的输入端作为所述差分缓冲器的第一输入端、所述第一运算放大器的输出端作为所述差分缓冲器的第一输出端；将所述第二运算放大器的输入端作为所述差分缓冲器的第二输入端、所述第二运算放大器的输出端作为所述差分缓冲器的第二输出端。

14、优选的，所述全差分增益运放模块包括第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第一反馈单元、第二反馈单元、第三滤波单元和第四滤波单元；其中，

15、所述第三运算放大器的第一输入端连接所述电流采样互感器的正输出端、第二输入端连接所述电流采样互感器的负输出端；所述第一电阻连接在所述第三运算放大器的第一输入端和数字地之间，所述第二电阻连接在所述第三运算放大器的第二输入端和数字地之间；所述第一反馈单元连接在第三运算放大器的第一输入端和第一输出端之间；所述第二反馈单元连接在第三运算放大器的第二输入端和第二输出端之间；所述第三滤波单元连接在所述第三运算放大器的第一输出端和所述模数转换模块之间；所述第四滤波单元连接在所述第三运算放大器的第二输出端和所述模数转换模块之间。

16、优选的，所述模数转换模块包括第一模数转换器、包含第二模数转换器的mcu单元、以及ft3编码单元；

17、所述第一模数转换器的测量电压采样端连接所述差分缓冲运放模块的输出端，所述第一模数转换器的测量电流采样端连接所述全差分增益运放模块的输出端，所述第一模数转换器的输出端连接所述mcu单元的输入端，所述mcu单元的输出端连接所述ft3编码单元的输入端，所述ft3编码单元的输出端通过rs485通讯线连接外部控制单元；所述第二模数转换器连接所述电流采样互感器的输出端；

18、其中，所述第一模数转换器用于将接收的电压信号和电流信号转换为测量数字信号，所述第二模数转换器用于采样保护电流信号并转换为保护数字信号后，所述mcu单元用于对所述测量数字信号和保护数字信号进行处理，所述ft3编码单元用于对处理后的测量数字信号和保护数字信号进行编码并上传至所述外部控制单元。

19、优选的，所述暂态特性磁芯为高磁导率镍锌铁氧体磁芯；所述高磁导率金属屏蔽外壳为1j79坡莫合金材料屏蔽层。

20、第二方面，本申请提供了一种环网柜数字化单元的电信号采样装置，包括金属保护机壳和如上任一项所述的环网柜数字化单元的电信号采样电路；其中，所述金属保护机壳设置有传感器单元接口，所述电信号采样电路集成封装在所述金属保护机壳内，所述信号采样电路通过所述传感器单元接口连接现场传感器和外部控制单元。

21、优选的，所述金属保护机壳采用ip67防护等级的铝合金机壳，所述铝合金机壳的内外表面均采用导电氧化工艺处理；所述传感器单元接口采用360°屏蔽航空插头。

22、第三方面，本申请提供了一种环网柜数字化单元的电信号采样系统，包括控制单元、现场传感器和如上任一项所述的环网柜数字化单元的电信号采样电路；

23、其中，所述现场传感器安装在配电网电力系统中，用于采集所述配电网的相电压和相电流，并发送给所述电信号采样电路；所述电信号采样电路的输出端连接所述控制单元的输入端，用于将所述相电压和相电流转换为电信号并发送至所述控制单元。

24、本申请提供的环网柜数字化单元的电信号采样电路、装置和系统至少具有以下技术效果：

25、本申请通过高磁导率金属屏蔽外壳和暂态特性磁芯构成的互感器，提高了信号的‌抗干扰能力，解决了传统采样电路易受电磁噪声干扰，导致弱小信号失真和‌暂态特性不足的问题；并通过差分缓冲运放模块和全差分增益运放模块完成电信号的阻抗匹配、增益补偿及滤波处理，从而解决传感器与后续电路阻抗不匹配，影响信号传输精度的问题；并通过模数转换模块将电信号转换为数字信号，从而确保数据完整性。综上所述，本申请通过电信号采样模块、差分缓冲运放模块、全差分增益运放模块和模数转换模块构建环网柜的采样电路，从而采集到高质量的电信号，从而进一步降低‌故障误判率，提高数据分析的准确性。

26、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

1.一种环网柜数字化单元的电信号采样电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电信号采样电路，其特征在于，所述互感器包括电压采样互感器和电流采样互感器；其中，

3.根据权利要求2所述的电信号采样电路，其特征在于，所述差分缓冲运放模块包括差分缓冲器、第一滤波单元和第二滤波单元；其中，

4.根据权利要求3所述的电信号采样电路，其特征在于，所述差分缓冲器包括第一运算放大器和第二运算放大器，将所述第一运算放大器和第二运算放大器配置成差分模式；其中，

5.根据权利要求2所述的电信号采样电路，其特征在于，所述全差分增益运放模块包括第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第一反馈单元、第二反馈单元、第三滤波单元和第四滤波单元；其中，

6.根据权利要求2所述的电信号采样电路，其特征在于，所述模数转换模块包括第一模数转换器、包含第二模数转换器的mcu单元、以及ft3编码单元；

7.根据权利要求1所述的电信号采样电路，其特征在于，所述暂态特性磁芯为高磁导率镍锌铁氧体磁芯；所述高磁导率金属屏蔽外壳为1j79坡莫合金材料屏蔽层。

8.一种环网柜数字化单元的电信号采样装置，其特征在于，包括金属保护机壳和如权利要求1-7任一项所述的环网柜数字化单元的电信号采样电路；其中，所述金属保护机壳设置有传感器单元接口，所述电信号采样电路集成封装在所述金属保护机壳内，所述信号采样电路通过所述传感器单元接口连接现场传感器和外部控制单元。

9.根据权利要求8所述的电信号采样装置，其特征在于，所述金属保护机壳采用ip67防护等级的铝合金机壳，所述铝合金机壳的内外表面均采用导电氧化工艺处理；所述传感器单元接口采用360°屏蔽航空插头。

10.一种环网柜数字化单元的电信号采样系统，其特征在于，包括控制单元、现场传感器和如权利要求1-7任一项所述的环网柜数字化单元的电信号采样电路；