一種故障指示器采集單元硬件解決方案

汪戰魁 耿紫妍 劉兵

摘 要：提供了一種故障指示器采集單元硬件解決方案，對其多項關鍵技術，電場采樣技術、電流采樣技術、取電技術等進行了分析介紹，解決了采集單元采樣精度、低功耗等問題。

關鍵詞：故障指示器；采集單元；配電網

中圖分類號：TM344.1 文獻標志碼：A

故障指示器作為戶外高壓線路在線運行設備，由于使用條件的限制，需要解決多項關鍵技術，如采樣技術、取電技術、低功耗技術等[1]。本文提供了一種硬件解決方案，可有效解決采集單元采樣精度、低功耗等問題，具有體積小、重量輕、精度高和使用壽命長等特點。

1 硬件框架

如圖1所示，故障指示器采集單元硬件電路主要由CPU系統、取電及電源管理回路、電流采樣回路，電場采樣回路，無線模塊等組成。

2 電流電場采樣回路

通過開啟式結構差分繞線PCB羅氏線圈對電流采樣，其輸出電動勢正比于被測電流對時間的微分，要恢復與一次電流成正比的信號須添加相應的積分環節[2]。目前，積分環節的

低頻噪聲、電壓漂移等是影響電流測量精度的主要原因。本文利用復式積分原理，如圖2（a）所示，采用低通濾波、比例放大電路、有源積分電路、高通濾波、疊加電路等實現對羅氏線圈輸出信號的校正。

電場采樣采用電容分壓的原理，其模型如圖2（b）所示，C1為裝置分壓電容，Cg為裝置對地雜散分布電容，可通過Comsol Multiphysics 計算出Cg約為0.8pF[3]，則可知C1兩端電壓為V*Cg/（C1+Cg）。電場信號調理電路包括濾波、保護、放大等，如圖2（c）所示，電壓信號經過R1、C1、Cg分壓及后續電路調理，由AD采樣轉換為數字信號。

3 電源回路

根據國標要求，故障指示器采集單元元應采用TA取電并輔以超級電容作為主供電源，能量密度不低于鋰電池的非充電電池作為后備電源。如圖3所示，TA與P1相連接，電壓經保護、整流電路后送入TPS62160降壓至3V，CPU根據實時電壓通過IO口控制MOS管的通斷實現超級電容的充放電。3V電壓經TPS61020升壓至3.3V，對CPU等器件供電。

4 結語

本文提供了一種故障指示器采集單元硬件解決方案，利用電容分壓、復式積分等原理實現了電場、電流的高精度采樣，提供了高效低功耗充電回路，滿足國標要求。這種設計方案能滿足低成本、小型化、帶電安裝的要求，對智能配電網故障監測具有積極意義。

參考文獻：

[1]高永銀，孟衛東.具有三相同步通信功能的故障指示器及其低功耗的實現方法[J].電器與能效管理技術，2015（3）：3134.

[2]廖京生，郭曉華，朱明均，等.用于小電流測量的Rogowski線圈電流互感器[J].電力系統自動化，2003，27（2）：4044.

[3]謝瀟磊，劉亞東，孫鵬，等.基于電容分壓法的配網線路智能電壓傳感器[J].儀器儀表學報，2016，37（5）：1001009.

作者簡介：汪戰魁，男，助理工程師，主要從事繼電保護及配電自動化設備研制。