一种故障指示器采集单元硬件解决方案

汪战魁 耿紫妍 刘兵

摘 要：提供了一种故障指示器采集单元硬件解决方案，对其多项关键技术，电场采样技术、电流采样技术、取电技术等进行了分析介绍，解决了采集单元采样精度、低功耗等问题。

关键词：故障指示器；采集单元；配电网

中图分类号：TM344.1 文献标志码：A

故障指示器作为户外高压线路在线运行设备，由于使用条件的限制，需要解决多项关键技术，如采样技术、取电技术、低功耗技术等[1]。本文提供了一种硬件解决方案，可有效解决采集单元采样精度、低功耗等问题，具有体积小、重量轻、精度高和使用寿命长等特点。

1 硬件框架

如图1所示，故障指示器采集单元硬件电路主要由CPU系统、取电及电源管理回路、电流采样回路，电场采样回路，无线模块等组成。

2 电流电场采样回路

通过开启式结构差分绕线PCB罗氏线圈对电流采样，其输出电动势正比于被测电流对时间的微分，要恢复与一次电流成正比的信号须添加相应的积分环节[2]。目前，积分环节的

低频噪声、电压漂移等是影响电流测量精度的主要原因。本文利用复式积分原理，如图2（a）所示，采用低通滤波、比例放大电路、有源积分电路、高通滤波、叠加电路等实现对罗氏线圈输出信号的校正。

电场采样采用电容分压的原理，其模型如图2（b）所示，C1为装置分压电容，Cg为装置对地杂散分布电容，可通过Comsol Multiphysics 计算出Cg约为0.8pF[3]，则可知C1两端电压为V*Cg/（C1+Cg）。电场信号调理电路包括滤波、保护、放大等，如图2（c）所示，电压信号经过R1、C1、Cg分压及后续电路调理，由AD采样转换为数字信号。

3 电源回路

根据国标要求，故障指示器采集单元元应采用TA取电并辅以超级电容作为主供电源，能量密度不低于锂电池的非充电电池作为后备电源。如图3所示，TA与P1相连接，电压经保护、整流电路后送入TPS62160降压至3V，CPU根据实时电压通过IO口控制MOS管的通断实现超级电容的充放电。3V电压经TPS61020升壓至3.3V，对CPU等器件供电。

4 结语

本文提供了一种故障指示器采集单元硬件解决方案，利用电容分压、复式积分等原理实现了电场、电流的高精度采样，提供了高效低功耗充电回路，满足国标要求。这种设计方案能满足低成本、小型化、带电安装的要求，对智能配电网故障监测具有积极意义。

参考文献：

[1]高永银，孟卫东.具有三相同步通信功能的故障指示器及其低功耗的实现方法[J].电器与能效管理技术，2015（3）：3134.

[2]廖京生，郭晓华，朱明均，等.用于小电流测量的Rogowski线圈电流互感器[J].电力系统自动化，2003，27（2）：4044.

[3]谢潇磊，刘亚东，孙鹏，等.基于电容分压法的配网线路智能电压传感器[J].仪器仪表学报，2016，37（5）：1001009.

作者简介：汪战魁，男，助理工程师，主要从事继电保护及配电自动化设备研制。