一种电信号测量装置及蓄电池浮充电流在线监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出一种电信号测量装置及蓄电池浮充电流在线监测装置，包括信号放大电路、单片机、共模干扰抑制电路以及电流信号采集电路，其中电流信号采集电路的输出端连接共模干扰抑制电路的输入端，共模干扰抑制电路的输出端连接信号放大电路的输入端，信号放大电路由一个或者多个采用积分原理进行信号放大的信号放大单元级联而成。这样，本实用新型专利技术提出的测量技术不仅可以采集极其微弱的电压信号，允许大跨度的测量范围，而且在整个测量范围内可以保持高的测量精度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种新颖的、能满足信号微弱、测量范围要求宽、测量精度要求高的电信号检测需求的电子测量技术，以及该技术在各种不间断电源系统中作后备能源的蓄电池的在线监测应用，属于电子测量

技术介绍
铅酸蓄电池大量地使用于电力直流操作电源系统、通信行业基础直流电源系统、UPS不间断交流电源系统等各种不间断交、直流电源系统中，铅酸蓄电池(以下统称蓄电池)作为这些电源系统的后备能源，当交流停电时，由蓄电池继续为负载供电。凡是需要使用后备电源系统的负荷，就表明了它的重要性，例如在变电站、发电厂、核电、冶金、矿山、化工、地铁等行业都有广泛使用的电力直流操作电源系统，它主要是为这些行业中的发电、供电、配电的电气、热工中的测量、控制、保护、信号及继电保护装置，断路器中的合闸机构，各种直流电机，交流不间断电源装置、远动及通信装置、事故照明提供电源。电力直流操作电源系统失电将使上述设备无法工作，往往会引起大的供电事故，且经常是火烧连营的大面积事故，因此它的可靠性对于这些行业的供电安全极为重要。又例如:广泛应用于银行业、电信数据服务业的UPS电源系统，它为这些行业的信息数据设备提供高质量的交流电源，是保障这些行业业务数据、信息的质量及安全的重要手段。而作为这些不间断电源系统的后备能源的蓄电池是保证电源系统供电可靠性的最后一道防线，如果它的可靠性、可用性得不到保证，就无法保证不间断电源系统的供电安全。因此产生了单节电池电压在线监测、电池内阻在线监测等多种在线监测技术来监测和发现蓄电池可能存在的问题，以避免当需要蓄电池组提供能源时，因为蓄电池组存在问题而无法提供所需的能源。另外这些技术还为监测、发现蓄电池组运行的环境条件是否存在会影响蓄电池组寿命的不良因素，例如环境温度是否合适、浮充电充电电压是否合适、是否存在与其他蓄电池一致性不好的电池等。如有就应尽快排出，毕竟蓄电池组本身是价格昂贵的元件。后备蓄电池组在后备时是处于一种浮充电的充电状态，浮充电的目的是为了补充蓄电池自放电损失的容量。浮充电电压是否合适对蓄电池的寿命至关重要，浮充电压偏高将造成蓄电池过充电而失水，进而引起电池发热，热积聚，而损坏蓄电池；浮充电压偏低则会造成蓄电池欠充，蓄电池长期欠充会因硫酸铅析出晶体而硫化，硫化造成蓄电池容量的下降、内阻的增加。而监测浮充电流的大小是判断浮充电压是否合理最有效的手段，浮充电流比正常值偏大说明浮充电压偏高，浮充电流偏小说明浮充电压偏低。铅酸蓄电池的正常浮充电流在0.01-0.03110(注:110是以10小时的放电率放电的电流，比如10小时放电率容量ClO为800Ah的蓄电池的IlO为80A)，均衡充电限流值为1.0110，最大放电电流为5.5110，即蓄电池回路电流的测量范围至少需要满足0.01-5.5110的范围，跨度很大，接近4个数量级，而且在浮充电流范围时测量的精度至少要达到< ±5%才有实际应用的价值，这又进一步加大了测量的难度，常规的测量方法很难做到。例如800Ah的蓄电池(800Ah蓄电池是广东省电网公司500kV变电站直流电源系统的标准配置)，按上述蓄电池电流测量实际需要的范围为0.8A-440A,但按电力行业标准:((DL/T5044-2004电力工程直流电源系统设计技术规范》的规定，800Ah的蓄电池组的蓄电池回路的电流测量范围要达到600A。0.8A时还要满足小于±5%的精度,则此时的测量允许绝对误差要小于±40mA，±40mA与最大测量值600A相差15000倍。常用的直流电流测量元件有分流器之类的康铜电阻和霍尔电流传感器之类的电流传感器两种。康铜电阻测电流是利用欧姆定律，把电流信号转变为电压信号。康铜电阻的电阻率的温度特性非常稳定，电阻值基本不受温度影响，因此是理性的电流采样元件。标准的分流器都是按照额定电流对应75mV的电压设计电阻值的，按上述800Ah的电池案例，需要选用额定电流600A的分流器，0.8A时分流器输出信号为100 u V，40mA对应0.5 y V的信号，信号非常的微弱。极宽的测量范围、微弱的待测信号，使得采用一个分流器的常规的测量方法，很难完成满足具备浮充电流在线监测要求的蓄电池回路电流测量的要求。采用霍尔电流传感器之类的电流传感器能实现这个功能吗？有电流就存在磁场，霍尔电流传感器之类电流传感器的基本物理原理就是测量电流产生的磁场的大小来检测电流的，传感器有开环的和闭环的，闭环的测量精度、线性度、零点偏移和响应速度要好于开环的，但无论是开环的还是闭环的，由于测量磁场的霍尔兀件的输出信号都存在0.2%-1%量程大小的零点偏移，且这个零点偏移会随环境温度、环境磁场、时间而发生1%_2.5%量程大小漂移，600A量程的1%误差就是6A，远大于40mA的要求，因此使用一个电流传感器的常规的测量方法也无法满足上述要求。现有的蓄电池浮充电流监测技术、专利及其应用的情况如下:①现已公知的技术，现有三种方案用于进行蓄电池充放电电流的测量:1.接触式浮充电电流测量装置用一只小量程的电流表Al与一只大量程电流表A2同时串接在蓄电池回路，分别进行测量。这种方法从建国以来沿用至今，还在继续被使用。为避免大电流损坏小电流表Al，一般情况下用一只大容量的直流接触器的常闭触点将Al短路，当需要测量浮充电流时，人工操作按钮AN，直流接触器ZJ打开，使Al串入主回路进行测量。这一方案存在以下4个缺陷:I)原理性缺陷当进行浮充电流测量时，若负载放电电流突然增大，则浮充电流表必然损坏，且造成蓄电池回路中断的严重事故。2)检测不连续，不能实时在线监测显然，这种方案不能连续检测蓄电池的浮充电流，以便对不正常的浮充电流及时报警，提醒运行人员及早消除缺陷。连续检测，实时在线监测正是该系统所希望的。3)体积大，安装不方便直流接触器ZJ体积大，造成直流屏结构设计与安装的困难，同时也造成维修的困难。4)对大容量蓄电池系统，无相应规格的直流接触器供货，此方案实施困难。如:我国目前和今后相当一段时期的主力火电机组一300丽大型机组，电力设计规范要求1400AH以上的蓄电池，其配套用的直流接触器至少要达到700A，而目前配套直流接触器最大容量仅600A。2.二极管式浮充电测量方案这种方法系70年代中后期才开始在国内应用，但并不很普遍。正常运行时整流器Z的输出电压经却换开关K的3-1节点接入母线向负载供电，二极管D截止，浮充电流由B到A，全部通过小量程的浮充电流表Al直接测量。当负载电流突然增大时，当负载电流突然增大时，二极管D导通，蓄电池放电电流经D流向负载。由于UAB〈1V，恰当选择Al参数和R的数值，使Al的指针仅指示在最大值附近，不致损坏。当蓄电池充电池，却换开关3-2接通，整流器Z经K的3-2向蓄电池充电。此方案的缺陷在于:I)切换开关K的体积也很不小，还是存在结构上的困难，而且使系统的主接线复杂，运行不便，降低了可靠性。2)旁路二极管在事故放电时要流过很大的电流，大容量的二极管需水冷或风冷，又增加了结构上的复杂和困难，且降低了系统的可靠性。3)也不能对不正常的浮充电流报警。3.不测浮充电流的直流系统鉴于以上方案的缺陷，为了保证系统的可靠性，干脆取消上述不可靠地浮充电流测量装置，这是原电力部审定通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电信号测量装置，其特征在于：包括增益自动可变的、将接收的信号先进行差模干扰滤波再对信号进行积分放大的信号放大电路（1），对信号放大电路（1）的信号放大操作进行控制的单片机（2），将信号中的共模干扰滤除的共模干扰抑制电路（3），以及对电流信号进行采样以将电流信号转换为需要的电压信号的电流信号采集电路（4），其中电流信号采集电路（4）的输出端连接共模干扰抑制电路（3）的输入端，共模干扰抑制电路（3）的输出端连接信号放大电路（1）的输入端，信号放大电路（1）由一个或者多个采用积分原理进行信号放大的信号放大单元级联而成。

【技术特征摘要】
1.一种电信号测量装置，其特征在于:包括增益自动可变的、将接收的信号先进行差模干扰滤波再对信号进行积分放大的信号放大电路(I)，对信号放大电路(I)的信号放大操作进行控制的单片机(2)，将信号中的共模干扰滤除的共模干扰抑制电路(3)，以及对电流信号进行采样以将电流信号转换为需要的电压信号的电流信号采集电路(4)，其中电流信号采集电路(4 )的输出端连接共模干扰抑制电路(3 )的输入端，共模干扰抑制电路(3 )的输出端连接信号放大电路(I)的输入端，信号放大电路(I)由一个或者多个采用积分原理进行信号放大的信号放大单元级联而成。2.根据权利要求1所述的电信号测量装置，其特征在于:信号放大电路(I)采用多个信号放大单元时，所述信号放大单元的数目η小于等于10。3.根据权利要求1所述的电信号测量装置，其特征在于:信号放大电路(I)采用多个具有不同增益的、对应不同的测量段的信号放大单元，所述多个信号放大单元进行级联。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：关平，
申请(专利权)人：深圳市深泰明科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：