【技术领域】
本实用新型涉及继保自动化技术领域，具体的，涉及一种基于高频整流模块的故障检测装置。
背景技术：
目前直流系统高频整流模块检测维护过程中，经常出现整流模块无输出、电压不稳定、充电时不能限流等问题，整流模块在直流屏中是最重要的组成部分，如果出现问题不能给蓄电池进行充电将直接导致蓄电池亏容，而长时间则可能导致直流系统失电，存在极大的安全风险，但目前一直没有安全预测的有效手段，在日常维护工作中也需要一种便携式仪器对充电模块状态进行快速早期预判，本着保证作业人员及运行设备安全和节约、提高绩效的原则，有必要进行高频整流模块故障预判装置的研发，使其能适用于各电压等级的高频整流模块，不停电而使直流系统正常运行，有效消除目前高频整流模块潜在问题导致的安全风险。
由于高频整流模块工作频率高达20-150khz，电路拓扑有半桥、全桥、软开关等等，主开关管有晶体管、可控硅、mos管、igbt管，滤波吸收回路各异，工作状态多变，输出波形复杂，所以对高频整流模块故障预判信号如何采样就成了一个首要问题，怎样在模块复合波形中快速、准确、有效、安全的提取关键预判信号呢。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于高频整流模块的故障检测装置，该装置通过多级微分电路实现采样接入，能够在电磁兼容性要求很高的电力现场，利用高频整流模块辐射的复合波形，可以快速、准确、有效、安全的提取关键预判信号。
为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种基于高频整流模块的故障检测装置，其包括多级微分电路、电压检测电路、故障预判装置以及并联在所述多级微分电路两端的继电器控制电路，所述电压检测电路检测高频整流模块的输出电压信号，所述电压检测电路根据所述输出电压信号向所述继电器控制电路输出开关控制信号，以控制所述继电器控制电路的多个继电器进行闭合/断开，所述继电器控制电路通过其多个继电器的闭合/断开以控制所述多级微分电路的接入级数，所述多级微分电路的信号输出端与所述故障预判装置的信号输入端电连接。
进一步的方案是，所述多级微分电路包括相互连接的第一rc电路、第二rc电路以及第三rc电路。
更进一步的方案是，所述继电器控制电路包括第一继电器、第二继电器以及第三继电器，所述第一继电器并联在所述第一rc电路的两端，所述第二继电器并联在所述第二rc电路的两端，所述第三继电器并联在所述第三rc电路的两端。
更进一步的方案是，所述第一rc电路包括相互连接的第一电容和第一电阻；所述第二rc电路包括相互连接的第二电容和第二电阻；所述第三rc电路包括相互连接的第三电容和第三电阻。
更进一步的方案是，所述电压检测电路包括检测输入端、运算放大器，所述检测输入端与所述运算放大器的反相输入端之间连接有第一二极管、第二二极管，所述第一二极管的负极连接至所述第二二极管的正极；所述所述运算放大器的反相输入端还连接有可调电阻器；所述运算放大器的同相输入端连接有基准电压源。
更进一步的方案是，所述运算放大器为微功耗运算放大器。
更进一步的方案是，所述故障预判装置包括傅里叶变换模块以及显示分析模块，所述多级微分电路输出的采样信号通过所述傅里叶变换模块进行傅里叶信号变换后输出至所述显示分析模块。
更进一步的方案是，所述多级微分电路通过阻抗变换器与所述故障预判装置电连接。
由此可见，本实用新型提供的检测装置主要由多级微分电路、电压检测电路、故障预判装置、继电器控制电路组成，在直流高压回路和故障预判装置之间接入多级微分电路，由电压检测电路控制继电器切换以控制多级微分电路的接入级数，可以在各种复杂波形中提取到有效的检测信号以供故障预判装置处理，故障预判装置经过傅里叶级数分解后比较各个频率、幅值的大小，再经过a/d转换后，根据数字量大小和原始值或预设值比较，即可判断高频整流模块是否有故障发生的概率。
所以，本实用新型通过多级微分电路实现高频整流模块故障预判信号采样接入电路，可以快速、准确、有效、安全的提取关键预判信号，及时发现高频整流模块运行中的潜在问题，降低模块损坏造成直流系统失电的风险，消除了系统不安全隐患；在线操作，可使直流的维护检测工作更安全、快捷、准确的进行；适用于现有220v、110v、48v高频整流充电模块，操作方法简单，成本低廉，易于推广；对于各个不同厂家、拓扑、年代和不同均流模式的高频整流充电模块均能可靠采样，针对性强，适应电力系统供应厂商众多的特点；多级微分电路在高频整流模块故障预判装置接入直流高压回路时，由于电容、电阻的存在，还具有缓冲作用，最大限度避免了触电、短路、火花等安全隐患；完善了高频整流模块工作测试参数内容，为现场维护提供了更多手段，保证了电网安全运行。
【附图说明】
图1是本实用新型一种基于高频整流模块的故障检测装置实施例的原理图。
图2是本实用新型一种基于高频整流模块的故障检测装置实施例中多级微分电路的rc微分电路的原理图。
图3是本实用新型一种基于高频整流模块的故障检测装置实施例中电压检测电路的电路原理图。
【具体实施方式】
为了使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不限用于本实用新型。
参见图1，本实用新型的一种基于高频整流模块的故障检测装置包括多级微分电路、电压检测电路1、故障预判装置2以及并联在多级微分电路两端的继电器控制电路，电压检测电路1检测高频整流模块的输出电压信号，电压检测电路1根据输出电压信号向继电器控制电路输出开关控制信号，以控制继电器控制电路的多个继电器进行闭合/断开，继电器控制电路通过其多个继电器的闭合/断开以控制多级微分电路的接入级数，多级微分电路的信号输出端与故障预判装置2的信号输入端电连接。
其中，多级微分电路和电压检测电路1以最短线路连接方式与故障预判装置2进行连接，以实现防止设备互扰、采样稳定可靠、提高电磁兼容性的目的。
在本实施例中，多级微分电路包括相互连接的第一rc电路、第二rc电路以及第三rc电路。其中，第一rc电路包括相互连接的电容c1和电阻r1，第二rc电路包括相互连接的电容c2和电阻r2，第三rc电路包括相互连接的电容c3和电阻r3。
多级微分电路的电阻r1电容c1、电阻r2电容c2、电阻r3电容c3的参数和高频整流模块输出电压等级48v、110v、220v相匹配，典型值为r1＝r2＝r3＝1k，c1＝c2＝c3＝0.1uf。
在本实施例中，继电器控制电路包括继电器j1、继电器j2以及继电器j3，继电器j1并联在第一rc电路的两端，继电器j2并联在第二rc电路的两端，继电器j3并联在第三rc电路的两端。
其中，电压检测电路1根据高频整流模块输出电压等级分别闭合继电器j2、继电器j3(48v)，继电器j3(110v)以及全部断开(220v)和直通(继电器j1、j2、j3全部闭合)等四种输出状态。
在本实施例中，故障预判装置2包括傅里叶变换模块以及显示分析模块，多级微分电路输出的采样信号通过傅里叶变换模块进行傅里叶信号变换后输出至显示分析模块，显示分析模块可以是常规的显示屏装置或波形显示分析模块，以供用户根据数字量大小和原始值或预设值比较，来判断高频整流模块是否有故障发生。其中，多级微分电路通过阻抗变换器与故障预判装置2电连接。
具体地，高频整流模块是通过晶体管、可控硅、mos管、igbt管等通过磁芯变压器将整流后的直流电逆变为高频交流电再整流输出，工作频率高达20-150khz，这一频率具有通过功率管或变压器在一定范围内辐射的特性，并且模块的稳压、稳流精度、纹波以及电源的远期故障或性能变化都会在第一时间反映到该频率的特征上，如频宽、幅值、高次谐波分量、调制状态等等，由于电路拓扑有半桥、全桥、软开关等等，滤波吸收回路各异，工作状态多变，导致波形采样复杂，如何采样是关键技术，本装置即利用多级微分电路很好地实现了这一目的。
本实施例的多级微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波，此电路的输出波形只反映输入波形的突变部分，即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出，而对恒定部分则没有输出。输出的尖脉冲波形的宽度与rc有关(即电路的时间常数)，rc越小，尖脉冲波形越尖，反之则宽。此电路的rc必须少于输入波形的宽度，否则就失去了波形变换的作用，变为一般的rc耦合电路。
如图2所示，图2是多级微分电路的rc微分电路的原理图，电容c与电阻r的串联作为输入端，电阻r两端为输出端，即满足uo＝ui-ue，由于电路中有电容c和电阻r存在，故在外加电压的作用下，存在着的充、放电过程。当矩形脉冲输入端后，在输出端可得到一对正、负尖脉冲。
可见，微分电路的特点是能突出反映输入信号的跳变部分，根据这个特点，可把信号中跳变部分转变为尖脉冲而加以利用。当τ(＝rc)＜(1/5～1/10)tk，就可把该电路视为微分电路。一般rc少于或等于输入波形宽度的1/10就可以了，使输出电压与输入电压的时间变化率成比例的电路。微分电路主要用于脉冲电路、模拟计算机和测量仪器中。
在本实施例中，多级微分电路分别和高频整流模块输出电压等级48v、110v、220v相匹配，典型值为r1＝r2＝r3＝1k，c1＝c2＝c3＝0.1uf。在同一标准波形宽度时按照电压越高，微分级数越多的原则，因为电压等级愈高，其波形复杂程度和幅值愈大，相应的微分级数就应愈多。将模块复杂的工作波形提取前沿和突变信号，而滤掉后续全段的复合、衰减波形，首先判别主开关管开通瞬间(即最苛刻时)的工作状态，从而实现高频整流模块故障预判信号的合理、准确、可靠的采样接入。
另外，为了实现某些特殊状况下的比较测试，该故障检测装置还增加了直通功能，即继电器j1、j2、j3全部闭合，作为对比法采样的一种手段，此时电路仅仅减少了回路阻抗对测量结果毫无影响。
如图3所示，为了减少干扰，电压检测电路1采用三个相同但分别独立的电路，电压检测电路1包括检测输入端、运算放大器a，检测输入端与运算放大器a的反相输入端之间连接有二极管vd1、二极管vd2，二极管vd1的负极连接至二极管vd2的正极；运算放大器的反相输入端还连接有可调电阻器pr1；运算放大器a的同相输入端连接有基准电压源，如二极管vd3。其中，运算放大器a为微功耗运算放大器。
具体地，电压检测电路1采用的核心器件a是单电源、微功耗运算放大器opa4251，是可以在单一低电压电源下工作的满电源幅度输出高精度四运放(使用其中三个单元)。其中，微功耗便于现场电源的解决，其主要参数为：工作电压max.(v):36；工作电压min.(v):2.700；每通道iq(典型值)(ma):0.040；带宽gbw(典型值)(mhz):0.040；转换速率(典型值)(v/us):0.010；输入失调电压(25℃)(max.)(mv):0.250；失调漂移(典型值)(uv/℃):0.500；输入偏置电流(max.)(pa):-20000；共模抑制比(min.)(db):100；噪声电压(典型值):45。
其中，二极管vd1、二极管vd2防止过高的反向峰压损坏输入端口，调节可调电阻器pr1结合二极管vd3对应不同的模块电压等级，二极管vd3为10-15v的基准电压源，经过和输入的比较放大输出到继电器j，如继电器j1、j2、j3，可以实现多级微分电路自动接入或断开的功能，各节点均设置有滤波电容以适应现场复杂电磁兼容环境。
由此可见，本实用新型提供的检测装置主要由多级微分电路、电压检测电路1、故障预判装置2、继电器控制电路组成，在高频整流模块的直流高压回路和故障预判装置2之间接入多级微分电路，由电压检测电路1控制继电器切换以控制多级微分电路的接入级数，可以在各种复杂波形中提取到有效的检测信号以供故障预判装置2处理，故障预判装置2经过傅里叶级数分解后比较各个频率、幅值的大小，再经过a/d转换后，根据数字量大小和原始值或预设值比较，即可判断高频整流模块是否有故障发生的概率。
作为优选，多级微分电路也可用电阻器r和电感器l来构成，以实现更好的选频、滤频和前沿提取作用，并且采用不同数值实现不同宽度的提取时间，适应更多模块的工作模式。
作为优选，多级微分电路可采用rc和运算放大器构成较复杂的微分电路，实现输出可设定的频谱特征采样，配合数字化的模块达到故障预判采样的要求。
作为优选，电压检测电路1可增加精密有效值整流电路，以实现更准确的电压分档和粗略测量预判的目的。
作为优选，输出继电器可采用mos开关管替换，以实现设备更轻小、寿命更长的目的。
所以，本实用新型通过多级微分电路实现高频整流模块故障预判信号采样接入电路，可以快速、准确、有效、安全的提取关键预判信号，及时发现高频整流模块运行中的潜在问题，降低模块损坏造成直流系统失电的风险，消除了系统不安全隐患；在线操作，可使直流的维护检测工作更安全、快捷、准确的进行；适用于现有220v、110v、48v高频整流充电模块，操作方法简单，成本低廉，易于推广；对于各个不同厂家、拓扑、年代和不同均流模式的高频整流充电模块均能可靠采样，针对性强，适应电力系统供应厂商众多的特点；多级微分电路在高频整流模块故障预判装置2接入直流高压回路时，由于电容、电阻的存在，还具有缓冲作用，最大限度避免了触电、短路、火花等安全隐患；完善了高频整流模块工作测试参数内容，为现场维护提供了更多手段，保证了电网安全运行。
由此可见，本实用新型提供的检测装置主要由方波信号发生器1、相位比较电路2组成，方波信号发生器1的第一路信号输出到待测继电器3的线圈端，第二路信号输出到相位比较电路2，第三路信号通过待测继电器3动作触点也输出到相位比较电路，最终可以得到待测继电器3的相位比较信号。
另外，该装置采用双级锁相环电路可以得到同步相位差参数，即通过高精度的双路相位比较器配合压控振荡器实现，测量范围宽，级联电路简单，数据可靠。
所以，该检测装置完善了继电器测试装置的功能，不仅在现场可以准确测试继电器的参数(如触点释放和吸合时间以及线圈功率、电阻、温升等)，更是能够检测多只继电器在电路中的同步动作时间及偏差，结果准确可靠易读取，提高了绩效，维护继保安全；采用大功率方波信号发生器驱动继电器模拟现场动作，采用双级锁相环技术检测继电器同步相位差时间，技术先进、设计合理、测量简单、结果可靠、造价低、易于扩展改进；输出接口兼容性好，不单可以配接继电器测试装置，亦可以输出到其它智能分析仪表，丰富继电器的测试内容；数据结果全面，针对性强，无论继电器还是断路器还可发现早期问题，避免事故隐患，降低了现场人员频繁试换继电器的弊端，提高了绩效；可多只或多组继电器同时检测，专用连接插座，使用方便，节省人工。
需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，但实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型做出的非实质性修改，也均落入本实用新型的保护范围之内。
1.基于高频整流模块的故障检测装置，其特征在于，包括：
多级微分电路、电压检测电路、故障预判装置以及并联在所述多级微分电路两端的继电器控制电路，所述电压检测电路检测高频整流模块的输出电压信号，所述电压检测电路根据所述输出电压信号向所述继电器控制电路输出开关控制信号，以控制所述继电器控制电路的多个继电器进行闭合/断开，所述继电器控制电路通过其多个继电器的闭合/断开以控制所述多级微分电路的接入级数，所述多级微分电路的信号输出端与所述故障预判装置的信号输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的故障检测装置，其特征在于：
所述多级微分电路包括相互连接的第一rc电路、第二rc电路以及第三rc电路。
3.根据权利要求2所述的故障检测装置，其特征在于：
所述继电器控制电路包括第一继电器、第二继电器以及第三继电器，所述第一继电器并联在所述第一rc电路的两端，所述第二继电器并联在所述第二rc电路的两端，所述第三继电器并联在所述第三rc电路的两端。
4.根据权利要求3所述的故障检测装置，其特征在于：
所述第一rc电路包括相互连接的第一电容和第一电阻；所述第二rc电路包括相互连接的第二电容和第二电阻；所述第三rc电路包括相互连接的第三电容和第三电阻。
5.根据权利要求1至4任一项所述的故障检测装置，其特征在于：
所述电压检测电路包括检测输入端、运算放大器，所述检测输入端与所述运算放大器的反相输入端之间连接有第一二极管、第二二极管，所述第一二极管的负极连接至所述第二二极管的正极；所述运算放大器的反相输入端还连接有可调电阻器；所述运算放大器的同相输入端连接有基准电压源。
6.根据权利要求5所述的故障检测装置，其特征在于：
所述运算放大器为微功耗运算放大器。
7.根据权利要求1至4任一项所述的故障检测装置，其特征在于：
所述故障预判装置包括傅里叶变换模块以及显示分析模块，所述多级微分电路输出的采样信号通过所述傅里叶变换模块进行傅里叶信号变换后输出至所述显示分析模块。
8.根据权利要求1至4任一项所述的故障检测装置，其特征在于：
所述多级微分电路通过阻抗变换器与所述故障预判装置电连接。
技术总结