摘要：故障指示器的主要功能为配电线路故障区段判断与故障类型研判，其通过感应电场的变化及实时监测线路电流作为判断依据。其中，最主要的判断根据是电流在一定时间内是否存在突变现象且此现象是由于短路或接地故障产生，所以我们在测试其功能时需要通过设备反演现场故障电流变化。本文介绍一种用于电力测试的电流放大电路，通过功率放大器、三极管、电子负载组成的回路实现模拟线路电流，用于对故障指示器的测试。
关键字：功率放大；电流输出；故障指示器；电子负载
1.绪论
这些年来，随着配电自动化技术的发展，越来越多的新产品、新技术应用于配网系统，因此对于设备的测试与检查显得尤为重要。电流信号作为配电线路的主要采集参数，其传感设备的精度与稳定度直接决定了自动化设备的可靠性，因此，我司对于电流互感器、故障指示器、等设备的电流采样测试技术作为研究方向。
2.电路设计要求
对于功率放大的电流输出回路主要有几点：
（1）输出功率满足测试要求：为了输出满足故障指示器测试的电流条件，要求功放回路有足够大的输出幅度，可通过将线性可调的电阻装置设计于回路内，实现输出灵活的要求。
（2）输出效率高：由于电路的输出电流大，因此功率放大回路的内部消耗也会相应的变大，需要控制负载得到的有用电流功率和电源供给的直流功率比值，提高回路的输出效率。
（3）失真度小：功率放大电路在内部先通过功放器进行一次信号升级，所以会产生一定的非线性失真，因此在放大器的选择上需同时考虑功率与失真度。
3.回路设计
测试装置为三相电源输入，通过整流器输出直流电压并施加于电流放大回路。整体回路由功率放大器、信号处理器、电流放大回路、反馈信号采集模块、线性可调电阻模块构成。
（1）功率放大器
放大电路的前端[2]是测试装置下发电流后初始DA转换的输出，通过功率放大器进行一次初始放大，使信号满足信号处理器的输入要求，本回路的功率放大器选用LM324，该款放大器带有真差动输入的运算放大器，具有真正的差分输入。与独立电源中使用的其他功率放大器相比，它可以工作在3V至32V的的供电电压下工作，共模输入范围包括负电源，因此在许多情况下可以避免使用外部偏置元件的需要。
（2）信号处理器
本设计中信号处理器的作用有两点：一是输出2路模拟信号，对应进行叠加形成大电流，二是与放大后的电流进行比较，确认是否达到设置要求，实现高精度的输出。
（3）电流放大回路
本回路通过电路叠加进行放大，由6个三极管组合形成，信号处理器的输出V1与V2分别至Q1与Q2三极管的基极，且Q1的集电极为整流器的直流正极输出，Q2的集电极为Q3与Q5的发射极，同时二者也存在电压差，形成回路。Q3与Q5的集电极同为整流器输出DC+，基极同为Q1的发射极；Q4与Q6的集电极为Q3与Q5的发射极，输出为整流器的直流负极输出。当线路工作时DC+带直流正电荷，Q3、Q5的发射极所在的负载为相对低电压电路，电子从DC+经过三极管流向负载电路；整流器输出的DC-带直流负电荷，同时为Q4、Q6的发射极，电子从负载回路流向DC-，形成电压级差实现电路的叠加。
（4）反馈信号采集模块
本模块实际为高精度电流互感器，用于采集输出回路串联电阻的负载电流，将设备输出的电流通过互感器采集为模拟信号反馈至信号处理器，并在信号处理器进行比对调整，实现高精度、高稳定度的输出。同时，作为电路的输出精度自检元件，其本身的互感器精度为0.02s，即偏差为±0.02%。
（5）电子可调负载
要实现测试回路的线性放大，最可控的方法为在回路上增加电子式线性可调负载[4]，如需对装置的输出电流进行设置，只需将负载定值进行下发，配合功率放大器的一级放大，在实现测试电流生成的同时降低设备的功率。
4.工作原理
测试时将待检设备挂装于线路上，通过后台控制测试源下发状态序列，测试源通过数模装换将设置的数字信号转换为模拟信号，再通过本次设计电路中的功率放大器将功率进行一级放大，信号处理器获取前端功率放大器的给定信号并与高精度互感器传来的反馈信号进行比对，以达到精准输出，同时调整电源输出值；信号处理器输出两路电压，为第二级电流放大回路提供基础信号，再经过多个三极管放大功率后再并联输出，达到测试要求[5]。本回路的交流稳流精度为：稳态电流0A-1000A精度在0.05%以内[6]。在整体测试过程中需要反馈电流设定值、电路互感器回采值、待检设备采集值及其他第三方测试工具的采集值（如需要），通过比较这些数据确保本电路的电流输出满足测试需要，为电路的测试能力提供数据支撑。
结论
本电路目的为输出高精度、高稳定度的电流[7]，通过功率放大及电阻配合的形式实现。在元器件选型时参考现有技术，结合本身的装置需求完成整体设计，从而达到满足配电自动化设备测试的需求，尤其适合故障指示器、电流互感器等高精度设备，提高配网运行的可靠性。因为本电路为电流放大功能，因此需要对放大后的电路进行保护及绝缘抗干扰设计，避免由于长时间输出或外部影响导致输出精度下降，提高设备的耐用抗老化能力。
参考文献:
[1] 杨阳，基于微处理器的多点电流信号采集及优化设计，计算机测量与控制2016.24(5)
[2] 张石锐、郑文刚、黄丹枫、赵春江，微弱信号检测的前置放大电路设计，计算机信息，2008年第25卷第8-2期
[3] 易清明、张静、石敏，低功耗CMOS集成运算放大器的研究与设计，微电子学，第37卷第3期
论文作者:龙秋风1,范强1,徐玉韬1,刘斌1,徐修远2,冯灵
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
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