CN100549699C - 单相电能互感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及单相电能互感器,属于电能计量和互感器技术领域;该装置包括:一次端子,高压传感头模块,绝缘子,底座;其中,高压传感头模块通过一次端子连接高压母线;绝缘子内埋有光纤,绝缘子内的光纤与底座内的光纤通过光纤端子与光缆相连;高压传感头模块固定在绝缘子顶端,其输出端与绝缘子中的光纤相连。本发明可以最大程度的提高电能计量系统的准确级。

Description

单相电能互感器
技术领域
本发明属于电能计量和互感器技术领域,特别涉及一种含有电能计量功能的混合式电 子式互感器结构设计。
背景技术
在电力系统生产中,电能是其最终产品,对电能的计量极为重要。电能计量装置是对 电能进行计量的必要工具,是供、用电双方对用于供、用电贸易结算的有效手段。电能计 量装置的准确与否,直接关系到供、用电双方的经济利益。
电能计量装置,由现场装设的电压互感器(PT)、电流互感器(CT)和控制室内的电 能表组成。因而,电能计量装置的误差是由PT误差、CT误差、PT二次压降所导致的误 差和电能表的误差所组成的。其中,PT误差、CT误差称为电能计量一次回路误差,而PT 二次压降所导致的误差、电能表的误差称为电能计量二次回路误差。
从现场安装的互感器到电度表的二次连线一般较长(500米),尤其电压互感器(PT), 实际运行中,由这部分电压降造成的电能计量误差往往很大,以至严重影响电能装置的正 确性。为了满足规程对PT 二次回路电压降的要求,保证电能计量的准确、公正。有关部 门已采取过许多改造措施。但这些措施都不能完全消除PT 二次回路电压降对电能计量的 影响,有的措施还降低了系统可靠性,造成了计量系统的安全隐患。
由于PT和CT要求能够输出较大功率,所以测量互感器准确级提高很难。另外随着绝 缘等级的提升,电磁互感器重量和体积呈几何级上升,由于需要大量的铁磁性材料,成本 也呈几何级上升,由于釆用充油或气体绝缘,有漏油爆炸的危险。
发明内容
本发明目的在于为克服己有技术的不足之处,提供一种单相电能互感器,从互感器与 电能表一体设计上来解决电能计量装置的误差问题,可以最大程度的提高电能计量系统的 准确级。
本发明技术方案包括: 一次端子,高压传感头模块,绝缘子,底座;高压传感头模块
通过一次端子连接高压母线;绝缘内埋有光纤,绝缘子内的光纤与底座内的光纤通过光纤 端子与光缆相连;高压传感头模块固定在绝缘子顶端,其输出端与绝缘子中的光纤相连。 高压传感头含有电压、电流采样及电能计量处理电路;绝缘子实现高压传感头模块与低压侧之间的安全绝缘。 本发明的特点及效果-
本发明在电子式互感器上集成电能计量模块,成功避免了常规电能计量的二次压降带 来的误差。由于母线电压、电流传感器信号直接处理,不需要带载能力,所以它们准确级 可比传统PT、 CT设计更高,从而整体上提高电能计量精度。本发明可以整体上实现电能 计量和校验误差,不必PT、 CT、电能表分别校验。与互感器一体化安装,省去了电能计 量仪表安装步骤。同时还具备电子式互感器优秀的绝缘设计、准确级高等特点。
附图说明
图l为本发明整体结构原理框图。 图2为本发明高压传感头模块结构框图。 图3为本发明信号处理模块原理图。 图4为本发明信号调理模块电路原理图。
具体实施方式
本发明设计的单相电能互感器结合附图及实施例详细说明如下:
本发明的整体结构如图l所示,由一次端子ll,高压传感头模块12,绝缘子13,底座 14组成;其中,绝缘子13,采用硅橡胶套管,内部充绝缘介质,埋入光纤和电容分压器, 绝缘子实现高压传感头模块与低压侧之间的安全绝缘;绝缘子13底部与底座14固定,绝 缘子13内的光纤与底座内的光纤通过光纤端子与光缆相连;高压传感头模块输入端12通 过一次端子11连接到高压母线上;高压传感头模块12固定在绝缘子13顶端,其输出端与 绝缘子13中的光纤相连。高压传感头模块输出的电能、电压和电流等数字信号通过绝缘 子13内的光纤连接到底座14,再通过光缆传送到远端控制室中。
本发明的高压传感头模块实施例结构如图2所示,本模块26由电压传感器(分压器C) 23、电流传感器(取样线圈)22、信号处理器21构成;其中,电压传感器23 (分压器C) 与一次端子相连,电流传感器(取样线圈)22输入端与一次端子相连,电压传感器23输 出端、电流传感器22输出端均与信号处理器输入端相连,信号处理器的输出端与绝缘子 中的光纤相连。本模块26的工作原理为:分压器(实施例采用电容分压,埋入绝缘子中) 通过一次端子将母线上高电压通过转变成小电压信号,输出到信号处理器21;取样线圈(实 施例采用小铁芯线圈或罗氏线圈)通过一次端子将母线上通过的大电流转变成小电流信 号,输出到信号处理模块21。信号处理器21完成电压采样、电流采样、电能计量、光电 转换输出的数字光信号通过光纤24传送到底座。
本发明的信号处理器实施例如图3所示。由信号调理模块、电能计量芯片ADE7559、 模数转换芯片AD7894、处理器TMS320C5509、光电转换器件HFBR1414、电光转换器件HFBR2412和工作电源组成。电压电流传感器信号输入经过信号调理模块连接到电能计量 芯片和数模转换芯片。电能计量芯片ADE7559、数模转换芯片AD7894分别连接到处理器 TMS320C5509。处理器TMS320C5509接受远端控制室传来的命令,同时将结果输出到电 光转换器件HFBR2412。电源模块提供整个信号处理模块所需工作电源,它可以是激光电 源,也可以使母线感应电源。本实施例采用JDSU公司的1WPPM模块的激光电源。输入 为稳定的激光。
信号调理模块实施例结构如图4所示。包括电流调理电路和电压调理电路;其中电流 调理电路采用由电阻R6、 R7、 R8、 R9、 R10和运算放大器AD620组成的差分放大电路(虚 线上部分)、电压调理电路由电容C1、 C2、 C3、电阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5构成的三级 分压器和放大器OPA组成(虚线下部分)。
该模块的工作原理:电流输入后以40欧姆精密电阻R6转换为电压信号,然后进入以 AD620为核心的差分放大电路。电压输入后进入电容C1、 C2进行次级分压(绝缘子中电 容分压为初级分压),然后电阻R1、 R2进行三级分压,最后进入l: l运放电路中,电阻 R5为泄能电阻,电容C3为调整相差用,三级分压为了适应从低压到超高压各电压等级。
随着电压等级不同,绝缘子内部初级分压电容比不同,比如IIOKV互感器等级,初级 分压电容可釆用4nF/600nF。
本实施例工作原理如图2图3所示:母线穿过电流取样线圈,其输出的小电流信号; 电压分压器跨接在高压端和地线之间,其输出电压经进一步分压后转换成小电压信号。两 个小电压信号同时连接到电能计量芯片和模数转换芯片。电能计量芯片具备信号采集、处 理、计算和校准等功能,其输出有功、无功、电压电流有效值等。处理器对其进行初始化, 控制其工作并输出结果。数模转换芯片也是在处理器控制下进行采样并输出采样值。处理 器对电能计量结果和采样值进行处理后,输出到电光转换模块。通过串行方式传送上述数 字量。处理器通过光电转换模块接收远端命令,来确定采样和信息处理方式,可以进行同 步采样,远端具备激光发生器,通过光纤传送光能量。

Claims (4)

1、一种单相电能互感器,其特征在于,包括:一次端子,高压传感头模块,绝缘子,底座;其中,高压传感头模块通过一次端子连接高压母线;绝缘子内埋有光纤,绝缘子内的光纤与底座内的光纤通过光纤端子与光缆相连;高压传感头模块固定在绝缘子顶端,其输出端与绝缘子中的光纤相连;所述高压传感头模块由电压传感器、电流传感器、信号处理器构成;其中,电压传感器输入端、电流传感器输入端均与一次端子相连,电压传感器输出端、电流传感器输出端均与信号处理器输入端相连,信号处理器的输出端与绝缘子中的光纤相连。
2、 如权利要求1所述的单相电能互感器,其特征在于,所述电压传感器采用电容分 压器,所述电流传感器采用小铁芯线圈或罗氏线圈。
3、 如权利要求1所述的单相电能互感器,其特征在于,所述信号处理器包括:信号 调理模块、电能计量芯片、模数转换芯片、处理器芯片、光电转换器件、电光转换器件和 工作电源;电压电流传感器信号输入经过信号调理模块连接到电能计量芯片和数模转换芯 片;电能计量芯片、数模转换芯片分别连接到处理器;处理器接受远端控制室传来的命令, 同时将结果输出到电光转换器件;电源模块提供整个信号处理模块所需工作电源。
4、 如权利要求3所述的单相电能互感器,其特征在于,所述信号调理模块包括由差 分放大电路构成的电流调理电路和由三级分压器和放大器构成的电压调理电路。
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