CN101995502A - 电流电压一体化数字互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种数字互感器。电流电压一体化数字互感器，包括电源部分、高压线引入线、A/D转化部分、信号采样部分、信号输出部分。电源部分连接。A/D转化部分，A/D转化部分连接信号采样部分，信号采样部分连接用于连接高压线的高压线引入线，A/D转化部分还连接向外界输出信号的信号输出部分。电源部分包括一电源变压器，电源变压器的变压器一次侧的一端连接高压线引入线，另一端通过高压电容器接地。本发明利用高压电容电流获取电子转换部分的电流，转换后的电压和电流信号通过光纤完成电压绝缘隔离和信号传输，解决了高电压电流、电压信号采集、处理部分的工作电源问题，制造技术和难度相对简单。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种数字互感器。
背景技术
变电站中传统电流互感器(CT)和电压互感器(PT)采用电磁耦合原理，因此在高电压领域中对互感器的绝缘要求很高。数字化变电站中对CT、PT部分从源头实现了数字化处理，是对传统一次设备的巨大革命，但由于制造工艺复杂、成本高等因素不利于大规模普及应用。数字化互感器是数字化变电站中不可或缺的重要部件。
数字化互感器通常采用光纤进行绝缘隔离和完成信号传输，其电流和电压转换部分采用光磁转换和电子转换二种形式。但目前的光磁转换制造技术要求高，制造难度大；采用电子转换通过光纤传输技术成熟，但存在电子转换部分工作电源很难解决，目前一般通过光电传输能量供给电子转换工作存在能量限制等一系列困难，如何解决高电压电流、电压信号采集、处理部分的工作电源问题成为电子式互感器的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电流电压一体化数字互感器，以解决上述技术问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
电流电压一体化数字互感器，包括电源部分、高压线引入线、A/D转化部分、信号采样部分、信号输出部分；所述电源部分连接所述A/D转化部分，所述A/D转化部分连接所述信号采样部分，所述信号采样部分连接用于连接高压线的所述高压线引入线，所述A/D转化部分还连接一向外界输出信号的信号输出部分，其特征在于，所述电源部分包括一电源变压器，所述电源变压器的变压器一次侧的一端连接所述高压线引入线，另一端通过高压电容器接地。
上述设计中由于所述变压器一次侧直接接入所述高压线引入线，即工作时直接接入高压线，因此所述变压器一次侧的电位于所述高压线上的电位相近，甚至整个电源变压器上的电位与所述高压线上的电位相近，一般在几伏以内。因此对所述电源变压器与所述高压线引入线之间几乎不存在因为高压造成击穿的风险，因此可以允许适当降低绝缘要求和空间位置排布要求。有利于简化系统。
所述变压器一次侧连接高压电容器的一端通过至少3个串联的高压电容器接地。以对所连接的高压电容器进行分压。
所述变压器一次侧并联有一电容。以降低谐波干扰，和起到保护作用。
所述信号采样部分包括一电压采样模块；所述高压线引入线通过分压电阻组接地，所述电压采样模块的信号输入端接入所述分压电阻。对分压后的电压进行采样。
所述A/D转化部分包括一电压A/D转化部分，所述电压采样模块连接所述电压A/D转化部分，以实现A/D转化。
所述分压电阻组外设有一铁磁金属套。以屏蔽电磁干扰。
所述信号采样部分包括一电流采样模块；所述高压线引入线上绕有Rogowski线圈，所述Rogowski线圈的信号输入端连接所述电流采样模块。以降低所述电流采样模块上所承受的电流值。Rogowski线圈是将铜线绕在环形非铁磁骨架上制成，其原理早在1912年就已提出。
所述A/D转化部分包括一电流A/D转化部分，所述电流采样模块连接所述电流A/D转化部分，以实现A/D转化。
所述信号输出部分包括一对数据进行转化的数据转化模块和一光电转化模块，所述数据转化模块的信号输入端分别连接电压A/D转化部分和电流A/D转化部分，所述数据转化模块的信号输出端连接所述光电转化模块，所述光电转化模块引出光缆，通过光缆向外界输出信号。以避免电磁干扰，提高信号精度。
还包括一PCB板，所述A/D转化部分、电压采样模块、信号输出部分设置在所述PCB板上。以保证布局规范，和节约空间。
还包括一壳体，所述高压线引入线贯穿所述壳体，所述PCB板、分压电阻组和电源部分位于所述壳体内的空腔内。
所述壳体下方设有一绝缘套管，所述PCB板、分压电阻组和电源部分位于所述空腔内的上部。以避免击穿。
所述壳体与所述Rogowski线圈的环形非铁磁骨架之间设有一绝缘棒，以使电流采样时不受影响。
所述绝缘套管可以采用绝缘瓶结构的绝缘套管。以提高防击穿性能。
本发明利用高压电容电流获取电子转换部分的电流，转换后的电压和电流信号通过光纤完成电压绝缘隔离和信号传输，解决了高电压电流、电压信号采集、处理部分的工作电源问题，制造技术和难度相对简单。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参照图1、图2，电流电压一体化数字互感器，包括电源部分1、高压线引入线、A/D转化部分、信号采样部分、信号输出部分。电源部分1连接A/D转化部分，A/D转化部分连接信号采样部分，信号采样部分连接用于连接高压线的高压线引入线，A/D转化部分还连接一向外界输出信号的信号输出部分。电源部分1包括一电源变压器11，电源变压器11的变压器一次侧的一端连接高压线引入线，另一端通过高压电容器2接地。
上述设计中由于变压器一次侧直接接入高压线引入线，即工作时直接接入高压线，因此变压器一次侧的电位于高压线上的电位相近，甚至整个电源变压器11上的电位与高压线上的电位相近，一般在几伏以内。因此对电源变压器11与高压线引入线之间几乎不存在因为高压造成击穿的风险，因此可以允许适当降低绝缘要求和空间位置排布要求。有利于简化系统。
变压器一次侧连接高压电容器2的一端通过至少3个串联的高压电容器2接地。以对所连接的高压电容器2进行分压。高压电容器2串联产生一降压效果，电源变压器11的变压器一次侧的一端连接高压线引入线，这样，其二次输出电压在与一次输出电压的电位相差在几伏内，解决了工作电源和电子线路的绝缘问题。变压器一次侧并联有一电容。以降低谐波干扰，和起到保护作用。信号采样部分包括一电压采样模块3。高压线引入线通过分压电阻4组接地，电压采样模块3的信号输入端接入分压电阻4。对分压后的电压进行采样。A/D转化部分包括一电压A/D转化部分8，电压采样模块3连接电压A/D转化部分8，以实现A/D转化。
分压电阻4组外设有一铁磁金属套。以屏蔽电磁干扰。信号采样部分包括一电流采样模块5。高压线引入线上绕有Rogowski线圈6，Rogowski线圈6的信号输入端连接电流采样模块5。以降低电流采样模块5上所承受的电流值。Rogowski线圈6是将铜线绕在环形非铁磁骨架上制成，其原理早在1912年就已提出。A/D转化部分包括一电流A/D转化部分7，电流采样模块5连接电流A/D转化部分7，以实现A/D转化。
信号输出部分包括一对数据进行转化的数据转化模块9和一光电转化模块10，数据转化模块9的信号输入端分别连接电压A/D转化部分8和电流A/D转化部分7，数据转化模块9的信号输出端连接光电转化模块10，光电转化模块10引出光缆22，通过光缆22向外界输出信号。以避免电磁干扰，提高信号精度。
电流电压一体化数字互感器还包括一PCB板111，A/D转化部分、电压采样模块3、信号输出部分设置在PCB板111上。以保证布局规范，和节约空间。电流电压一体化数字互感器还包括一壳体112，高压线引入线贯穿壳体112，PCB板111、分压电阻4组和电源部分1位于壳体112内的空腔内。壳体112与Rogowski线圈6的环形非铁磁骨架之间设有一绝缘棒61，以使电流采样时不受影响。壳体112下方设有一绝缘套管211，PCB板111、分压电阻4组和电源部分1位于空腔内的上部。以避免击穿。绝缘套管211可以采用绝缘瓶结构的绝缘套管。以提高防击穿性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.电流电压一体化数字互感器，包括电源部分、高压线引入线、A/D转化部分、信号采样部分、信号输出部分；所述电源部分连接所述A/D转化部分，所述A/D转化部分连接所述信号采样部分，所述信号采样部分连接用于连接高压线的所述高压线引入线，所述A/D转化部分还连接一向外界输出信号的信号输出部分，其特征在于，所述电源部分包括一电源变压器，所述电源变压器的变压器一次侧的一端连接所述高压线引入线，另一端通过高压电容器接地。
2.根据权利要求1所述的电流电压一体化数字互感器，其特征在于，所述变压器一次侧连接高压电容器的一端通过至少3个串联的高压电容器接地。
3.根据权利要求2所述的电流电压一体化数字互感器，其特征在于，所述变压器一次侧并联有一电容。
4.根据权利要求1所述的电流电压一体化数字互感器，其特征在于，所述信号采样部分包括一电压采样模块；所述高压线引入线通过分压电阻组接地，所述电压采样模块的信号输入端接入所述分压电阻。
5.根据权利要求1所述的电流电压一体化数字互感器，其特征在于，所述A/D转化部分包括一电压A/D转化部分，所述电压采样模块连接所述电压A/D转化部分。
6.根据权利要求4所述的电流电压一体化数字互感器，其特征在于，所述信号采样部分包括一电流采样模块；所述高压线引入线上绕有Rogowski线圈，所述Rogowski线圈的信号输入端连接所述电流采样模块。
7.根据权利要求5所述的电流电压一体化数字互感器，其特征在于，所述A/D转化部分包括一电流A/D转化部分，所述电流采样模块连接所述电流A/D转化部分。
8.根据权利要求1、5或7所述的电流电压一体化数字互感器，其特征在于，所述信号输出部分包括一对数据进行转化的数据转化模块和一光电转化模块，所述数据转化模块的信号输入端分别连接电压A/D转化部分和电流A/D转化部分，所述数据转化模块的信号输出端连接所述光电转化模块，所述光电转化模块引出光缆，通过光缆向外界输出信号。
9.根据权利要求1至7中任意一项所述的电流电压一体化数字互感器，其特征在于，还包括一PCB板，所述A/D转化部分、电压采样模块、信号输出部分设置在所述PCB板上；
还包括一壳体，所述高压线引入线贯穿所述壳体，所述PCB板、分压电阻组和电源部分位于所述壳体内的空腔内；
所述壳体下方设有一绝缘套管，所述PCB板、分压电阻组和电源部分位于所述空腔内的上部。
10.根据权利要求9所述的电流电压一体化数字互感器，其特征在于，所述绝缘套管采用绝缘瓶结构的绝缘套管。
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Effective date of registration: 20121016 Address after: 200122 Shanghai City, Pudong New Area source deep road, No. 1122 Applicant after: Shanghai Electric Power Corporation Applicant after: State Grid Corporation of China Address before: 200122 Shanghai City, Pudong New Area source deep road, No. 1122 Applicant before: Shanghai Electric Power Corporation |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |