CN103076481A - 三相集成电子式互感器 - Google Patents

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韩志刚
顾翼南
颜睿
叶祖标
陈明洁
汪大杰
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Abstract

本发明涉及一种三相集成电子式互感器，包括本体以及与所述本体相连接的信号转换盒，所述本体内浇注有三相测量组件，所述三相测量组件均包括电压传感器和电流传感器，所述信号转换盒内安装有信号转换模块。本发明提供的三相集成电子式互感器采用共体式结构，集成三相电流、三相电压和零序电流、零序电压测量功能，结构简单、安装方便、维护简单；信号输出采用小信号电流环方式，抗干扰能力强；电压传感器和电流传感器分别采用罗氏线圈和电容式电压传感器，没有传统电磁式互感器的磁滞效应和饱和现象，可满足高精度的测量要求。

Description

三相集成电子式互感器
技术领域
本发明涉及一种三相集成电子式互感器。
背景技术
在电力系统普遍应用的电流电压测量装置中，电压、电流传感器作为电网参数的主要参数测量方式被广泛应用，随着保护功能不断丰富，可靠性要求不断提高，电力系统中已经不再单独依靠电流互感器来提供测量和保护信号，测量和保护装置需要采集三相电流、三相电压、零序电流、零序电压等多个测量信号，目前常见的解决方案是分别采用电压互感器、电流互感器、零序电压互感器、零序电流互感器测量各自的电量信号，使得开关设备体积庞大、接线复杂，成本高昂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种集成三相电流、电压和零序电流、电压测量功能、相位误差小、无磁饱和，测量范围大、响应频带宽的三相集成电子式互感器。
本发明提供的三相集成电子式互感器采用的主要技术方案为：包括本体以及与所述本体相连接的信号转换盒，所述本体内浇注有三相测量组件，所述三相测量组件均包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器采用电容式电压传感器，所述电流传感器采用罗氏线圈，所述信号转换盒内安装有信号转换模块，所述三相测量组件与所述信号转换模块相连接。
本发明提供的三相集成电子式互感器还可具有如下附属技术特征：
所述信号转换模块包括相连接的信号放大单元、信号合成单元、信号积分单元以及信号转换单元。
所述信号合成单元将三相电压和三相电流分别进行相序信号矢量相加合成零序电压信号和零序电流信号,所述信号转换单元将所有测量信号转换为电流型信号输出。
所述电压传感器和电流传感器采用同轴安装，所述电压传感器位于所述电流传感器内部，在所述本体上对应所述电压传感器的轴心处开设有预留孔，被测一次导体由所述预留孔穿过所述电压传感器的轴心。
所述电压传感器包括采用同心安装的接地电极、低压电极以及高压电极，所述接地电极、低压电极以及高压电极之间采用环氧树脂进行绝缘。
所述信号放大单元包括一运算放大器A1以及连接在所述运算放大器A1上的电阻R1、R2和可变电阻R3、过压保护二极管D1，可变电阻R3校正所述三相测量组件输出的信号。
所述信号合成单元包括运算放大器A2以及连接在所述运算放大器A2上的电阻R4、R5、R6、R7、R8。
所述信号积分单元包括运算放大器A3以及连接在所述运算放大器A3上的电阻R9、R10、R11、电容C1。
所述信号转换单元包括运算放大器A4以及连接在所述运算放大器A4上的电阻R12、电容C2、保护二极管D2、互感器CT1，所述R12将电流信号转换为电压信号。
采用本发明提供的三相集成电子式互感器带来的有益效果为：集成三相电流、电压和零序电流、电压测量功能，分别采用罗氏线圈和电容分压形式分别测量系统电流和电压，没有采用传统电磁式的工频变压器形式，没有传统电磁式互感器的磁滞效应，相位误差小、无磁饱和，测量范围大、响应频带宽。采用三相共体时结构，大大降低安装尺寸，方便使用和维护。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为本发明的三相测量组件中的其中一相的剖视图。
图3为本发明的工作原理框图。
图4为本发明中罗氏线圈的结构图。
图5为本发明中电容电压传感器工作原理图。
图6为本发明中信号放大单元的原理图。
图7为本发明中信号合成单元的原理图。
图8为本发明中信号积分单元的原理图。
图9为本发明中信号转换单元的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步的详述：
如图1至图2所示，按照本发明提供的三相集成电子式互感器的实施例，包括本体1以及与所述本体1相连接的信号转换盒2，所述本体内浇注有三相测量组件3，所述三相测量组件3均包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器采用电容式电压传感器，所述电流传感器采用罗氏线圈31，所述信号转换盒2内安装有信号转换模块21，所述三相测量组件3与所述信号转换模块21相连接。
参见图1至图2，按照本发明提供的三相集成电子式互感器的实施例，所述电压传感器和电流传感器采用同轴安装，所述电压传感器位于所述电流传感器内部，在所述本体1上对应所述电压传感器的轴心处开设有预留孔22，被测一次导体由所述预留孔22穿过所述电压传感器的轴心。
参见图1至图2，按照本发明提供的三相集成电子式互感器的实施例，所述电压传感器包括采用同心安装的接地电极32、低压电极33以及高压电极34，所述接地电极32、低压电极33以及高压电极34之间采用环氧树脂进行绝缘，所述接地电极32与所述低压电极33形成低压电容CB，所述高压电极34与所述低压电极33形成高压电容CA，所述的电压传感器为电容式电压传感器，本互感器采用三相共体式结构，采用环氧绝缘材料将三相电压、电流测量组件浇注为一个整体，被测高压导体从互感器的三个预留孔22中穿过，互感器测量部件输出信号线经过伞裙进入信号转换模块21。
如图4所示，罗氏线圈31是均匀绕在非磁性骨架上的线圈，罗氏线圈31测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律,当被测电流沿轴线通过罗氏线圈中心时，线圈上产生出的电压正比于所穿过电流的变化率，即：
Figure BDA00002655066500041
其中M为互感系数，在罗氏线圈21的横截面积、匝数、尺寸确定之后为一定值，M值即可确定。由于线圈输出的电压信号为被测电流的微分值而且信号十分微弱，需要对输出的电压信号放大后再进行积分运算才能还原出原电流信号，积分计算表达公式如下：
Figure BDA00002655066500042
I(t)为被测电流的原始值。
如图5所示，电压测量采用电容分压方式，CA为高压侧电容，U1为被测高压相电压，CB为低压侧分压电容，安装在信号处理板上，U2为输出电压，利用基本的电容分压公式有：
Figure BDA00002655066500043
通过改变CA与CB之间的比值可改变分压比，应用于不同电压等级电路的电压测量。
参见图3，按照本发明提供的三相集成电子式互感器的实施例，所述信号转换模块21包括信号放大单元211、信号合成单元212、信号积分单元213以及信号转换单元214，所述信号放大单元211放大所述三相测量组件3输出的电压信号，所述信号积分电路213将罗氏线圈输出信号还原为与一次电流同相位的信号，所述信号转换电路214，将电压型信号转换为电流型信号。所述信号合成单元212将三相电压和三相电流分别进行矢量相加，合成零序出电压信号和零序电流信号。
互感器本体中电流传感器输出的三相电压信号首先进入信号放大单元进行放大和微调，输出的电流信号经由信号积分单元213进行积分转换，然后由信号转换单元214将电压信号转换为电流型信号输出；信号放大单元输出的三相电流信号还要进入信号合成单元212进行零序电流矢量合成，合成后的零序电流信号经过信号积分单元213后再由信号转换单元214将电压信号转换为电流型信号输出。
互感器本体中电压传感器输出的三相电压信号首先进入信号放大单元2进行放大和微调，输出至信号转换单元214将电压信号转换为电流型信号输出；信号放大单元输出的三相电压信号还要进入信号合成单元212进行零序电压矢量合成，合成后的零序电流信号由信号转换单元214将电压信号转换为电流型信号输出。
信号放大单元的原理图如图6所示，所述信号放大单元211包括一运算放大器A1以及连接在所述运算放大器A1上的电阻R1、R2和可变电阻R3、过压保护二极管D1，可变电阻R3校正所述三相测量组件3输出的信号。信号放大单元211的功能是对电压传感器和电流传感器输出的信号进行放大，其中，Uin可以为低压侧分压电容CB，电路采用电压负反馈方式，输入与输出相位相同，输入输出关系式为：
Figure BDA00002655066500051
通过调节R3阻值可以调节放大倍数，用来校正三相的输出信号符合标准值。
信号合成单元的原理图如图7所示，所述信号合成单元212包括运算放大器A2以及连接在所述运算放大器A2上的电阻R4、R5、R6、R7、R8。信号合成单元212的作用是合成零序电压和零序电流，通过对相序信号进行矢量相加完成零序信号的合成，信号合成单元212采用同相有源加法电路，当电阻R4、R5、R6阻值相等，R8等于2倍R7时，输入输出关系为：Uo＝Ua+Ub+Uc。
信号积分单元的原理图如图8所示，所述信号积分单元213包括运算放大器A3以及连接在所述运算放大器A3上的电阻R9、R10、R11、电容C1。信号积分单元213的功能是对罗氏线圈31输出的信号进行积分运算，还原出与一次电流一致的信号。电路采用反相有源积分方式，输入输出信号关系式为：
Figure BDA00002655066500061
积分电路输出的信号是与被测电流反相的电压信号。
信号转换单元的原理图如图9所示，所述信号转换单元214包括运算放大器A4以及连接在所述运算放大器A4上的电阻R12、电容C2、保护二极管D2、互感器CT1，电路采用电流反馈式放大电路，所述R12为电流采样电阻，用来确定输出电流与输入电压的关系。信号转换单元214的功能是将电压信号转换为电流信号，输入输出关系为：Iout＝Uin/R12。互感器CT1和电阻R位于控制器等装置内部，电流互感器CT1进行1:1隔离输出，R为采样电阻，将电流型信号变为电压型信号供控制器使用。

Claims (9)

1.一种三相集成电子式互感器，包括本体以及与所述本体相连接的信号转换盒，其特征在于：所述本体内浇注有三相测量组件，所述三相测量组件均包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器采用电容式电压传感器，所述电流传感器采用罗氏线圈，所述信号转换盒内安装有信号转换模块，所述三相测量组件与所述信号转换模块相连接。
2.根据权利要求1所述的三相集成电子式互感器，其特征在于：所述信号转换模块包括相连接的信号放大单元、信号合成单元、信号积分单元以及信号转换单元。
3.根据权利要求2所述的三相集成式电子互感器，其特征在于：所述信号合成单元将三相电压和三相电流分别进行相序信号矢量相加合成零序电压信号和零序电流信号，所述信号转换单元将所有测量信号转换为电流型信号输出。
4.根据权利要求1所述的三相集成电子式互感器，其特征在于：所述电压传感器和电流传感器采用同轴安装，所述电压传感器位于所述电流传感器内部，在所述本体上对应所述电压传感器的轴心处开设有预留孔，被测一次导体由所述预留孔穿过所述电压传感器的轴心。
5.根据权利要求4所述的三相集成电子式互感器，其特征在于：所述电压传感器包括采用同心安装的接地电极、低压电极以及高压电极，所述接地电极、低压电极以及高压电极之间采用环氧树脂进行绝缘。
6.根据权利要求2所述的三相集成式电子互感器，其特征在于：所述信号放大单元包括一运算放大器A1以及连接在所述运算放大器A1上的电阻R1、R2和可变电阻R3、过压保护二极管D1，可变电阻R3校正所述三相测量组件输出的信号。
7.根据权利要求2所述的三相集成式电子互感器，其特征在于：所述信号合成单元包括运算放大器A2以及连接在所述运算放大器A2上的电阻R4、R5、R6、R7、R8。
8.根据权利要求2所述的三相集成式电子互感器，其特征在于：所述信号积分单元包括运算放大器A3以及连接在所述运算放大器A3上的电阻R9、R10、R11、电容C1。
9.根据权利要求2所述的三相集成式电子互感器，其特征在于：所述信号转换单元包括运算放大器A4以及连接在所述运算放大器A4上的电阻R12、电容C2、保护二极管D2、互感器CT1，所述R12将电流信号转换为电压信号。
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