CN103675433A - 用于电子式电流互感器的电流采样与保护电路 - Google Patents
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Abstract
针对现有电子式互感器结构复杂、信号易受干扰的不足，本发明提供一种用于电子式电流互感器的电流采样与保护电路，包括低功率线圈、屏蔽双绞线和一次采集器，通过屏蔽双绞线将低功率线圈与一次采集器相连接；所述一次采集器内含数模转换电路、电流互感器、采样电阻、滤波器电阻和滤波器电容；电流互感器T2将接收到的二次小电流进行线性隔离并传变，并由采样电阻将该二次小电流转化为电压信号后再经由滤波器电容和滤波器电阻组成的滤波器完成抗混叠滤波处理。本发明有以下优点：本产品不再需要设计积分电路，结构简单；本产品通过电流互感器进行信号的隔离并加强绝缘，确保测试的精度与可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电气设备及电气工程技术领域，属于有源电子式电流互感器保护电流采集技术，具体涉及用于电子式电流互感器的电流采样与保护电路。
背景技术
在已经投运的智能变电站中，有源电子式电流互感器多采用罗氏线圈作为保护通道的传感单元。罗氏线圈具有良好的线性传变性能，对于暂态电流测量具有很大的优势；但罗氏线圈的输出信号是对一次电流对应的微分电压信号，要还原一次电流，必须使用积分器。而模拟积分器长时间积分会带来累积误差，数字积分器有积分初值问题。同时，保护电流测量要考虑足够的动态范围，罗氏线圈在一次额定电流时输出的电压信号很微弱，易受到干扰。在实际运行的电子式互感器中，罗氏线圈输出信号容易受干扰以及积分器的不可靠性的影响，测量精度差。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种实用的有源电子式电流互感器保护电流传感方法，提高保护电流测量的可靠性。本发明使用低功率线圈（LPCT）转换一次电流，输出电流信号直接送入一次采集器，一次采集器使用电流互感器(CT)完成第二次电流转换后送入模数转换器得到数字量。基于LPCT和CT级联技术可提高保护电路测量的可靠性。
为了实现上述功能，本发明提供以下技术方案：
用于电子式电流互感器的电流采样与保护电路，包括低功率线圈T1、屏蔽双绞线L1和一次采集器，通过屏蔽双绞线L1将低功率线圈T1与一次采集器相连接；所述一次采集器内含数模转换电路U1，数模转换电路U1负责将接收到的模拟信号转为数字信号；低功率线圈T1套在待检测的一次母线的外部，当一次母线通过电流时，低功率线圈T1感应出对应的小电流信号；此外，一次采样器内还设有电流互感器T2、采样电阻R1、滤波器电阻R2和滤波器电容C1，其中，电流互感器T2由高压侧绕组和低压侧绕组两部分组成；通过屏蔽双绞线L1将低功率线圈T1与电流互感器T2的高压侧绕组相连接并构成一个闭合回路；电流互感器T2内低压侧绕组的一端分别与滤波器电阻R2的一端及采样电阻R1的一端相连接；滤波器电阻R2的另一端分别与滤波器电容C1的一端及数模转换电路U1的信号输入端相连接；滤波器电容C1的另一端分别与电流互感器T2内低压侧绕组的另一端以及采样电阻R1的另一端相连接；滤波器电容C1与采样电阻R1之间的连接点接地；即直接通过屏蔽双绞线L1，将低功率线圈T1感应得到的二次小电流送入一次采集器的电流互感器T2中；电流互感器T2将接收到的二次小电流进行线性隔离并传变，通过与电流互感器T2并联的采样电阻R1将该二次小电流转化为电压信号；该电压信号再经由滤波器电容C1和滤波器电阻R2组成的滤波器完成抗混叠滤波处理后，被送入数模转换电路U1完成模数信号的转换。
本发明有以下优点：
相对于传统结构，本发明产品可实现电流到电流的线性变换——用低功率线圈T1做为保护电流传感单元，省去了传统结构所必需的积分电路，从而使得本产品的电路结构简单，便于生产和推广；
本产品的电流互感器T2起到隔离的作用，一则能够防止自低功率线圈T1输入的冲击电压进入一次采集器内部电路，避免一次采集器的损坏；二则，在一次采集器内通过采样电阻R1将采样信号转变为电压信号，基于电压信号的抗干扰能力显著高于电流信号的机理，从而提高了一次采集器的电磁兼容水平；
本产品的通过采样电阻R1完成电流到电压的转化，避免了检测信号受高压输电线周围强电磁场的干扰而导致的信号失真与误差——利用电压信号受干扰小的机理，再通过滤波器电阻R2和滤波器电容C1的滤波处理、以及数模转换电路U1的模数转化处理后获得最终信号；
本产品的电流互感器T2的隔离特性能提供加强绝缘，能保证一次采集器内部电路不会被来自于母线的强电压所干扰或击穿，确保检测信号的可靠性；
本发明所述低功率线圈T1为圆形，由绕线均匀的绕制在有开口的硅钢片上，其稳态准确度5P级，暂态准确度5TPE级；低功率线圈T1的骨架采用高导磁性材料；低功率线圈T1感应得到的小电流信号直接经屏蔽双绞线L1输出给下一级电路；并且低功率线圈T1（LPCT）的成本只有普通线圈（CT）成本1/2，低功率线圈T1（LPCT）的重量为普通线圈（CT）重量的3/4；
本产品的低功率线圈T1在体积上和罗氏线圈基本相当，对已经使用罗氏线圈结构设计的有源电子式电流互感器来说，仅仅替换为低功率线圈T1即可，设备的外形结构不需要调整，降低了升级改造的成本；
本产品的低功率线圈T1输出电流信号，电流信号通过屏蔽电缆传输，相对电压信号来说，抗干扰能力更强。
附图说明
图1为本发明的电路结构简图。
图中的序号为：低功率线圈T1、屏蔽双绞线L1、电流互感器T2、采样电阻R1、滤波器电阻R2、滤波器电容C1、数模转换电路U1。
具体的实施方式
参见图1，用于电子式电流互感器的电流采样与保护电路，包括低功率线圈T1、屏蔽双绞线L1和一次采集器，通过屏蔽双绞线L1将低功率线圈T1与一次采集器相连接；所述一次采集器内含数模转换电路U1，数模转换电路U1负责将接收到的模拟信号转为数字信号；低功率线圈T1套在待检测的一次母线的外部，当一次母线通过电流时，低功率线圈T1感应出对应的小电流信号；一次采集器内还设有电流互感器T2、采样电阻R1、滤波器电阻R2和滤波器电容C1。
本产品采用改进的低功率线圈T1替代传统结构的罗氏线圈作为保护电流的传感单元，从体积角度考虑，改进后的低功率线圈T1和罗氏线圈大致相当，基本可以做到直接替代，而不需要更改一次结构。改进后的低功率线圈T1提高了其电流测量的线性范围，可满足电子式互感器保护电流稳态测量和暂态测量和精度要求。
电流互感器T2由高压侧绕组和低压侧绕组两部分组成；
通过屏蔽双绞线L1将低功率线圈T1的两端与电流互感器T2的高压侧绕组的两端相连接，构成一个闭合回路；电流互感器T2内低压侧绕组的一端分别与滤波器电阻R2的一端及采样电阻R1的一端相连接；滤波器电阻R2的另一端分别与滤波器电容C1的一端及数模转换电路U1的信号输入端相连接；滤波器电容C1的另一端分别与电流互感器T2内低压侧绕组的另一端以及采样电阻R1的另一端相连接；滤波器电容C1与采样电阻R1之间的连接点接地；
使用时，低功率线圈T1感应得到的二次小电流直接通过屏蔽双绞线L1送入一次采集器的电流互感器T2中；电流互感器T2将接收到的二次小电流进行线性隔离并传变，随后通过与电流互感器T2并联的采样电阻R1将该二次小电流转化为电压信号；该电压信号再经由滤波器电容C1和滤波器电阻R2组成的滤波器完成抗混叠滤波处理后，被送入数模转换电路U1完成模数信号的转换。
即在本产品中，低功率线圈T1获取的电流信号（二次小电流）不转化为电压信号，而是通过屏蔽双绞线L1传递到安装在高压侧的一次采集器中的电流互感器T2。电流互感器T2将电流信号（二次小电流）隔离后，先通过采样电阻R1完成电流到电压的转化，再通过滤波器电阻R2和滤波器电容C1的滤波处理、以及数模转换电路U1的模数转化处理后获得最终信号。
本产品的电流互感器T2起到隔离的作用，一则能够防止自低功率线圈T1输入的冲击电压进入一次采集器内部电路，避免一次采集器的损坏；二则，在一次采集器内通过采样电阻R1将采样信号转变为电压信号，基于电压信号的抗干扰能力显著高于电流信号的机理，从而提高了一次采集器的电磁兼容水平；数模转换电路U1采用型号为AD7688的芯片。
低功率线圈T1呈圆形，由绕线均匀的绕制在有开口的硅钢片上，其稳态准确度5P级，暂态准确度5TPE级；低功率线圈T1的骨架采用高导磁性材料；低功率线圈T1感应得到的小电流信号直接经屏蔽双绞线L1输出给下一级电路。
Claims (3)
1.用于电子式电流互感器的电流采样与保护电路，包括低功率线圈T1、屏蔽双绞线L1和一次采集器，通过屏蔽双绞线L1将低功率线圈T1与一次采集器相连接；所述一次采集器内含数模转换电路U1，数模转换电路U1负责将接收到的模拟信号转为数字信号；低功率线圈T1套在待检测的一次母线的外部，当一次母线通过电流时，低功率线圈T1感应出对应的小电流信号；
其特征在于，一次采集器内还设有电流互感器T2、采样电阻R1、滤波器电阻R2和滤波器电容C1，其中，电流互感器T2由高压侧绕组和低压侧绕组两部分组成；
通过屏蔽双绞线L1将低功率线圈T1与电流互感器T2的高压侧绕组相连接并构成一个闭合回路；电流互感器T2内低压侧绕组的一端分别与滤波器电阻R2的一端及采样电阻R1的一端相连接；滤波器电阻R2的另一端分别与滤波器电容C1的一端及数模转换电路U1的信号输入端相连接；滤波器电容C1的另一端分别与电流互感器T2内低压侧绕组的另一端以及采样电阻R1的另一端相连接；滤波器电容C1与采样电阻R1之间的连接点接地；即直接通过屏蔽双绞线L1，将低功率线圈T1感应得到的二次小电流送入一次采集器的电流互感器T2中；电流互感器T2将接收到的二次小电流进行线性隔离并传变，通过与电流互感器T2并联的采样电阻R1将该二次小电流转化为电压信号；该电压信号再经由滤波器电容C1和滤波器电阻R2组成的滤波器完成抗混叠滤波处理后，被送入数模转换电路U1完成模数信号的转换。
2.如权利要求1所述的用于电子式电流互感器的电流采样与保护电路，其特征在于，所述数模转换电路U1采用型号为AD7688的芯片。
3.如权利要求1所述的用于电子式电流互感器的电流采样与保护电路，其特征在于，低功率线圈T1呈圆形，由绕线均匀的绕制在有开口的硅钢片上，其稳态准确度5P级，暂态准确度5TPE级；低功率线圈T1的骨架采用高导磁性材料；低功率线圈T1感应得到的小电流信号直接经屏蔽双绞线L1输出给下一级电路。
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