CN104330668B - 电子式互感器冗余装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电子式互感器冗余装置，包括三个独立的互感器；互感器均通过数据采集通道与多路信号控制模块连接；数据采集通道包括依次连接的信号采样模块、数据处理模块和误差校准模块；数据采集通道对互感器输出的测量信号进行采集和数据转换后发送到多路信号控制模块；多路信号控制模块对测量信号进行数据融合和处理后通过合并单元进行数据传输。与现有技术相比，本发明提供的一种电子式互感器冗余装置，采用不同原理的冗余通道并通过多路光纤信号自适应连接到合并单元，从而提高电子式互感器的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电器冗余装置，具体涉及一种电子式互感器冗余装置。
背景技术
电子式互感器由于其具有绝缘结构简单、无磁饱和、暂态响应范围大、体积小、输出信号可直接输入微机化计量及保护设备接口等优点得到了迅猛发展。其中特高压电子式互感器作为特高压变电站的重要组成部分，得到了越来越广泛的应用。特高压电子式互感器能够直接连接在变电站的高压母线和输电线上，若特高压电子式互感器失效或故障将会造成很大的损失，因此特高压电子式互感器由于长期运行的可靠性差、寿命第、误差和运行维护问题，影响了电子互感器在特高压电网中的推广应用。
电子式互感器的可靠性要求主要包括：
①：制造商应该供电子式互感器的可靠性指标：
不可修复产品的平均寿命(MTTF)；
可修复产品的平均寿命(MTBF)；
主要组成部分的故障模型及效应分析(FMEA)；
各组成部分间的关系和冗余设计的方框图；
指明需要维护的部分，并提供相关的维护程序。
②：提供有效措施防止由于电源故障、供电不足、内部元件失效及元件制造不良导致的电子式互感器误动作。
③：当电子式互感器的特定元件被更换后，应无需任何校准，还能维持其准确度等级。
电子式互感器的工作现场的干扰类别各不相同，由于当前的电子式互感器均采用单一原理结构，因此抗干扰能力受到限制。为了提高电子式互感器的可靠性主要包括：
①：提高电子式互感器的各元器件的可靠性和寿命；
②：增加冗余的数据采集通道。
因此，需要提供一种采用不同原理的冗余通道并通过多路光纤信号自适应连接到合并单元的电子式互感器冗余装置，从而提高电子式互感器的可靠性。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种电子式互感器冗余装置，所述装置包括数据采集通道，所述装置包括三个独立的互感器；所述互感器均通过数据采集通道与多路信号控制模块连接；所述数据采集通道包括依次连接的信号采样模块、数据处理模块和误差校准模块；
所述数据采集通道对所述互感器输出的测量信号进行采集和数据转换后发送到所述多路信号控制模块；
所述多路信号控制模块对所述测量信号进行数据融合和处理后通过合并单元传输。
优选的，所述电子式互感器为电子式电压互感器时，所述信号采样模块包括阻容分压单元、电容分压单元和pockels单元；所述阻容分压单元、电容分压单元和pockels单元分别与一个电子式电压互感器的输出端连接；
所述数据处理模块包括第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块；
所述误差校准模块包括第一校准模块、第二校准模块和第三校准模块；
优选的，所述阻容分压单元包括阻容分压电路和积分器，采集所述电子式电压互感器输出的测量信号，并将所述测量信号分别发送到第一处理模块和误差校准模块；
所述电容分压单元包括电容分压电路和信号隔离电路；所述电容分压电路包括串联的电容C1和电容C2；所述电容分压电路采集电子式互感器输出的测量信号，所述信号隔离电路对所述测量信号耦合隔离后将其发送到第二处理模块和误差校准模块；
所述pockels单元包括光源驱动电路、pockels晶体和光电转换电路；所述光源驱动电路向pockels晶体施加光源，所述pockels晶体与电子式电压互感器输出端连接，所述光电转换电路将所述pockels晶体折射出的光信号转换为电信号后将其发送到第三处理模块和误差校准模块；
优选的，所述第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块均包括信号放大电路，将电子式电压互感器输出的测量信号放大后发送到后发送到冗余装置的多路信号控制模块；
优选的，所述第一校准模块将阻容分压单元发送的数据分别与电容分压单元发送的数据和pockels单元发送的数据进行比较，判断所述阻容分压单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述电容分压单元或pockels单元发送的数据调整阻容分压单元输出信号的比例系数；
所述第二校准模块将电容分压单元发送的数据分别与阻容分压单元发送的数据和pockels单元发送的数据进行比较，判断所述电容分压单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述阻容分压单元或pockels单元发送的数据调整电容分压单元输出信号的比例系数；
所述第三校准模块将pockels单元发送的数据分别与阻容分压单元发送的数据和电容分压单元发送的数据进行比较，判断所述pockels单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述阻容分压单元或电容分压单元发送的数据调整pockels单元输出信号的比例系数；
优选的，所述电子式互感器为电子式电流互感器时，所述信号采样模块包括空心线圈采集单元、铁心线圈采集单元和全光纤互感器的调制解调单元；所述空心线圈采集单元、铁心线圈采集单元和光纤调制解调单元分别与一个电子式电流互感器的输出端连接；
所述数据处理模块包括第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块；
所述误差校准模块包括第一校准模块、第二校准模块和第三校准模块；
优选的，所述空心线圈采集单元包括空心线圈和积分器，采集所述电子式电流互感器输出的测量信号，并将所述测量信号分别发送到第一处理模块和误差校准模块；
所述铁心线圈采集单元包括铁心线圈和电流采集电路，所述铁心线圈与电子式电流互感器的输出端连接，所述电流采集电路采集所述铁心线圈输出的电流信号后，将其发送到第二处理模块和误差校准模块；
所述光纤调制解调单元包括光源驱动电路、光纤调制解调器和光电转换电路；所述光纤调制解调器与电子式电流互感器的输出端连接，所述光电转换电路将所述光纤调制解调器输出的光信号转换为电信号后将其发送到第三处理模块和误差校准模块；
优选的，所述第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块均包括信号放大电路，将电子式电流互感器输出的测量信号放大后发送到后发送到冗余装置的多路信号控制模块；
优选的，所述第一校准模块将空心线圈采集单元发送的数据分别与铁心线圈采集单元发送的数据和光纤调制解调单元发送的数据进行比较，判断所述空心线圈采集单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述铁心线圈采集单元或光纤调制解调单元发送的数据调整空心线圈采集单元输出信号的比例系数；
所述第二校准模块将铁心线圈采集单元发送的数据分别与空心线圈采集单元发送的数据和光纤调制解调单元发送的数据进行比较，判断所述铁心线圈采集单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述空心线圈采集单元或光纤调制解调单元发送的数据调整铁心线圈采集单元输出信号的比例系数；
所述第三校准模块将光纤调制解调单元发送的数据分别与空心线圈采集单元发送的数据和铁心线圈采集单元发送的数据进行比较，判断所述光纤调制解调单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述空心线圈采集单元或铁心线圈采集单元发送的数据调整光纤调制解调单元输出信号的比例系数；
优选的，所述多路信号控制模块包括数据融合单元、数据处理单元、误差校准单元、故障诊断单元和逻辑控制单元；
所述数据处理单元包括信号前置放大电路，分别对所述信号采样模块发送的三路测量信号放大后发送到数据融合单元；
所述数据融合单元，对所述三路测量信号进行数据融合，并将数据融合后的测量信号转换为符合通信要求的协议格式，串行发送到合并单元；
所述误差校准单元，用于当所述互感器中任一个发生故障后，依据与未发生故障的互感器连接的数据采集通道发送的数据，重新标定替换所述互感器的新互感器的误差系数；
所述故障诊断单元，依据所述信号采样模块发送的三路测量信号判断所述数据采集通道是否发生故障，并将与发生的故障类型对应的故障代码发送到合并单元和所述逻辑控制单元；
所述逻辑控制单元，依据所述故障代码向与发生故障的数据采集通道的旁路开关发送闭合信号，从而关闭数据采集通道的信号输出。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明技术方案中，数据采集通道包括三条数据采集通路，提高了冗余装置的可靠性；
2、本发明技术方案中，多路信号控制模块包括故障诊断单元和逻辑控制单元，能够在一条数据采集通路发生故障时，关闭该通路输出，同时可以实现该故障通路的在线替换；
3、本发明技术方案中，新更换的互感器能够根据另外两条数据采集通路的数据重新标定误差系数，解决了现有电子式互感器各部件之间不具有互换性的问题；
4、本发明提供的一种电子式互感器冗余装置，采用不同原理的冗余通道并通过多路光纤信号自适应连接到合并单元，从而提高电子式互感器的可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1：本实施例中电子式互感器冗余装置结构示意图；
图2：本发明实施例中电子式电压互感器的冗余装置结构图；
图3：本发明实施例中电子式电流互感器的冗余装置结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
一、如图1所示，本发明提供的一种电子式互感器包括数据采集通道和多路信号控制模块；数据采集通道与互感器连接，本实施例中互感器的数目为三，数据采集通道也包括三条数据采集通路；本实施例中互感器设置在GIS管道的同一截面且互相夹角为120°。
数据采集通道包括依次连接的信号采样模块、数据处理模块和误差校准模块，对互感器输出的测量信号进行采集和数据转换后发送到多路信号控制模块；
多路信号控制模块包括数据融合单元、数据处理单元、误差校准单元、故障诊断单元和逻辑控制单元，对测量信号进行数据融合和处理后通过合并单元进行数据传输。
电子式互感器包括电子式电压互感器和电子式电流互感器，其冗余装置的具体结构分别如图2和3所示，其中二者的多路信号控制模块结构完全相同。
二、电子式电压互感器冗余装置的数据采集通道；
1、信号采样模块包括阻容分压单元、电容分压单元和pockels单元；阻容分压单元、电容分压单元和pockels单元分别与一个电子式电压互感器的输出端连接，形成三条数据采集通路。
(1)阻容分压单元：
包括阻容分压电路和积分器，采集电子式电压互感器输出的测量信号，并将测量信号分别发送到第一处理模块和误差校准模块。
(2)电容分压单元：
包括电容分压电路和信号隔离电路；电容分压电路包括串联的电容C1和电容C2；电容分压电路采集电子式互感器输出的测量信号，信号隔离电路对测量信号耦合隔离，后将其发送到第二处理模块和误差校准模块。
(3)pockels单元：
包括光源驱动电路、pockels晶体和光电转换电路；光源驱动电路向pockels晶体施加光源，pockels晶体与电子式电压互感器输出端连接，光电转换电路将pockels晶体折射出的光信号转换为电信号后将其发送到第三处理模块和误差校准模块。
2、数据处理模块包括第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块，均包括信号放大电路，将电子式电压互感器输出的测量信号放大后发送到后发送到冗余装置的多路信号控制模块。
3、误差校准模块包括第一校准模块、第二校准模块和第三校准模块；
(1)第一校准模块将阻容分压单元发送的数据分别与电容分压单元发送的数据和pockels单元发送的数据进行比较，判断阻容分压单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据电容分压单元或pockels单元发送的数据调整阻容分压单元输出信号的比例系数。
(2)第二校准模块将电容分压单元发送的数据分别与阻容分压单元发送的数据和pockels单元发送的数据进行比较，判断电容分压单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据阻容分压单元或pockels单元发送的数据调整电容分压单元输出信号的比例系数。
(3)第三校准模块将pockels单元发送的数据分别与阻容分压单元发送的数据和电容分压单元发送的数据进行比较，判断pockels单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据阻容分压单元或电容分压单元发送的数据调整pockels单元输出信号的比例系数。
三、电子式电流互感器冗余装置的数据采集通道；
1、信号采样模块包括空心线圈采集单元、铁心线圈采集单元和全光纤互感器的调制解调单元；空心线圈采集单元、铁心线圈采集单元和光纤调制解调单元分别与一个电子式电流互感器的输出端连接，形成三条数据采集通路。
(1)空心线圈采集单元：
包括空心线圈和积分器，采集电子式电流互感器输出的测量信号，并将测量信号分别发送到第一处理模块和误差校准模块。
(2)铁心线圈采集单元：
包括铁心线圈和电流采集电路，铁心线圈与电子式电流互感器的输出端连接，电流采集电路采集铁心线圈输出的电流信号后，将其发送到第二处理模块和误差校准模块。
(3)光纤调制解调单元：
包括光源驱动电路、光纤调制解调器、和光电转换电路；光纤调制解调器与电子式电流互感器的输出端连接，光电转换电路将光纤调制解调器输出光信号转换为电信号后将其发送到第三处理模块和误差校准模块。
2、数据处理模块包括第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块，均包括信号放大电路，将电子式电流互感器输出的测量信号放大后发送到后发送到冗余装置的多路信号控制模块。
3、误差校准模块包括第一校准模块、第二校准模块和第三校准模块；
(1)第一校准模块将空心线圈采集单元发送的数据分别与铁心线圈采集单元发送的数据和光纤调制解调单元发送的数据进行比较，判断空心线圈采集单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据铁心线圈采集单元或光纤调制解调单元发送的数据调整空心线圈采集单元输出信号的比例系数。
(2)第二校准模块将铁心线圈采集单元发送的数据分别与空心线圈采集单元发送的数据和光纤调制解调单元发送的数据进行比较，判断铁心线圈采集单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据空心线圈采集单元或光纤调制解调单元发送的数据调整铁心线圈采集单元输出信号的比例系数。
(3)第三校准模块将光纤调制解调单元发送的数据分别与空心线圈采集单元发送的数据和铁心线圈采集单元发送的数据进行比较，判断光纤调制解调单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据空心线圈采集单元或铁心线圈采集单元发送的数据调整光纤调制解调单元输出信号的比例系数。
四、多路信号控制模块；
包括数据融合单元、数据处理单元、误差校准单元、故障诊断单元和逻辑控制单元。
1、数据处理单元包括信号前置放大电路，分别对信号采样模块发送的三路测量信号放大后发送到数据融合单元。
2、数据融合单元，对三路测量信号进行数据融合，并将数据融合后的测量信号转换为符合通信要求的协议格式，串行发送到合并单元。
3、误差校准单元，用于当互感器中任一个发生故障后，依据与未发生故障的互感器连接的数据采集通道发送的数据，重新标定替换互感器的新互感器的误差系数。
4、故障诊断单元，依据信号采样模块发送的三路测量信号判断数据采集通道是否发生故障，并将与发生的故障类型对应的故障代码发送到合并单元和逻辑控制单元。
5、逻辑控制单元，依据故障代码向与发生故障的数据采集通道的旁路开关发送闭合信号，从而关闭数据采集通道的信号输出。
五、本实施例中电子式互感器冗余装置的技术效果包括：
1、该电子式互感器冗余装置能够应用于500kV、750kV和1000kV的GIS系统中；
2、该电子式互感器冗余装置能够通过总线/以太网形成由三个相对独立电压测量系统/三个相对独立电流测量系统，实现一个系统处于“值班”状态，另外两个系统处于备用状态，一旦出现一个系统发生故障或异常，特别是处于“值班”状态的系统出现故障，能够将备用相替换故障相接替“值班”功能，并发出报警求救，实现在线更换故障系统；
3、该电子式互感器冗余装置由采用三种不同二次工作原理的电压测量系统和三种不同二次工作原理的电流测量系统，实现一个“值班”系统发生故障时，备用系统自动接替进入“值班”状态，同时实现了三个相对独立工作的测量系统可以在线相互核查彼此工作状态；
4、该电子式互感器冗余装置可在线更换任何一个故障或工作异常的测量系统时，不影响其他装置正常的计量、测量、保护功能；
5、该电子式互感器冗余装置的三个测量系统在线具有误差校准的功能。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (7)
1.一种电子式互感器冗余装置，所述装置包括数据采集通道，其特征在于，所述装置包括三个独立的互感器；所述互感器均通过数据采集通道与多路信号控制模块连接；所述数据采集通道包括依次连接的信号采样模块、数据处理模块和误差校准模块；
所述数据采集通道对所述互感器输出的测量信号进行采集和数据转换后发送到所述多路信号控制模块；
所述多路信号控制模块对所述测量信号进行数据融合和处理后通过合并单元传输；
所述多路信号控制模块包括数据融合单元、数据处理单元、误差校准单元、故障诊断单元和逻辑控制单元；
所述数据处理单元包括信号前置放大电路，分别对所述信号采样模块发送的三路测量信号放大后发送到数据融合单元；
所述数据融合单元，对所述三路测量信号进行数据融合，并将数据融合后的测量信号转换为符合通信要求的协议格式，串行发送到合并单元；
所述误差校准单元，用于当所述互感器中任一个发生故障后，依据与未发生故障的互感器连接的数据采集通道发送的数据，重新标定替换所述互感器的新互感器的误差系数；
所述故障诊断单元，依据所述信号采样模块发送的三路测量信号判断所述数据采集通道是否发生故障，并将与发生的故障类型对应的故障代码发送到合并单元和所述逻辑控制单元；
所述逻辑控制单元，依据所述故障代码向与发生故障的数据采集通道的旁路开关发送闭合信号，从而关闭数据采集通道的信号输出；
所述电子式互感器为电子式电压互感器时，所述信号采样模块包括阻容分压单元、电容分压单元和pockels单元；所述阻容分压单元、电容分压单元和pockels单元分别与一个电子式电压互感器的输出端连接；
所述数据处理模块包括第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块；
所述误差校准模块包括第一校准模块、第二校准模块和第三校准模块；
所述第一校准模块将阻容分压单元发送的数据分别与电容分压单元发送的数据和pockels单元发送的数据进行比较，判断所述阻容分压单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述电容分压单元或pockels单元发送的数据调整阻容分压单元输出信号的比例系数；
所述第二校准模块将电容分压单元发送的数据分别与阻容分压单元发送的数据和pockels单元发送的数据进行比较，判断所述电容分压单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述阻容分压单元或pockels单元发送的数据调整电容分压单元输出信号的比例系数；
所述第三校准模块将pockels单元发送的数据分别与阻容分压单元发送的数据和电容分压单元发送的数据进行比较，判断所述pockels单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述阻容分压单元或电容分压单元发送的数据调整pockels单元输出信号的比例系数。
2.如权利要求1所述的冗余装置，其特征在于，所述阻容分压单元包括阻容分压电路和积分器，采集所述电子式电压互感器输出的测量信号，并将所述测量信号分别发送到第一处理模块和误差校准模块；
所述电容分压单元包括电容分压电路和信号隔离电路；所述电容分压电路包括串联的电容C1和电容C2；所述电容分压电路采集电子式互感器输出的测量信号，所述信号隔离电路对所述测量信号耦合隔离后将其发送到第二处理模块和误差校准模块；
所述pockels单元包括光源驱动电路、pockels晶体和光电转换电路；所述光源驱动电路向pockels晶体施加光源，所述pockels晶体与电子式电压互感器输出端连接，所述光电转换电路将所述pockels晶体折射出的光信号转换为电信号后将其发送到第三处理模块和误差校准模块。
3.如权利要求1所述的冗余装置，其特征在于，所述第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块均包括信号放大电路，将电子式电压互感器输出的测量信号放大后发送到后发送到冗余装置的多路信号控制模块。
4.如权利要求1所述的冗余装置，其特征在于，所述电子式互感器为电子式电流互感器时，所述信号采样模块包括空心线圈采集单元、铁心线圈采集单元和全光纤互感器的调制解调单元；所述空心线圈采集单元、铁心线圈采集单元和光纤调制解调单元分别与一个电子式电流互感器的输出端连接；
所述数据处理模块包括第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块；
所述误差校准模块包括第一校准模块、第二校准模块和第三校准模块。
5.如权利要求4所述的冗余装置，其特征在于，所述空心线圈采集单元包括空心线圈和积分器，采集所述电子式电流互感器输出的测量信号，并将所述测量信号分别发送到第一处理模块和误差校准模块；
所述铁心线圈采集单元包括铁心线圈和电流采集电路，所述铁心线圈与电子式电流互感器的输出端连接，所述电流采集电路采集所述铁心线圈输出的电流信号后，将其发送到第二处理模块和误差校准模块；
所述光纤调制解调单元包括光源驱动电路、光纤调制解调器和光电转换电路；所述光纤调制解调器与电子式电流互感器的输出端连接，所述光电转换电路将所述光纤调制解调器输出的光信号转换为电信号后将其发送到第三处理模块和误差校准模块。
6.如权利要求4所述的冗余装置，其特征在于，所述第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块均包括信号放大电路，将电子式电流互感器输出的测量信号放大后发送到后发送到冗余装置的多路信号控制模块。
7.如权利要求4所述的冗余装置，其特征在于，所述第一校准模块将空心线圈采集单元发送的数据分别与铁心线圈采集单元发送的数据和光纤调制解调单元发送的数据进行比较，判断所述空心线圈采集单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述铁心线圈采集单元或光纤调制解调单元发送的数据调整空心线圈采集单元输出信号的比例系数；
所述第二校准模块将铁心线圈采集单元发送的数据分别与空心线圈采集单元发送的数据和光纤调制解调单元发送的数据进行比较，判断所述铁心线圈采集单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述空心线圈采集单元或光纤调制解调单元发送的数据调整铁心线圈采集单元输出信号的比例系数；
所述第三校准模块将光纤调制解调单元发送的数据分别与空心线圈采集单元发送的数据和铁心线圈采集单元发送的数据进行比较，判断所述光纤调制解调单元发送的数据是否存在误差，若存在误差，则依据所述空心线圈采集单元或铁心线圈采集单元发送的数据调整光纤调制解调单元输出信号的比例系数。
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