CN105445516B - 一种智能型电子式电流互感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能型电子式电流互感器，所述电流互感器包括电子式电流互感器主体、局部放电检测仪和ARM芯片，所述局部放电检测仪用于对所述电子式电流互感器主体的外壳进行缺陷种类检测，所述ARM芯片接收所述缺陷种类检测结果并将所述缺陷种类检测结果发送到远端的测量服务器处。通过本发明，能够在优化电子式电流互感器结构的同时，实现对电子式电流互感器现场外壳部分的缺陷自动检测。

Description

一种智能型电子式电流互感器

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种智能型电子式电流互感器。

背景技术

互感器的发展历史：互感器最早出现于19世纪末。随着电力工业的发展，互感器的电压等级和准确级别都有很大提高，还发展了很多特种互感器，如电压、电流复合式互感器、直流电流互感器，高准确度的电流比率器和电压比率器,大电流激光式电流互感器，电子线路补偿互感器，超高电压系统中的光电互感器，以及SF6全封闭组合电器(GIS)中的电压、电流互感器。在电力工业中，要发展什么电压等级和规模的电力系统，必须发展相应电压等级和准确度的互感器，以供电力系统测量、保护和控制的需要。

随着很多新材料的不断应用，互感器也出现了很多新的种类，电磁式互感器得到了比较充分的发展，其中铁心式电流互感器以干式、油浸式和气体绝缘式多种结构适应了电力建设的发展需求。然而随着电力传输容量的不断增长，电网电压等级的不断提高及保护要求的不断完善，一般的铁心式电流互感器结构已逐渐暴露出与之不相适应的弱点，其固有的体积大、磁饱和、铁磁谐振、动态范围小，使用频带窄等弱点，难以满难以满足新一代电力系统自动化、电力数字网等的发展需要。随着光电子技术的迅速发展，许多科技发达国家已把目光转向利用光学传感技术和电子学方法来发展新型的电子式电流互感器，简称光电电流互感器。国际电工协会已发布电子式电流互感器的标准。电子式互感器的含义，除了包括光电式的互感器，还包括其它各种利用电子测试原理的电压、电流传感器。

然而，现有的电子式电流互感器存在以下缺陷：(1)结构冗余度高，功耗比不够理想，导致生产的产品的质量较差；(2)互感器本身缺乏对其内部缺陷和外部缺陷的检测机制，仍旧采用人工定期定点检测的模式，检测结果的准确性和实时性无法得到保障。

因此，本发明提出了一种智能型电子式电流互感器，通过优化原有的电子式电流互感器的结构，提高成品质量，更好的满足采购方的需求，另外，在互感器本身集成多种缺陷检测设备进行自我检测，提高互感器的智能化水准。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种智能型电子式电流互感器，改造现有的电子式电流互感器的结构，在一次设备结构和二次设备结构二端同时进行优化设计，更关键的是，引入了有针对性的高精度的加压器、紫外成像仪、局部放电检测仪以及X射线机对互感器的内外结构进行缺陷检测，从而更快速、更准确地完成缺陷数据的传递和报警。

根据本发明的一方面，提供了一种智能型电子式电流互感器，所述电流互感器包括电子式电流互感器主体、局部放电检测仪和ARM芯片，所述局部放电检测仪用于对所述电子式电流互感器主体的外壳进行缺陷种类检测，所述ARM芯片接收所述缺陷种类检测结果并将所述缺陷种类检测结果发送到远端的测量服务器处。

更具体地，在所述智能型电子式电流互感器中，包括：电子式电流互感器主体，包括第一外壳、第二外壳、高压母线、空心线圈、铁心线圈、信号调理电路、模数转换电路、数据接收设备、数据发送设备、电光转换设备、下行光纤、一次电源、二次电源、上行光纤、光电转换设备、FPGA芯片、ARM芯片、LCD显示设备和无线通信接口；第一外壳，用于容纳高压母线、空心线圈、铁心线圈、信号调理电路、模数转换电路、数据接收设备、数据发送设备、电光转换设备和一次电源；第二外壳，用于容纳二次电源、光电转换设备、FPGA芯片、ARM芯片、LCD显示设备和无线通信接口；加压器，用于第一外壳增加预设压力值的外部压力，并在完成加压后发出加压提示信号；局部放电检测仪，与所述加压器连接，用于在接收所述加压提示信号后，开始检测第一外壳在加压过程中的局部放电图谱的特征，以根据检测的特征确定所述加压器是否存在局部放电现象，在确定存在局部放电现象后发出存在局放信号，同时根据局部放电现象中局放量的分析，确定第一外壳的缺陷种类；紫外成像仪，设置在第一外壳的对立面，用于检测第一外壳的放电信息，以确定第一外壳的异常放电位置；X射线机，设置在第一外壳的对立面，与所述紫外成像仪连接，用于在接收到第一外壳的异常放电位置时，自适应地对第一外壳的异常放电位置进行拍摄以获得相应的X射线数字图像，并对得到的X射线数字图像进行分析，以确定第一外壳内部存在缺陷的位置；高压母线，穿过空心线圈和铁心线圈；空心线圈，用作保护通道的传感头；铁心线圈，用作测量通道的传感头；信号调理电路，接收铁心线圈输出的信号，包括滤波处理子电路、移相处理子电路和放大处理子电路，用于对铁心线圈输出的信号依次进行滤波、移相和放大处理，并输出处理后的信号；模数转换电路与信号调理电路连接，用于将信号调理电路输出的信号进行8位的模数转换；数据接收设备，通过SPI接口与模数转换电路连接，对接收到的数据进行组合以及CRC校验；数据发送设备，通过SPI接口将校验后的数据发送到电光转换设备，所述校验后的数据为并行方式；电光转换设备，将校验后的数据通过下行光纤进行传输；光电转换设备，通过上行光纤接收所述校验后的数据；FPGA芯片，实现同时接收多路并行的校验后的数据，并进行并串转换，以获得多路串行的校验后的数据；ARM芯片，实现与FPGA芯片的总线接口连接并挂接无线通信接口；还通过无线通信接口与局部放电检测仪和X射线机分别连接以接收第一外壳的异常放电位置和第一外壳内部存在缺陷的位置；无线通信接口，将多路串行的校验后的数据发送到远端的测量服务器处，还将第一外壳的异常放电位置和第一外壳内部存在缺陷的位置发送到远端的测量服务器处；一次电源，为信号调理电路、模数转换电路、数据接收设备、数据发送设备和电光转换设备提供电力供应；二次电源，为光电转换设备、FPGA芯片、ARM芯片、LCD显示设备和无线通信接口提供电力供应；LCD显示设备，与ARM芯片连接，用于实时显示第一外壳的异常放电位置和第一外壳内部存在缺陷的位置，还用于实时显示多路串行的校验后的数据；其中，发送到远端的测量服务器处的数据正比于模数转换电路模数转换后的相应的数据。

更具体地，在所述智能型电子式电流互感器中：局部放电检测仪内部嵌有无线通信单元。

更具体地，在所述智能型电子式电流互感器中：X射线机内部嵌有无线通信单元。

更具体地，在所述智能型电子式电流互感器中：LCD显示设备为2K的显示分辨率。

更具体地，在所述智能型电子式电流互感器中：FPGA芯片与ARM芯片被集成在一块集成电路板上。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为本发明的智能型电子式电流互感器的结构方框图。

附图标记：1电子式电流互感器主体；2局部放电检测仪；3ARM芯片

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的智能型电子式电流互感器的实施方案进行详细说明。

普通互感器的结构如下：普通电流互感器的结构较为简单，由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。其工作原理与变压器基本相同，一次绕组的匝数(N1)较少，直接串联于电源线路中，一次负荷电流(I1)通过一次绕组时，产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流(I2)；二次绕组的匝数(N2)较多，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷(Z)串联形成闭合回路，由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数，I1N1＝I2N2，电流互感器额定电流比电流互感器实际运行中负荷阻抗很小，二次绕组接近于短路状态，相当于一个短路运行的变压器。

电子式互感器，通过对输入的电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连，数字量输入二次仪表对电压、电流的采样值进行运算，可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。

但是，现有技术中的电子式互感器设计不够合理，一次设备结构和二次设备结构仍需要优化，而且，现有的电子式互感器一般不配置内部缺陷和外部缺陷的检测设备，仍依赖人工定时进行缺陷数据提取以及缺陷种类识别，导致检测效率低下。

为此，本发明搭建了一种智能型电子式电流互感器，一方面，优化现有的电子式互感器的结构，另一方面，将各种有针对性的高精度缺陷检测设备集成到电子式互感器上，实现电子式互感器的缺陷自检。

图1为本发明的智能型电子式电流互感器的结构方框图，所述电流互感器包括电子式电流互感器主体、局部放电检测仪和ARM芯片，所述局部放电检测仪用于对所述电子式电流互感器主体的外壳进行缺陷种类检测，所述ARM芯片接收所述缺陷种类检测结果并将所述缺陷种类检测结果发送到远端的测量服务器处。

接着，对本发明的智能型电子式电流互感器的结构进行具体说明。

所述电流互感器包括：电子式电流互感器主体，包括第一外壳、第二外壳、高压母线、空心线圈、铁心线圈、信号调理电路、模数转换电路、数据接收设备、数据发送设备、电光转换设备、下行光纤、一次电源、二次电源、上行光纤、光电转换设备、FPGA芯片、ARM芯片、LCD显示设备和无线通信接口；第一外壳，用于容纳高压母线、空心线圈、铁心线圈、信号调理电路、模数转换电路、数据接收设备、数据发送设备、电光转换设备和一次电源；第二外壳，用于容纳二次电源、光电转换设备、FPGA芯片、ARM芯片、LCD显示设备和无线通信接口。

所述电流互感器包括：加压器，用于第一外壳增加预设压力值的外部压力，并在完成加压后发出加压提示信号；局部放电检测仪，与所述加压器连接，用于在接收所述加压提示信号后，开始检测第一外壳在加压过程中的局部放电图谱的特征，以根据检测的特征确定所述加压器是否存在局部放电现象，在确定存在局部放电现象后发出存在局放信号，同时根据局部放电现象中局放量的分析，确定第一外壳的缺陷种类。

所述电流互感器包括：紫外成像仪，设置在第一外壳的对立面，用于检测第一外壳的放电信息，以确定第一外壳的异常放电位置；X射线机，设置在第一外壳的对立面，与所述紫外成像仪连接，用于在接收到第一外壳的异常放电位置时，自适应地对第一外壳的异常放电位置进行拍摄以获得相应的X射线数字图像，并对得到的X射线数字图像进行分析，以确定第一外壳内部存在缺陷的位置。

所述电流互感器包括：高压母线，穿过空心线圈和铁心线圈；空心线圈，用作保护通道的传感头；铁心线圈，用作测量通道的传感头；信号调理电路，接收铁心线圈输出的信号，包括滤波处理子电路、移相处理子电路和放大处理子电路，用于对铁心线圈输出的信号依次进行滤波、移相和放大处理，并输出处理后的信号；模数转换电路与信号调理电路连接，用于将信号调理电路输出的信号进行8位的模数转换。

所述电流互感器包括：数据接收设备，通过SPI接口与模数转换电路连接，对接收到的数据进行组合以及CRC校验；数据发送设备，通过SPI接口将校验后的数据发送到电光转换设备，所述校验后的数据为并行方式；电光转换设备，将校验后的数据通过下行光纤进行传输；光电转换设备，通过上行光纤接收所述校验后的数据。

所述电流互感器包括：FPGA芯片，实现同时接收多路并行的校验后的数据，并进行并串转换，以获得多路串行的校验后的数据。

所述电流互感器包括：ARM芯片，实现与FPGA芯片的总线接口连接并挂接无线通信接口；还通过无线通信接口与局部放电检测仪和X射线机分别连接以接收第一外壳的异常放电位置和第一外壳内部存在缺陷的位置。

所述电流互感器包括：无线通信接口，将多路串行的校验后的数据发送到远端的测量服务器处，还将第一外壳的异常放电位置和第一外壳内部存在缺陷的位置发送到远端的测量服务器处。

所述电流互感器包括：一次电源，为信号调理电路、模数转换电路、数据接收设备、数据发送设备和电光转换设备提供电力供应；二次电源，为光电转换设备、FPGA芯片、ARM芯片、LCD显示设备和无线通信接口提供电力供应。

所述电流互感器包括：LCD显示设备，与ARM芯片连接，用于实时显示第一外壳的异常放电位置和第一外壳内部存在缺陷的位置，还用于实时显示多路串行的校验后的数据；其中，发送到远端的测量服务器处的数据正比于模数转换电路模数转换后的相应的数据。

可选地，在所述智能型电子式电流互感器中：局部放电检测仪内部嵌有无线通信单元；X射线机内部嵌有无线通信单元；LCD显示设备为2K的显示分辨率；以及，FPGA芯片可以与ARM芯片被集成在一块集成电路板上。

另外，模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。

模拟数字转换器的分辨率是指，对于允许范围内的模拟信号，它能输出离散数字信号值的个数。这些信号值通常用二进制数来存储，因此分辨率经常用比特作为单位，且这些离散值的个数是2的幂指数。例如，一个具有8位分辨率的模拟数字转换器可以将模拟信号编码成256个不同的离散值(因为2^8＝256)，从0到255(即无符号整数)或从-128到127(即带符号整数)，至于使用哪一种，则取决于具体的应用。

采用本发明的智能型电子式电流互感器，针对现有技术中电子式电流互感器结构落后且无法实现内外缺陷自检的技术问题，通过改造电子式电流互感器的一次设备结构和二次设备结构，提高电子式电流互感器的产品质量，更关键的是，在电子式电流互感器上集成了高精度的内外缺陷检测设备，提高电子式电流互感器内外缺陷种类识别的准确性和实时性。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种智能型电子式电流互感器，所述电流互感器包括电子式电流互感器主体、局部放电检测仪和ARM芯片，所述局部放电检测仪用于对所述电子式电流互感器主体的外壳进行缺陷种类检测，所述ARM芯片接收所述缺陷种类检测结果并将所述缺陷种类检测结果发送到远端的测量服务器处；

其特征在于，所述电流互感器包括：

电子式电流互感器主体，包括第一外壳、第二外壳、高压母线、空心线圈、铁心线圈、信号调理电路、模数转换电路、数据接收设备、数据发送设备、电光转换设备、下行光纤、一次电源、二次电源、上行光纤、光电转换设备、FPGA芯片、ARM芯片、LCD显示设备和无线通信接口；

第一外壳，用于容纳高压母线、空心线圈、铁心线圈、信号调理电路、模数转换电路、数据接收设备、数据发送设备、电光转换设备和一次电源；

第二外壳，用于容纳二次电源、光电转换设备、FPGA芯片、ARM芯片、LCD显示设备和无线通信接口；

加压器，用于第一外壳增加预设压力值的外部压力，并在完成加压后发出加压提示信号；

局部放电检测仪，与所述加压器连接，用于在接收所述加压提示信号后，开始检测第一外壳在加压过程中的局部放电图谱的特征，以根据检测的特征确定所述加压器是否存在局部放电现象，在确定存在局部放电现象后发出存在局放信号，同时根据局部放电现象中局放量的分析，确定第一外壳的缺陷种类；

紫外成像仪，设置在第一外壳的对立面，用于检测第一外壳的放电信息，以确定第一外壳的异常放电位置；

X射线机，设置在第一外壳的对立面，与所述紫外成像仪连接，用于在接收到第一外壳的异常放电位置时，自适应地对第一外壳的异常放电位置进行拍摄以获得相应的X射线数字图像，并对得到的X射线数字图像进行分析，以确定第一外壳内部存在缺陷的位置；

高压母线，穿过空心线圈和铁心线圈；

空心线圈，用作保护通道的传感头；

铁心线圈，用作测量通道的传感头；

信号调理电路，接收铁心线圈输出的信号，包括滤波处理子电路、移相处理子电路和放大处理子电路，用于对铁心线圈输出的信号依次进行滤波、移相和放大处理，并输出处理后的信号；

模数转换电路与信号调理电路连接，用于将信号调理电路输出的信号进行8位的模数转换；

数据接收设备，通过SPI接口与模数转换电路连接，对接收到的数据进行组合以及CRC校验；

数据发送设备，通过SPI接口将校验后的数据发送到电光转换设备，所述校验后的数据为并行方式；

电光转换设备，将校验后的数据通过下行光纤进行传输；

光电转换设备，通过上行光纤接收所述校验后的数据；

FPGA芯片，实现同时接收多路并行的校验后的数据，并进行并串转换，以获得多路串行的校验后的数据；

ARM芯片，实现与FPGA芯片的总线接口连接并挂接无线通信接口；还通过无线通信接口与局部放电检测仪和X射线机分别连接以接收第一外壳的异常放电位置和第一外壳内部存在缺陷的位置；

无线通信接口，将多路串行的校验后的数据发送到远端的测量服务器处，还将第一外壳的异常放电位置和第一外壳内部存在缺陷的位置发送到远端的测量服务器处；

一次电源，为信号调理电路、模数转换电路、数据接收设备、数据发送设备和电光转换设备提供电力供应；

二次电源，为光电转换设备、FPGA芯片、ARM芯片、LCD显示设备和无线通信接口提供电力供应；

LCD显示设备，与ARM芯片连接，用于实时显示第一外壳的异常放电位置和第一外壳内部存在缺陷的位置，还用于实时显示多路串行的校验后的数据；

其中，发送到远端的测量服务器处的数据正比于模数转换电路模数转换后的相应的数据；

局部放电检测仪内部嵌有无线通信单元；

X射线机内部嵌有无线通信单元；

LCD显示设备为2K的显示分辨率；

FPGA芯片与ARM芯片被集成在一块集成电路板上。