CN105510669B - 电子式电流互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子式电流互感器，所述电流互感器包括电子式电流互感器主体、图像检测设备和TI公司的DSP芯片，所述图像检测设备用于对所述电子式电流互感器主体的外壳进行骨架缺陷分析，所述TI公司的DSP芯片接收所述骨架缺陷分析结果并将所述骨架缺陷分析结果发送到显示设备进行显示。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的骨架缺陷种类的自动化分析。
Description
本发明是申请号为201510782589.X、申请日为2015年11月16日、发明名称为“电子式电流互感器”的专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及电子式电流互感器领域，尤其涉及一种电子式电流互感器。
背景技术
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外壳骨架缺陷检测设备，仍依赖人工巡检的模式进行，检测效率不高。
为此，本发明搭建了一种电子式电流互感器，优化现有的电子式互感器的结构，提高电子式互感器的工作性能，更重要的是，将外壳骨架缺陷检测设备集成到电子式互感器上，电子式互感器自身即可实现缺陷种类判断，提高电子式互感器智能化水平。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种电子式电流互感器，一方面，优化现有的电子式电流互感器的结构，提高电子式电流互感器的产品质量，另一方面，引入了有针对性的高精度的各种图像处理设备对电子式电流互感器的外壳骨架进行缺陷种类分析，有效避免现场事故的发生。
根据本发明的一方面，提供了一种电子式电流互感器，所述电流互感器包括电子式电流互感器主体、图像检测设备和TI公司的DSP芯片，所述图像检测设备用于对所述电子式电流互感器主体的外壳进行骨架缺陷分析，所述TI公司的DSP芯片接收所述骨架缺陷分析结果并将所述骨架缺陷分析结果发送到显示设备进行显示。
更具体地，在所述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、TI公司的DSP芯片、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、TI公司的DSP芯片、显示设备和无线通信接口；高清摄像设备，设置在第一外壳的对立面，用于对第一外壳的表面进行拍摄，以获得相应的表面图像；高斯去噪设备，与所述高清摄像设备连接，用于对接收到表面图像进行高斯去噪处理，以获得去噪图像；平滑处理设备，与所述高斯去噪设备连接，用于对接收到的去噪图像进行平滑处理，以获得平滑图像；灰度化处理设备，与所述平滑处理设备连接，用于对接收到的平滑图像进行灰度化处理，以获得灰度化图像；列边缘检测设备，与所述灰度化处理设备连接，用于对所述灰度化图像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于像素数阈值的列记为边缘列；行边缘检测设备，与所述灰度化处理设备连接，用于对所述灰度化图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于像素数阈值的行记为边缘行；骨架分割设备，与所述列边缘检测设备和所述行边缘检测设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为第一外壳骨架存在区域，并从所述灰度化图像中分割出所述第一外壳骨架存在区域以作为骨架子图像输出，以将骨架子图像从灰度化图像的背景处分开；缺陷分析设备，与所述骨架分割设备连接，将所述骨架子图像与各种缺陷图像特征进行匹配，输出匹配成功的种类作为骨架缺陷种类；存储设备，与列边缘检测设备、行边缘检测设备和缺陷分析设备分别连接，用于预先存储像素数阈值和各种缺陷图像特征；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；TI公司的DSP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缺陷分析设备连接以接收骨架缺陷种类；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；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、TI公司的DSP芯片、显示设备和无线通信接口提供电力供应；显示设备，与TI公司的DSP芯片连接，用于实时显示骨架缺陷种类，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，在所述电子式电流互感器中：缺陷分析设备内部嵌有无线通信单元。
更具体地，在所述电子式电流互感器中：FPGA芯片与TI公司的DSP芯片被集成在一块集成电路板上。
更具体地，在所述电子式电流互感器中：无线通信接口为蓝牙通信接口。
更具体地，在所述电子式电流互感器中：高清摄像设备包括环境亮度传感器、辅助光源和CMOS传感器。
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 图像检测设备；3 TI公司的DSP芯片
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的电子式电流互感器的实施方案进行详细说明。
随着很多新材料的不断应用，互感器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，而且现有的电子式电流互感器本身缺乏对其外壳骨架识别的机制，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。
为此，本发明提出了一种电子式电流互感器，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，在电子式互感器的一次结构位置集成外壳骨架缺陷检测设备，提高一次结构外壳骨架缺陷种类识别的效率。
图1为本发明的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、图像检测设备和TI公司的DSP芯片，所述图像检测设备用于对所述电子式电流互感器主体的外壳进行骨架缺陷分析，所述TI公司的DSP芯片接收所述骨架缺陷分析结果并将所述骨架缺陷分析结果发送到显示设备进行显示。
接着，对本发明的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、TI公司的DSP芯片、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、TI公司的DSP芯片、显示设备和无线通信接口。
所述电流互感器包括：高清摄像设备，设置在第一外壳的对立面，用于对第一外壳的表面进行拍摄，以获得相应的表面图像；高斯去噪设备，与所述高清摄像设备连接，用于对接收到表面图像进行高斯去噪处理，以获得去噪图像；平滑处理设备，与所述高斯去噪设备连接，用于对接收到的去噪图像进行平滑处理，以获得平滑图像。
所述电流互感器包括：灰度化处理设备，与所述平滑处理设备连接，用于对接收到的平滑图像进行灰度化处理，以获得灰度化图像；列边缘检测设备，与所述灰度化处理设备连接，用于对所述灰度化图像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于像素数阈值的列记为边缘列；行边缘检测设备，与所述灰度化处理设备连接，用于对所述灰度化图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于像素数阈值的行记为边缘行；骨架分割设备，与所述列边缘检测设备和所述行边缘检测设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为第一外壳骨架存在区域，并从所述灰度化图像中分割出所述第一外壳骨架存在区域以作为骨架子图像输出，以将骨架子图像从灰度化图像的背景处分开。
所述电流互感器包括：缺陷分析设备，与所述骨架分割设备连接，将所述骨架子图像与各种缺陷图像特征进行匹配，输出匹配成功的种类作为骨架缺陷种类。
所述电流互感器包括：存储设备，与列边缘检测设备、行边缘检测设备和缺陷分析设备分别连接，用于预先存储像素数阈值和各种缺陷图像特征。
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。
所述电流互感器包括：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。
所述电流互感器包括：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：TI公司的DSP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缺陷分析设备连接以接收骨架缺陷种类。
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；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。
其中，二次电源，为光电转换设备、FPGA芯片、TI公司的DSP芯片、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：显示设备，与TI公司的DSP芯片连接，用于实时显示骨架缺陷种类，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，在所述电子式电流互感器中：缺陷分析设备内部嵌有无线通信单元；FPGA芯片与TI公司的DSP芯片被集成在一块集成电路板上；无线通信接口为蓝牙通信接口；高清摄像设备可包括环境亮度传感器、辅助光源和CMOS传感器。
另外，DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。
根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；(2)程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；(3)片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；(5)快速的中断处理和硬件I/O支持；(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；(7)可以并行执行多个操作；(8)支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
采用本发明的电子式电流互感器，针对现有技术中电子式电流互感器结构落后且无法实现外壳骨架缺陷自检的技术问题，通过改造电子式电流互感器的设备结构，提高电子式电流互感器的产品质量，同时，在电子式电流互感器的一次结构外壳位置引入了高精度的骨架缺陷检测设备，从而解决了上述技术问题。
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、图像检测设备和TI公司的DSP芯片，所述图像检测设备用于对所述电子式电流互感器主体的外壳进行骨架缺陷分析，所述TI公司的DSP芯片接收所述骨架缺陷分析结果并将所述骨架缺陷分析结果发送到显示设备进行显示；
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、TI公司的DSP芯片、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、TI公司的DSP芯片、显示设备和无线通信接口；
高清摄像设备，设置在第一外壳的对立面，用于对第一外壳的表面进行拍摄，以获得相应的表面图像；
高斯去噪设备，与所述高清摄像设备连接，用于对接收到表面图像进行高斯去噪处理，以获得去噪图像；
平滑处理设备，与所述高斯去噪设备连接，用于对接收到的去噪图像进行平滑处理，以获得平滑图像；
灰度化处理设备，与所述平滑处理设备连接，用于对接收到的平滑图像进行灰度化处理，以获得灰度化图像；
列边缘检测设备，与所述灰度化处理设备连接，用于对所述灰度化图像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于像素数阈值的列记为边缘列；
行边缘检测设备，与所述灰度化处理设备连接，用于对所述灰度化图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于像素数阈值的行记为边缘行；
骨架分割设备，与所述列边缘检测设备和所述行边缘检测设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为第一外壳骨架存在区域，并从所述灰度化图像中分割出所述第一外壳骨架存在区域以作为骨架子图像输出，以将骨架子图像从灰度化图像的背景处分开；
缺陷分析设备，与所述骨架分割设备连接，将所述骨架子图像与各种缺陷图像特征进行匹配，输出匹配成功的种类作为骨架缺陷种类；
存储设备，与列边缘检测设备、行边缘检测设备和缺陷分析设备分别连接，用于预先存储像素数阈值和各种缺陷图像特征；
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；
TI公司的DSP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缺陷分析设备连接以接收骨架缺陷种类；
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；
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、TI公司的DSP芯片、显示设备和无线通信接口提供电力供应；
显示设备，与TI公司的DSP芯片连接，用于实时显示骨架缺陷种类，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；
缺陷分析设备内部嵌有无线通信单元；
FPGA芯片与TI公司的DSP芯片被集成在一块集成电路板上。
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