CN107727910A - 一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置，包括无源电子式电流互感器敏感环、保偏光纤、无源电子式电流互感器电气单元、合并单元和故障录波及网络记录分析装置，敏感环套在被测变电站GIS出线套管外，电气单元通过保偏光纤发送光信号至敏感环，经敏感环内部反射镜反射后再经由保偏光纤返回电气单元，电气单元对偏振角变化后的电光信号进行光电转换及解调，输出电流数据至合并单元，合并单元将采集到的电流数据，打上同步时钟时标，形成电流报文发送至故障录波及网络记录分析装置，故障录波及网络记录分析装置解析所收到的电流报文，得到变电站相应的GIS的出线电流。本发明简单可靠、实用性强、数据准确。

Description

一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置

技术领域

本发明涉及一种基于无源电子式互感器的变电站电流采集装置，属于电力与电子传动技术领域。

背景技术

自第二次工业革命人类社会进入电气时代以来，电能得到广泛应用，推动了人类社会文明的快速发展。目前电气系统不仅深刻地影响着社会物质生产的各个方面，也越来越广地渗透到人类日常生活的各个层面，其发展程度和技术水准已成为各国经济与科技发展水平的重要标志之一，电气系统已经成为人类社会存在及发展的基础。传统电磁式电流互感器在常规输变电领域中长期应用，存在磁饱和、绝缘复杂、爆炸、二次开路危险以及占地面积大、安装不便、接线复杂等缺点。随着电网电压等级的升高，现有电磁式互感器已不能满足智能变电站的需求，并且传统电磁式电流互感器不能进行数据同步采集和传输，在应用中只能作为电路保护器件，无源电子式电流互感器基于法拉第磁光效应及安培环路定理，采用闭环控制及干涉式互易性光路技术，具有突出的技术优势。

然而，由于电网的规模比较大，单个的无源电子式电流互感器无法对全网电压电流等电网数据进行同步计量，也不能用于不同互感器之间的性能对比测试。因此，需要设计一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置，可以实现全网电流的同步采集。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于无源电子式互感器的变电站电流采集装置，该装置采用无源式无源电子式电流互感器，具有准确度高、测量范围大、暂态特性好、安装集成度高，体积小，节约空间成本等优点。

本发明的技术解决方案是：一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置，该装置包括无源电子式电流互感器敏感环、保偏光纤、无源电子式电流互感器电气单元、合并单元和故障录波及网络记录分析装置，无源电子式电流互感器敏感环套在被测变电站GIS出线套管外，无源电子式电流互感器电气单元通过保偏光纤发送光信号至无源电子式电流互感器敏感环，在无源电子式电流互感器敏感环中通过电流产生的磁场影响下，光信号偏振角发生变化，经无源电子式电流互感器敏感环内部反射镜反射后再经由保偏光纤返回无源电子式电流互感器电气单元，无源电子式电流互感器电气单元对偏振角变化后的电光信号进行光电转换及解调，输出电流数据至合并单元，合并单元将采集到的电流数据，打上同步时钟时标，按照预设的格式形成电流报文发送至故障录波及网络记录分析装置，故障录波及网络记录分析装置解析所收到的电流报文，得到变电站相应的GIS的出线电流。

所述合并单元实时接收外部输入的同步码，根据该同步码信号，产生同步时钟信号，根据同步时钟信号与无源电子式电流互感器电气单元进行时钟同步。

所述同步码为IRIG-B码。

所述合并单元与无源电子式电流互感器电气单元进行时钟同步一种方法为：合并单元接收到IRIG-B码之后解析IRIG-B码得到对时脉冲在两个对时脉冲之间产生均匀的N个脉冲作为同步时钟信号，并将同步时钟信号发送给无源电子式电流互感器电气单元，无源电子式电流互感器电气单元利用多个采样时刻的电流数据采用线性插值或抛物线插值的方法进行插值，得到合并单元发送的同步时钟上升沿或者下降沿对应的电流数据，并将该电流数据延迟预定的 m个采样时钟周期后发送至合并单元，合并单元在同步时钟的上升沿或者下降沿提取从电气单元发送电流数据，收到电流数据之后，根据该同步时钟上升沿或者下降沿跳变时刻减去m+1个时钟周期的延时，得到电流数据对应的时刻作为时标，最后，将时标和电流数据组帧发送至故障录波及网络记录分析装置。

所述合并单元与无源电子式电流互感器电气单元进行时钟同步的另一种方法为：合并单元接收到IRIG-B码之后解析IRIG-B码得到对时脉冲，在两个对时脉冲之间产生均匀的N个脉冲作为同步时钟信号；无源电子式电流互感器电气单元产生相同频率的本地采样时钟，并采用高于该本地采样时钟的时钟对电流信号进行采样，根据采样数据进行插值，得到本地采样时钟下降沿或者上升沿对应时刻的电流数据打上电气单元时标，将带有电气单元时标的电流数据延时固定的间隔ΔT之后发送至合并单元，合并单元收到电流数据之后对电流数据进行插值，得到合并单元同步时钟信号下降沿或者上升沿对应的电流数据，并且根据接收到电流数据的时刻减去固定的间隔ΔT得到插值数据对应的时刻作为时标，最后，将时标和电流数据组帧发送。

所述无源电子式电流互感器电气单元按照固定的频率发送光信号。

所述保偏光纤套装在绝缘波纹管内。

所述的预设的格式为IEC61850-9-2协议报文格式。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明采用套在被测变电站GIS出线套管外的无源电子式电流互感器敏感环感应GIS出线电流，相对于传统的电磁式电流互感器测量电流的方法而言，简化了电力主接线，减少了占地面积，提高了电网稳定性，并且准确度高、测量范围大、暂态特性好；

(2)、本发明合并单元通过同步时钟和数据插值的方法实现了与时钟同步，降低了数据处理的难度，方便多路集成。

(3)、本发明保偏光纤套装在绝缘波纹管内，防止光纤破损。

附图说明

图1为本发明一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置示意图；

图2为本发明实施例合并单元与无源电子式电流互感器第一种同步方式时序图；

图3为本发明实施例合并单元与无源电子式电流互感器第二种同步方式时序图；

图4为本发明实施例无源电子式电流互感器合并单元接口示意图；

图5为本发明实施例故障录波及网络记录分析装置接口示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种新型无源电子式互感器同步数据采集装置，不仅准确度高、测量范围大、暂态特性好、安装集成度高，而且体积小、节约空间成本，下面结合附图进行详细说明。

如图1所示一种新型无源电子式互感器同步数据采集装置，该系统包括无源电子式电流互感器敏感环1、保偏光纤2、无源电子式电流互感器电气单元3、合并单元5和故障录波及网络记录分析装置7，无源电子式电流互感器敏感环 1套在被测变电站GIS出线套管外，保偏光纤2包埋在绝缘波纹管内，防止光纤破损，无源电子式电流互感器电气单元3安装在就近的控制柜中，保偏光纤 2一端与无源电子式电流互感器敏感环1相连，另一端与无源电子式电流互感器电气单元3相连；无源电子式电流互感器电气单元3通过保偏光纤2按照2.29×1011MHz的频率发送光信号至无源电子式电流互感器敏感环1，无源电子式电流互感器敏感环1中通过电流时，电流产生的磁场影响光信号偏振角，经无源电子式电流互感器敏感环1内部反射镜反射后再经由保偏光纤2返回无源电子式电流互感器电气单元3，无源电子式电流互感器电气单元3对偏振角变化后的电光信号进行光电转换及解调，通过通信光纤4输出电流数据至合并单元5，合并单元将采集到的电流数据，打上同步时钟时标，按照预设的格式形成电流报文，再通过通信光纤4发送至故障录波及网络记录分析装置7，故障录波及网络记录分析装置解析所收到的电流报文，得到变电站相应的GIS的出线电流。采用套在被测变电站GIS出线套管外的无源电子式电流互感器敏感环1感应GIS出线电流，相对于传统的电磁式电流互感器测量电流的方法而言，简化了电力主接线，减少了占地面积，提高了电网稳定性，并且准确度高、测量范围大、暂态特性好。

所述合并单元5实时接收外部输入的同步码，根据该同步码信号，产生同步时钟信号，根据同步时钟信号与无源电子式电流互感器电气单元3进行时钟同步。

所述同步码为IRIG-B码。

如图2所示，所述合并单元5与无源电子式电流互感器电气单元3进行时钟同步一种方法为：合并单元5接收到IRIG-B码之后解析IRIG-B码得到对时脉冲，在两个对时脉冲之间产生均匀的4000个脉冲作为同步时钟信号，并将同步时钟信号发送给无源电子式电流互感器电气单元3，无源电子式电流互感器电气单元3利用多个采样时刻的电流数据采用线性插值或抛物线插值的方法进行插值，得到合并单元5发送的同步时钟上升沿或者下降沿对应的电流数据，并将该电流数据延迟预定的1个采样时钟周期后发送至合并单元5，合并单元 5在同步时钟的上升沿或者下降沿提取从电气单元发送电流数据，收到电流数据之后，根据该同步时钟上升沿或者下降沿跳变时刻减去2个时钟周期的延时，得到电流数据对应的时刻作为时标，最后，将时标和电流数据组帧发送至故障录波及网络记录分析装置7。

如图3所示，所述合并单元5与无源电子式电流互感器电气单元3进行时钟同步的另一种方法为：合并单元接收到IRIG-B码之后解析IRIG-B码得到对时脉冲，在两个对时脉冲之间产生均匀的N个脉冲作为同步时钟信号；无源电子式电流互感器电气单元3产生相同频率的本地采样时钟，并采用高于该本地采样时钟的时钟对电流信号进行采样，根据采样数据进行插值，得到本地采样时钟下降沿或者上升沿对应时刻的电流数据打上电气单元时标，将带有电气单元时标的电流数据延时固定的间隔ΔT(250μs)之后发送至合并单元5，合并单元5收到电流数据之后对电流数据进行插值，得到合并单元5同步时钟信号下降沿或者上升沿对应的电流数据，并且根据接收到电流数据的时刻减去固定的间隔ΔT得到插值数据对应的时刻作为时标，最后，将时标和电流数据组帧发送。

上述合并单元5通过同步时钟和数据插值的方法实现了与时钟同步，降低了数据处理的难度，方便多路集成。

合并单元也可以直接接收外部输入的对时脉冲，在两个对时脉冲之间产生均匀的4000个脉冲作为同步时钟信号。所述的预设的格式为IEC61850-9-2协议报文格式。

如图4所示，无源电子式电流互感器合并单元是配合光学互感器工程应用而开发的数据合并装置，其上包括了多个电子式互感器的输入输出接口：T1、 R1、T2、R2、T3、R3、T4、R4、T5、R5、T6、R6、T7、R7，可同时支持多个厂家采用不同原理的电子式互感器数据接入。其主要功能为：同步采集和处理多路电子式互感器输入的数据，并按照IEC61850-9-2协议，发送给继电保护、测量控制、计量等设备。

如图5所示，所述故障录波及网络记录分析装置，故障录波及网络记录分析装置支持两种常见的网络模式，分别为集中式和分布式。集中式结构方案中，装置的主要功能模块集中在一个6U机箱中，整个变电站的录波及报文数据集中在一个屏柜中。采用分布式方案时，每个保护小室装设一台标准的19英寸 1U的采集终端，各采集终端的数据需经过光缆传输至管理单元。本方案采用经济性高、管理便捷的集中式方案。

本发明中的无源电子式电流互感器敏感环的个数根据实际应用需要，可以有一个，也可以接入多个，合并单元也可以一台或多台。

说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置，其特征在于包括无源电子式电流互感器敏感环(1)、保偏光纤(2)、无源电子式电流互感器电气单元(3)、合并单元(5)和故障录波及网络记录分析装置(7)，无源电子式电流互感器敏感环(1)套在被测变电站GIS出线套管外，无源电子式电流互感器电气单元(3)通过保偏光纤(2)发送光信号至无源电子式电流互感器敏感环(1)，在无源电子式电流互感器敏感环(1)中通过电流产生的磁场影响下，光信号偏振角发生变化，经无源电子式电流互感器敏感环(1)内部反射镜反射后再经由保偏光纤(2)返回无源电子式电流互感器电气单元(3)，无源电子式电流互感器电气单元(3)对偏振角变化后的电光信号进行光电转换及解调，输出电流数据至合并单元(5)，合并单元将采集到的电流数据，打上同步时钟时标，按照预设的格式形成电流报文发送至故障录波及网络记录分析装置(7)，故障录波及网络记录分析装置解析所收到的电流报文，得到变电站相应的GIS的出线电流。

2.根据权利要求1所述的一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置，其特征在于：所述合并单元(5)实时接收外部输入的同步码，根据该同步码信号，产生同步时钟信号，根据同步时钟信号与无源电子式电流互感器电气单元(3)进行时钟同步。

3.根据权利要求2所述的一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置，其特征在于：所述同步码为IRIG-B码。

4.根据权利要求3所述的一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置，其特征在于：所述合并单元(5)与无源电子式电流互感器电气单元(3)进行时钟同步一种方法为：合并单元(5)接收到IRIG-B码之后解析IRIG-B码得到对时脉冲，在两个对时脉冲之间产生均匀的N个脉冲作为同步时钟信号，并将同步时钟信号发送给无源电子式电流互感器电气单元(3)，无源电子式电流互感器电气单元(3)利用多个采样时刻的电流数据采用线性插值或抛物线插值的方法进行插值，得到合并单元(5)发送的同步时钟上升沿或者下降沿对应的电流数据，并将该电流数据延迟预定的m个采样时钟周期后发送至合并单元(5)，合并单元(5)在同步时钟的上升沿或者下降沿提取从电气单元发送电流数据，收到电流数据之后，根据该同步时钟上升沿或者下降沿跳变时刻减去m+1个时钟周期的延时，得到电流数据对应的时刻作为时标，最后，将时标和电流数据组帧发送至故障录波及网络记录分析装置(7)。

5.根据权利要求3所述的一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置，其特征在于：所述合并单元(5)与无源电子式电流互感器电气单元(3)进行时钟同步的另一种方法为：合并单元接收到IRIG-B码之后解析IRIG-B码得到对时脉冲，在两个对时脉冲之间产生均匀的N个脉冲作为同步时钟信号；无源电子式电流互感器电气单元(3)产生相同频率的本地采样时钟，并采用高于该本地采样时钟的时钟对电流信号进行采样，根据采样数据进行插值，得到本地采样时钟下降沿或者上升沿对应时刻的电流数据打上电气单元时标，将带有电气单元时标的电流数据延时固定的间隔ΔT之后发送至合并单元(5)，合并单元(5)收到电流数据之后对电流数据进行插值，得到合并单元(5)同步时钟信号下降沿或者上升沿对应的电流数据，并且根据接收到电流数据的时刻减去固定的间隔ΔT得到插值数据对应的时刻作为时标，最后，将时标和电流数据组帧发送。

6.根据权利要求1所述的一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置，其特征在于：所述无源电子式电流互感器电气单元(3)按照固定的频率发送光信号。

7.根据权利要求1所述的一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置，其特征在于：所述保偏光纤(2)套装在绝缘波纹管内。

8.根据权利要求1所述的一种基于无源电子式互感器的变电站电流同步采集装置，其特征在于：所述的预设的格式为IEC61850-9-2协议报文格式。