CN1180527C - 一种光电式电流互感器的供电电源 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统测量技术领域，尤其涉及应用在高电压场合下的光电式电流互感器的供电电源。本发明公开了一种光电式电流互感器的供电电源，它采用母线电流供电方式，包括电源变换与稳压单元和电流检测与电流变比控制单元。其特征是电源变换与稳压单元中电源CT的次级线圈有3个引出端，电源CT的次级回路还串联了一个测量CT，电流检测与电流变比控制单元能根据测量CT测得的电源CT的次级电流大小，调节电源CT的电流变比。解决了现有采用母线电流供电方式设计的供电电源在母线电流变化范围大的情况下热耗大的问题，明显扩大了供电电源的电流工作范围。

Description

一种光电式电流互感器的供电电源

技术领域

本发明属于电力系统测量技术领域，尤其涉及一种应用在高电压场合下的光电式电流互感器的供电电源。

背景技术

光电式电流互感器是电力系统向高电压、大容量方向发展的同时对电力设备提出小型化、自动化、高可靠性要求的新型电流监测装置。

光电式电流互感器的供电电源是开发和应用光电式电流互感器所必须解决的关键技术之一。考虑到性能价格比，目前供电电源主要采用母线电流供电方式，即利用高压母线电流作为能量来源，通过用于电源变换的电磁式电流互感器(以下称“电源CT”)、分流器、整流滤波器、稳压器及相关控制电路转换为具有一定功率输出能力的稳定的电压源，为光电式电流互感器供电。

由于供电电源是在散热空间很小、散热条件很差的高压场合工作，母线电流的变化范围又很大，所以为了使供电电源在母线电流变化范围大的情况下能可靠工作，扩大供电电源适应母线电流的变化范围，亦即扩大供电电源的电流工作范围，必须设法降低供电电源的热耗。供电电源的热耗主要来自分流器和稳压器，其中稳压器的热耗，目前可以通过控制其输入/输出电压差来限定。因此，扩大供电电源的电流工作范围的关键是降低分流器的热耗。

目前，公知的采用母线电流供电方式的光电式电流互感器的供电电源的实现方案，如文献《電気現場技術》1993，32(374)“非接触·無給電の配電缐監視用センサの開発”和《高电压技术》2002，28(3)“一种应用于高电压侧测量系统中电源”中所述，主要有反馈控制式和斩波控制式。反馈控制式是利用控制磁通的方法，通过调节分流器的分流实现供电电源输出稳定电压；斩波控制式是直接利用分流器的开通与关断的时间比例来控制供电电源的整流滤波器的输入电流(实质是平均电流)，实现供电电源输出稳定电压。

与反馈控制式相比，斩波控制式的电流工作范围较宽。但是，由于它们都不具有根据电源CT的次级电流大小调节电源CT的电流变比的功能，所以流过分流器的电流始终随母线电流的增大而增大，分流器的热耗也随之增大，使供电电源在高压母线电流变化范围大的情况下，可靠性和稳定性变差，限制了供电电源电流工作范围的进一步扩大，也使光电式电流互感器适合在高电压场合中测量大范围变化电流方面的优势难以充分发挥。

发明内容

本发明的目的是提供一种光电式电流互感器的供电电源，这种供电电源不仅能通过调节分流器的开通与关断的时间比例，使供电电源输出稳定电压，而且具有根据电源CT的次级电流大小调节电源CT的电流变比的功能，使供电电源在母线电流变化范围大的情况下，分流器的热耗明显降低，明显扩大供电电源的电流工作范围，为光电式电流互感器提供一种稳定可靠的工作电源。

本发明的技术方案是采用母线电流供电方式，包括电源变换与稳压单元和电流检测与电流变比控制单元。电源变换与稳压单元包括：电源CT、分流器、整流滤波器、电压取样电路、稳压器、滤波器、第一基准电压电路、第一迟滞比较器、隔离驱动电路、继电器常闭触点、继电器常开触点、继电器动触点；电流检测与电流变比控制单元包括：用于测量电源CT的次级电流的电流互感器(以下称“测量CT”)、电流/电压转换器(即“用于将电流信号转换为电压信号的转换器”)、第二基准电压电路、第二迟滞比较器、驱动器、继电器线圈。所述电源变换与稳压单元和电流检测与电流变比控制单元中的继电器常闭触点、继电器常开触点、继电器动触点及继电器线圈是同一个继电器的不同部分。电源变换与稳压单元采用斩波控制式，用于通过调节分流器的开通与关断的时间比例，使供电电源输出稳定电压。为了实现根据电源CT的次级电流大小调节电源CT的电流变比的功能，电源CT的次级线圈有3个引出端，其中的中间引出端接继电器常闭触点，其余两个引出端一个接继电器常开触点，另一个经测量CT的初级线圈与整流滤波器的一个交流输入端相连，继电器动触点与整流滤波器的另一个交流输入端相连，分流器与整流滤波器的交流输入端并联；测量CT的次级线圈与电流/电压转换器的输入端相连，用于检测电源CT的次级电流，并将电流信号转换为电压信号；电流/电压转换器的输出端和第二基准电压电路的输出端与第二迟滞比较器输入端相连，第二迟滞比较器输出端与驱动器的输入端相连，驱动器的输出端与继电器线圈的一端相连，继电器线圈的另一端与供电电源输出端相连，用于根据电源CT的次级电流大小，通过控制电源变换与稳压单元中继电器动触点的位置，调节电源CT的电流变比。电流检测与电流变比控制单元中第二迟滞比较器的作用是避免频繁调节电源CT的电流变比而影响供电电源稳定工作。

本发明与现有采用母线电流供电方式设计的供电电源相比，其效果和益处在于：

1.由电源变换与稳压单元和电流检测与电流变比控制单元组成的一种光电式电流互感器的供电电源，不仅能通过调节分流器的开通与关断的时间比例，使供电电源输出稳定电压，而且具有根据电源CT的次级电流大小调节电源CT的电流变比的功能，使供电电源在母线电流变化范围大的情况下，分流器的热耗明显降低，明显扩大了供电电源的电流工作范围，为光电式电流互感器提供了一种稳定可靠的工作电源；

2.由于流过分流器和整流滤波器中的电流明显减小，因此可明显降低对分流器和整流滤波器的额定工作电流值的要求；

3.特别适合在母线电流变化范围大的情况下，作为光电式电流互感器的供电电源。

附图说明

附图是一种用于光电式电流互感器的供电电源的原理示意图。

图中，(1)电源变换与稳压单元；(2)电流检测与电流变比控制单元；(3)电源CT；(4)分流器；(5)整流滤波器；(6)电压取样电路；(7)稳压器；(8)滤波器；(9)第一基准电压电路；(10)第一迟滞比较器；(11)隔离驱动电路；(12)继电器常闭触点；(13)继电器常开触点；(14)继电器动触点；(15)测量CT；(16)电流/电压转换器；(17)第二基准电压电路；(18)第二迟滞比较器；(19)驱动器；(20)继电器线圈；(21)高压母线；(22)负载(即光电式电流互感器的信号采集、信号处理等电路)。

具体实施方式

下面结合附图，详细叙述本发明的最佳实施例。

在附图中，继电器常闭触点(12)、继电器常开触点(13)、继电器动触点(14)及继电器线圈(20)是同一个继电器的不同部分。由电源CT(3)、分流器(4)、整流滤波器(5)、电压取样电路(6)、稳压器(7)、滤波器(8)、第一基准电压电路(9)、第一迟滞比较器(10)、隔离驱动电路(11)、继电器常闭触点(12)、继电器常开触点(13)、继电器动触点(14)构成的电源变换与稳压单元(1)，采用斩波控制方式，它能通过调节分流器的开通与关断的时间比例，使供电电源输出电压稳定。

由于分流器(4)以开关方式工作，所以在高压母线(21)电流和电源CT(3)的电流变比相同的条件下，其热耗明显小于以线性方式工作的分流器的热耗。但是，由于分流器(4)开通时流过的电流等于电源CT(3)的次级电流，并且其开通与关断的时间比例随着电源CT(3)次级电流的增大而提高，热耗也随之增大，所以在负载(22)确定、电源CT(3)的电流变比不变的情况下，分流器(4)的热耗将始终随着高压母线(21)电流的增大而增大，使供电电源在高压母线(21)电流变化范围大的情况下，可靠性和稳定性变差，限制了供电电源电流工作范围的进一步扩大。

为了提高供电电源在高压母线(21)电流变化范围大的情况下工作的可靠性和稳定性，明显扩大供电电源的电流工作范围，将电源变换与稳压单元(1)中电源CT(3)的次级线圈设计为有3个引出端，其中的中间引出端接继电器常闭触点(12)，其余两个引出端一个接继电器常开触点(13)，另一个经测量CT(15)的初级线圈与整流滤波器(5)的一个交流输入端相连，继电器动触点(14)与整流滤波器(5)的另一个交流输入端相连，分流器(4)与整流滤波器(5)的交流输入端并联，并且采用电流检测与电流变比控制单元(2)根据电源CT(3)的次级电流大小，通过控制继电器动触点(14)的位置，调节电源CT(3)的电流变比加以实现。

在电流检测与电流变比控制单元(2)中，测量CT(15)用于采集电源CT(3)的次级电流信号，其磁芯可采用小功率磁芯；电流/电压转换器(16)将测量CT(15)的次级电流信号转换为电压信号，此信号和第二基准电压电路(17)输出信号作为第二迟滞比较器(18)的输入信号；第二迟滞比较器(18)的输出信号作为驱动器(19)的输入信号；驱动器(19)的输出信号作为继电器线圈(20)的控制信号。

当高压母线(21)电流较小时，第二迟滞比较器(18)输出低电平，经驱动器(19)控制继电器线圈(20)处于断电状态，这时，继电器动触点(14)与继电器常闭触点(12)接通，使电源CT(3)以较小的电流变比参与工作，从而保证在高压母线(21)电流较小的情况下，供电电源能为光电式电流互感器提供稳定的工作电源，亦即降低了供电电源正常工作所需母线电流的下限值；当高压母线(21)电流较大时，第二迟滞比较器(18)输出高电平，经驱动器(19)控制继电器线圈(20)处于通电状态，这时，继电器动触点(14)与继电器常开触点(13)接通，使电源CT(3)以较大的电流变比参与工作，从而保证在高压母线(21)电流较大的情况下，分流器(4)热耗小，供电电源稳定工作，亦即提高了供电电源正常工作所能适应的母线电流的上限值。

第二迟滞比较器(18)的作用是避免频繁调节电源CT(3)的电流变比而影响供电电源稳定工作。

因此，由电源变换与稳压单元(1)和电流检测与电流变比控制单元(2)构成的光电式电流互感器的供电电源，不仅能通过调节分流器(4)的开通与关断的时间比例，使供电电源输出稳定电压，而且能根据电源CT(3)的次级电流大小调节电源CT(3)的电流变比，使供电电源在母线电流变化范围大的情况下，分流器(4)的热耗明显降低，明显扩大了供电电源的电流工作范围，为光电式电流互感器提供了一种稳定可靠的工作电源；同时，由于流过分流器和整流滤波器中的电流明显减小，因此可明显降低对分流器和整流滤波器的额定工作电流值的要求。这种供电电源特别适合在高压母线电流变化范围大的情况下，作为光电式电流互感器的供电电源。

Claims (1)

1.一种光电式电流互感器的供电电源，由电源变换与稳压单元(1)和电流检测与电流变比控制单元(2)组成；电源变换与稳压单元(1)包括用于电源变换的电磁式电流互感器(3)、分流器(4)、整流滤波器(5)、电压取样电路(6)、稳压器(7)、滤波器(8)、第一基准电压电路(9)、第一迟滞比较器(10)、隔离驱动电路(11)、继电器常闭触点(12)、继电器常开触点(13)、继电器动触点(14)；电流检测与电流变比控制单元(2)包括用于测量用于电源变换的电磁式电流互感器的次级电流的电流互感器(15)、用于将电流信号转换为电压信号的转换器(16)、第二基准电压电路(17)、第二迟滞比较器(18)、驱动器(19)、继电器线圈(20)；所述的继电器常闭触点(12)、继电器常开触点(13)、继电器动触点(14)及继电器线圈(20)是同一个继电器的不同部分，其特征是：

a)用于电源变换的电磁式电流互感器(3)的次级线圈有3个引出端，其中的中间引出端接继电器常闭触点(12)，其余的两个引出端一个接继电器常开触点(13)，另一个经用于测量用于电源变换的电磁式电流互感器的次级电流的电流互感器(15)的初级线圈与整流滤波器(5)的一个交流输入端相连，继电器动触点(14)与整流滤波器(5)的另一个交流输入端相连，分流器(4)与整流滤波器(5)的交流输入端并联；

b)用于测量用于电源变换的电磁式电流互感器的次级电流的电流互感器(15)的次级线圈与用于将电流信号转换为电压信号的转换器(16)的输入端相连，用于检测用于电源变换的电磁式电流互感器(3)的次级电流，并将电流信号转换为电压信号；

c)用于将电流信号转换为电压信号的转换器(16)的输出端和第二基准电压电路(17)的输出端与第二迟滞比较器(18)的输入端相连，第二迟滞比较器(18)输出端与驱动器(19)的输入端相连，驱动器(19)的输出端与继电器线圈(20)的一端相连，继电器线圈(20)的另一端与供电电源输出端相连，用于根据用于电源变换的电磁式电流互感器(3)的次级电流大小，通过控制继电器动触点(14)的位置，调节用于电源变换的电磁式电流互感器(3)的电流变比。

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