CN1238459A

CN1238459A - 电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置

Info

Publication number: CN1238459A
Application number: CN 98109194
Authority: CN
Inventors: 车登科; 李保汉; 罗志涛; 寇明杰; 王寅仲; 石华; 潘富江
Original assignee: State Grid Gansu Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Gansu Electric Power Co Ltd
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1999-12-15

Abstract

本发明涉及一种电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置，该装置是由电流变换器和感应线圈取自高压输电导线的电信号，其中电流变换器变换的信号经高压侧电流测量单元处理后传至地面微机进行显示和打印相应的高压负荷电流；由感应线圈产生的感应电压经整流、稳压后，向高压侧电流测量单元供给低压电源；高压侧所有电路的公共电位可与高压输电导线联接；本发明与高压具有相同电位无需绝缘，且高压侧低压电源的能量也取自高压输电导线本身；因而其结构简单、体积小、能源供给充足、简便可靠、技术路线成熟、重量轻、造价低。

Description

电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置

本发明涉及一种电力工业系统中超高压输电电流的测量技术，尤其是一种采用电磁感应电流变换器直接测量超高压输电电流的新装置。

电力工业系统远距离输送电能时，电压愈高，线损愈小，可节约电能。为此，在输变电时，一般尽可能提高输电电压。但提高电压时，所有相关设备因绝缘问题而与经济效益产生矛盾。其中超高压输电电流的测量更为突出。

目前，在500Kv的输电工程中国内外还沿用传统的铁芯型电流互感器进行测量(在人民邮电出版社1982年12月出版的日本机械振兴学会主编的《光纤通信系统》第231页记载)。这种方法的基本原理是在铁芯的两侧分别绕有初次级线圈，初级线圈与被测电流相连，次级线圈与测量仪表相联。这种电流互感器测量超高压输电电流的优点是寿命长、工作可靠、工艺结构完全成熟。但其不足之处是初次级线圈处于不同电位。因此，对于不同电压等级的电流互感器，在初次级线圈之间、各线圈与铁芯间的相互绝缘有不同的要求，互感器也就不能通用。电压愈高，绝缘愈难解决。因此随着传输电压的升高，互感器的体积也愈加庞大，生产及使用成本也随电压升高而指数地增加(在1980年11月第22期的《APPLIED OPTICS》的3729至3745页记载)。

为解决绝缘问题降低生产成本。早在70年代各发达国家如日、美、西德、英、加拿大、瑞典等国，就已寻求超高压下测量电流、电压及有关部件的新方法。近20多年来国际上集中研究的方向，都是以Faraday Effect为基础的Electro-Optic Effect、Magneto--Optic Effect，加之与70年代迅速广泛应用的光纤技术相结合的方法。由于光纤具有很好的绝缘性能，因此将光纤技术用在超高压输电电流的测量上已成为最新研究趋势。其基本原理是将磁光材料拉制的光纤绕架于高压导线上，光纤既作敏感元件，又作传输介质；将线偏振光信号通过光纤，由于输电导线的磁场作用可使线偏振光的振动面发生旋转，最后由光电探测系统转换为电信号即可测量输电导线的输电电流。该装置的结构是将激光器产生的光，经起偏器后再经输入耦合透镜至光纤中，光纤绕架于高压输电导线上，由于输电导线的磁场作用使光纤中的线偏振光的偏振面发生旋转，然后经光纤输出端耦合至集光透镜，将光成束后，再经分光镜分光至两个光电二极管接收光信号转换为电信号，经数据处理后可得载流导线相应的输电电流。这种测量装置虽解决了高电压与地电位之间的绝缘问题。但其整个装置中，除电子线路的测量部份外，都属精密光学系统，而且是以传输、检测光的振动状态为信息。因此，对这种装置的每个环节的要求十分精密严格。其中：①对光源要求单色，长期稳定；②对整个光学系统的器件如起偏器、输入输出耦合透镜、光纤头、分光仪、光电二极管，都要防止任何机械振动，以至于几何位置，也不能随温度变化而改变；③一般电子技术通信领域光纤的直径比较大(为几十微米)的情况下，光耦合也是一种专门技术；而磁光电流变换器中，光是一定的线偏振光，光芯只有几微米，对光耦合技术要求之高可想而知；④同时要求光纤既不能产生双折射，亦不能退极化。一般敏感元件在磁场的作用下，只能使线偏振光的偏振面发生旋转，不改变光的偏振状态，而得测量电流。若产生双折射时，当晶体的主光轴在光的振动面内，由于双折射的同时存在，使其改变了光的振动状态，变为椭圆偏振；当晶体主光轴不在光的振动面内，而在敏感元件以外的光路上，会改变光的传播方向，产生退极化。因此，由于光纤原料的纯度不够，拉丝过程中工艺使其均匀性不一，或产生缺陷、内部应力、绕制中的压力、环境温度的变化等都会产生双折射或退极化，最后影响测量结果。⑤对于光电二极管探测器的要求，因各自测量的是光强的模拟量，其后各自的前级放大器，都应具有相同的光输出电压特性。而两个分离元件，要具有长期的同一性能，在筛选时，也具有一定的难度，因而该方法已有20年之久，还未走上生产线。

目前，高压测量在国外还采用较多的是利用光电电流互感器产生的电流，变换为数字信号，进行处理测量结果的方式；如美国西屋公司研制的光电电流互感器，其高压侧电子回路用的低压电源是由地面以超声波载波方式传送至高压侧的。由此可见高压侧低压电源供电解决的难度及复杂性。

本发明的主要目的是为了提供一种高压侧所有电子回路的公共端具有与高压相同电位无需绝缘；且高压侧低压电源的能量直接取自高压负荷电流本身，能源供给充足、简便、可靠；还具有对各档级电压测量的通用性；其结构简单、技术路线成熟，易于工业化、造价低廉的电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置。

本发明的另一目的是为了提供一种低压电源供电稳定、还可实现逻辑控制充电供电的电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置。

本发明的主要目的可通过如下措施来实现：

一种电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置，包括高压侧电流测量单元、低压电源发生单元、高压与地电位间信号传输(可用光纤或其它方式)地电位端数据处理微机。

其中高压侧电流测量单元包括电流变换器、整流、放大电路、A/D转换器及其附属电路；其测量过程是在高压输电导线的每一相处均设有一个电磁感应电流变换器；由电流变换器变换后产生电流信号，经整流、放大后输出模拟信号与A/D转换器及附属电路电连接；由A/D转换器转换成被测电流的编码信号后，再与地电位端的微机相联；经微机进行数据处理后显示或打印出相应的被测高压负荷电流。

低压电源发生单元包括感应线圈、整流、稳压电路；其工作过程是在高压输电导线处至少放置一个感应线圈，由感应线圈从高压输电导线产生感应电压信号，经整流、滤波、稳压后产生低压稳压电源向高压侧电流测量单元供电。

另高压侧电流测量单元、低压电源发生单元的公共端与高压输电导线相连。

本发明的另一目的还可通过如下措施来实现：

在所述的电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置的低压电源发生单元中还可设有稳压单元输入粗调电路。

所述的低压电源发生单元是由感应线圈L₁与高压输电导线产生感应电压；经D₁-D₄桥式整流后的电信号再经滤波后，与电阻R₂、稳压管CW的串联电路及电阻R_3、4的分压支路的并联电路相联，且与稳压器IC₁的输入脚相联，由IC₁输出低压电源；另在低压电源发生单元中还可设有稳压单元输入粗调电路，该电路是由感应线圈L₂与高压输电导线产生感应电压，经D₅-D₈桥式整流再经滤波后，与继电器J₁的常开触点、电阻R_2、3的接点及三极管T₁的集电极相联；三极管T₁的基极与比较器IC₂的输出端相联；比较器IC₂的“+”输入端与电阻R₂、稳压管CW的接点相联作为参考电位，IC₂的“-”输入端与电阻R_3、4的接点相联作为比较电位；三极管T₁的射电极与继电器J₁的线圈及电阻R₆形成回路。其粗调电路的原理是：当高压有负荷电流，但小于规定值时，IC₂₊＞IC_2-，三极管T₁导通，继电器J₁的线圈中有电流，其常开触点K₁闭合，此时由感应线圈L₁、L₂、D₁-D₄、D₅-D₈、C₁、C₂两组整流滤波后的直流电压作为稳压器IC₁的输入。当高压负荷电流大于规定值时，IC₂₊＜IC_2-，三极管T₁截止，继电器J₁线圈中无电流通过，其常开触点K₁断开，只有感应线圈L₁、D₁-D₄、C₁的直流电源为稳压器IC₁输入。这样可保证高压负荷电流在大的范围内变化，稳压器IC₁的输入因过压而损坏。

另在所述的电流变换器测量超高压输电电流的新装置的低压电源发生单元的整流与稳压电路之间还可设有可充电电池及充电控制电路；另还可在稳压电路与高压侧电流测量单元的A/D转换器及其附属电路之间设有高压侧低压电源输出控制电路。

所述的充电控制电路可由设在高压输电导线处的感应线圈L₁产生感应电压，经D₁-D₄桥式整流后的电信号通过继电器J₁的常开触点K₁与电阻R_3、4、5、R_{6、 7、8}的分压支路及充电电池E、稳压器IC₄的并联电路连接，在电阻R_3、4上并联有稳压管CW，取电阻R_4、5的接点、电阻R₆、R₇的接点的电信号与比较器IC₁相连，由IC₁产生的电信号通过三极管T₁放大后与继电器J₁的线圈相连，继电器J₁的常开触点K₁闭合，由感应线圈L₁向充电电池E充电；另IC₁产生的电信号及电阻R_3、4接点的电信号与比较器IC₁相连，由IC₂产生的电信号经三极管T₂放大后与继电器J₂线圈相连，继电器J₂的常开触点K₂与电阻R_6、7、8分压支路的分压电阻R₂电连接，可使感应线圈L₃继续向充电电池E充电，由稳压器IC₄输出低压电源。该电路可实现对高压侧电流测量单元的低压电源供电的充电自动控制，且可避免充电过程的振荡。当充电电池放电电压低于稳压器IC₄的输入电压要求时，比较器IC₁₊＞IC_1-,IC₁导通，三极管T₁导通，继电器J₁的线圈中有电流，继电器J₁的常开触点K₁闭合，由感应线圈L₁产生的感应电流经整流、滤波后向充电电池充电；为防止充电出现振荡，IC₁的输出端还与IC₂的“+”输入端相联，IC₂的“-”输入端与IC₁的“+”相联，此时IC₂导通，三极管T₂导通，继电器J₂的线圈中有电流，其常开触点K₂闭合，电阻R₆与电阻R₇并联分压，可使充电电池E的充电充够；当充电电池电压充足后，IC₁截止，T₁截止，K₁断开，将停止充电。

所述的高压侧低压电源输出控制电路可由设在高压输电导线处的感应线圈L₁产生感应电压后经D₅-D₆桥式整流、R_16、17、C₂滤波后与比较器IC₃相连，IC₅的另一输入脚与充电控制电路的电阻R_3、4的接点信号相连，由比较器IC₃输出的电信号经三极管T₅放大后与继电器J₃的线圈相联，继电器J₃的常开触点K₅将稳压单元与高压侧电流测量单元的A/D转换器及附属电路相连。该电路可使高压侧电流测量单元的低压供电电源供电可实现自动控制。即由感应线圈L₈与高压输电导线产生感应电流，经D₅-D₈整流后与比较器IC₅的输入端相联，其另一输入端还与电阻R₅及稳压管CW的接点相联，IC₅导通，三极管T₃导通，继电器J₅的线圈中有电流，其常开触点K₅闭合，可使稳压器IC₄与高压侧电流测量单元相联。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1．本发明利用电磁感应电流变换器从输电导线上感应电压后经变换处理成编码信号，再由光纤传至地面进行数数处理，其高压侧所有电路的公共电位与高压输电导线的一相联接，因而具有同电位；从而可避免高压侧传统铁芯型电流互感器绝缘之困难，大大减小了仪器体积，节约了生产成本，并使测量仪器具有通用性。

2、本发明的高压侧电子回路的低压电源的电能十分方便地取自高压输电导线本身，经整流、稳压处理即可；这一技术也可应用于高压侧其它需要低压电流的设备中。

3、本发明的高压侧电信号由光纤或其他传输方式传输至地电位端的单片微机，而且传输的信号为数字电信号，因而对传输材料的性能要求不高。

4、本发明的高压侧所有电路均处于高压输电导线处，其自身也处于高压状态，因而无需特别考虑绝缘问题。

5、本发明的装置结构简单、技术路线成熟，易于工业化生产，体积小、重量轻、造价低，适于各档级电压通用。

本发明的具体结构由以下附图给出：

图1是本发明的结构原理图

1-高压输电导线 2-屏敝壳 3-感应线圈

4-电磁感应电流变换器 5-屏敝球 6-高压侧电流测量单元

7-A/D转换器及附属电路 8-微机 9-光纤

10-低压电源发生单元

图2是本发明的电磁感应电流变换器(即壁电流变换器)实施例的结构示意图

11-有机玻璃圆筒 12-铜皮 13-铁芯

图3是本发明的实施例一结构原理图

图4是本发明的实施例二结构原理图

本发明还将结合附图1、2、3、4实施例作进一步详述：

参照图1，一种电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置，包括高压侧电流测量单元6、低压电源发生单元10、地电位微机8、信号传输光纤9。

其中高压侧电流测量单元6包括电磁感应电流变换器4、整流、放大电路、A/D转换器及附属电路7；在高压输电导线1的每一相处均设有一个电磁感应电流变换器4；高压负荷电流由电磁感应电流变换器4变换后产生电流信号，经整流、放大后输出模拟信号与A/D转换器及附属电路7电连接；由A/D转换器7转换成被测电流编码信号后，再由光纤传输至地电位端的数据处理微机8；经数据处理后显示或打印出相应的被测高压负荷电流值。其中整流、放大电路可选用通用电路；光纤可选用两端分别带电光转换和光电转换传感头的普通光纤。A/D转换器7输出的编码信号还可通过其他传输方式与地电位端的微机8相联。

低压电源发生单元10包括感应线圈3、整流、滤波、稳压电路；在高压输电导线1的每一相处至少放置一个感应线圈3，由高压输电导线1在线圈3上产生感应电压信号，经整流、稳压后产生低压稳压电源向高压侧电流测量单元6供电。所述的整流、滤波、稳压电路可选用通用电路。

另高压侧电流测量单元6、低压电源发生单元10的公共端与高压输电导线1的一相相连。所述的电磁感应电流变换器4及感应线圈3均用屏敝壳2屏敝；所述的高压侧电流测量单元、低压电源发生单元均由屏敝球5屏敝。

参照图2，为本发明电磁感应电流变换器的实施例壁电流变换器(在1989年于承德召开的束测与束控全国会议文集中记载)，其结构是在有机玻璃圆筒11上覆盖铜皮12，在铜皮上包覆铁芯13。

参照图3，为本发明实施例一。该实施例的高压侧电流测量单元6是由通用的感应线圈4与高压输电导线产生感应电压，其后续处理电路与上述图1的实施方式同。其低压电源发生单元10可采有通用电路；也可采用如下电路：

所述的低压电源发生单元10是由感应线圈L₁3与高压输电导线1产生感应电压；经D₁-D₄桥式整流后的电信号再经滤波后，与电阻R₂、稳压管CW的串联电路及电阻R_3、4的分压支路的并联电路相联，且与稳压器IC₁的输入脚相联，由IC₁输出低压电源；另在低压电源发生单元10中还可设有稳压单元输入粗调电路，该电路是由感应线圈L₂3与高压输电导线1产生感应电压，经D₅-D₈桥式整流再经滤波后，与继电器J₁的常开触点、电阻R_2、3的接点及三极管T₁的集电极相联；三极管T₁的基极与比较器IC₂的输出端相联；比较器IC₂的“+”输入端与电阻R₂、稳压管CW的接点相联作为参考电位，IC₂的“-”输入端与电阻R_{3 、4}的接点相联作为比较电位；三极管T₁的射电极与继电器J₁的线圈及电阻R₆形成回路。

参照图4，为本发明实施例二。其高压侧电流测量单元6与例一同，其电流变换器4采用壁电流变换器。其低压电源发生单元10是在其整流与稳压电路之间还可设有充电控制电路；另还可在稳压电路与高压侧电流测量单元的A/D转换器及附属电路7之间设有高压侧低压电源输出控制电路。所述的充电控制电路、低压电源控制电路可采用通用电路；也可采用如下电路；

所述的充电控制电路可由设在高压输电导线1处的感应线圈L₁3产生感应电压，经D₁-D₄整流后的电信号通过继电器J₁的常开触点K₁与电阻R_3、4、5、R6、7、8的分压支路及充电电池E、稳压器IC₄的并联电路连接，在电阻R_3、4上并联有稳压管CW，取电阻R_4、5的接点、电阻R₆、R₇的接点的电信号与比较器IC₁相连；由IC₁产生的电信号通过三极管T₁放大后与继电器J₁的线圈相连，继电器J₁的常开触点K₁闭合，由感应线圈L₁3向充电电池E充电；另由IC₁产生的电信号及电阻R_3、4接点的电信号与比较器IC₂相连，由IC₂产生的电信号经三极管T₂放大后与继电器J₂线圈相连，继电器J₂的常开触点K₂与电阻R_6、7、8分压支路的分压电阻R₁电连接，可使感应线圈L₁3继续向充电电池E充电，由稳压器IC₄输出低压电源。

所述的高压侧低压电源输出控制电路可由设在高压输电导线1处的感应线圈L₂3产生感应电压后，经D₅-D₈桥式整流、R_16、17、C₂滤波后与比较器IC₅相连，IC₅的另一输入脚与充电控制电路的电阻R_3、4的接点信号相连，由比较器IC₅输出的电信号经三极管T₁放大后与继电器J₁的线圈相联，继电器J₅的常开触点K₅将稳压单元与高压侧电流测量单元的A/D转换器及附属电路7相连。

本发明已在甘肃省西固热电厂现场挂网运行试验成功，一切工作正常。

以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以作出若干变化和改进，也应视为属于本发明的保护范围。

Claims

1、一种电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置，包括高压侧电流测量单元(6)、低压电源发生单元(10)、微机(8)；其特征在于高压侧电流测量单元(6)是由设在高压输电导线(1)处的至少1个电磁感应电流变换器(4)变换产生电流信号，经整流、放大后输出与高压侧A/D转换器及附属电路(7)电连接；由高压侧A/D转换器(7)转换成被测电流编码信号后，再由数据处理微机(8)处理；低压电源发生单元(10)是由设在高压输电导线(1)处的至少1个感应线圈(3)产生感应电压信号，经整流、稳压后产生低压稳压电源向高压侧电流测量单元(6)供电；另高压侧电流测量单元(6)、低压电源发生单元(10)的公共端与输电导线(1)连接。

2、如权利要求1所述的电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置，其特征在于电磁感应电流变换器(4)可采用通用的感应线圈、壁电流变换器。

3、如权利要求1所述的电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置，其特征在于在低压电源发生单元(10)中还可设有稳压单元输入粗调电路。

4、如权利要求1、3所述的电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置，其特征在于所述的低压电源发生单元(10)是由感应线圈L₁(3)与高压输电导线(1)产生感应电压；经D₁-D₄桥式整流后的电信号再经滤波后，与电阻R₂、稳压管CW的串联电路及电阻R₃、R₄的分压支路的并联电路相连，且与稳压器IC₁的输入脚相连，由IC₁输出低压电源；另在低压电源发生单元(10)中还可设有稳压单元输入粗调电路，该电路是由感应线圈L₂(3)与高压输电导线(1)产生感应电压，经D₅-D₈桥式整流再经滤波后，与继电器J₁的常开触点、电阻R₂、R₃的接点及三极管T₁的集电极相连；三极管T₁的基极与比较器IC₂的输出端相连；比较器IC₂的一输入端与电阻R₂、稳压管CW的接点相连，IC₂的另一输入端与电阻R₃、R₄的接点相连；三极管T₁的射电极与继电器J₁的线圈及电阻R₆形成回路。

5、如权利要求1所述的电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置，其特征在于在低压电源发生单元(10)的整流与稳压电路之间还可设有可充电电池及充电控制电路；另还可在稳压电路与高压侧电流测量单元的A/D转换器(7)之间设有高压侧低压电源输出控制电路。

6、如权利要求5所述的电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置，其特征在于充电控制电路可由设在高压输电导线(1)处的感应线圈L₁(3)产生感应电压，经D₁-D₄桥式整流后的电信号通过继电器J₁的常开触点K₁与电阻R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈的分压支路及充电电池E、稳压器IC₄的并联电路连接，在电阻R₃、R₄上并联有稳压管CW，取电阻R₄、R₅的接点、电阻R₆、R₇的接点的电信号与比较器IC₁相连，由IC₁产生的电信号通过三极管T₁放大后与继电器J₁的线圈相连，继电器J₁的常开触点K₁闭合，由感应线圈L₁(3)向充电电池E充电；另IC₁产生的电信号及电阻R₃、R₄接点的电信号与比较器IC₂相连，由IC₂产生的电信号经三极管T₂放大后与继电器J₂线圈相连，继电器J₂的常开触点K₂与电阻R₆、R₇、R₈分压支路的分压电阻R₃电连接，可使感应线圈L₁(3)继续向充电电池E充电，由稳压器IC₄输出低压电源。

7、如权利要求1、5、6所述的电磁感应电流变换器测量超高压输电电流的新装置，其特征在于所述的高压侧低压电源输出控制电路可由设在高压输电导线(1)处的感应线圈L₂(3)产生感应电压后经D₅-D₈桥式整流、R₁₆、R₁₇、C₂滤波后与比较器IC₅相连，IC₅的另一输入脚与充电控制电路的电阻R₃、R₄的接点信号相连，由比较器IC₅输出的电信号经三极管T₄放大后与继电器J₅的线圈相连，继电器J₅的常开触点K₅将稳压单元与高压侧电流测量单元的A/D转换器及附属电路(7)相连。