CN202916324U - 一种组合式智能无线光电互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种组合式智能无线光电互感器，包括组合式光电互感器、光源及光电变换单元、FPGA单元、ARM单元、GPS模块、GPRS模块和电源。组合式光电互感器采集电流电压计量信号，通过FPGA单元、ARM单元，由GPRS模块发送到GPRS网络；GPS模块负责建立同步时钟及精确定位；电力系统监控中心结合集成GPS/GIS实现实时监测，实现本地电站的无人值守。

Description

一种组合式智能无线光电互感器

技术领域

本实用新型涉及一种组合式光学电力互感器，具体是涉及一种220kV组合式智能无线光电互感器。 

背景技术

目前我国用于电力系统监测的互感器已由传统的电磁式互感器逐步向电子式互感器过渡，以适数字化、智能化的发展要求。现有的电子式互感器产品大多采用光纤作为信号传输介质。变电站中设备繁多、信号繁多、工作量大，这给综合布线和检查维修带来了不便。而且监控和监测采集量仅采用有线方式是无法完成的，更不可能保证数据的实时性、可靠性和完整性，也将限制对设备运行状态的评估、判断和决策。此外，光纤传输方式成本较高，对于远程监控已不能满足要求。 

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有光纤信号传输中存在的不足，提供了一种组合式智能无线光电互感器。 

为了达到上述目的，本实用新型提供的一种组合式智能无线光电互感器，其特征在于：该系统包括组合式光电互感器0、光源及光电转换单元1、FPGA单元5、ARM单元7、GPS模块8、GPRS模块9以及SIM卡槽10；该实用新型由电源11供电。由LED光源3发出的光线经组合式光电互感器0，由光电转换器4进行光电转换后，送入FPGA单元5实现A/D转换、双路检测、数据串并转换，通过数据/地址总线6和ARM单元7相连接，ARM单元7用作数据处理功能，GPRS模块9进行数据的无线发送。 

对本实用新型的进一步改进在于：互感器部分采用组合式光电互感器的形式；其中，电流互感器部分采用基于法拉第效应的全光纤电流互感器，电压互感器部分采用基于Pockels效应的横向调制光学电压互感器。 

FPGA单元5作为协处理器单元，实现信号A/D转换，实现双路检测进行自补偿，补偿光强漂移和法拉第漂移，抑制共模噪声。另外，在FPGA单元5中实现故障自检测功能，检测自身运行状态，实现信号的采集的智能化。 

ARM单元7作为主处理器单元，接收FPGA单元5数据，按GPRS无线通信数据帧要求进行编码，通过GPRS模块9实现无线发送。 

采用GPS的精确授时功能作为同步时钟，连接FPGA单元实现信号的同步采集。另外，电力系统监控中心结合集成GPS/GIS技术实现组合式光电互感器计量信号的监测和精确定位。 

本实用新型与现有技术相比有以下优点： 

(1)采用光电组合式互感器，能有效避免传统电磁式互感器易磁饱和、动态范围小、频率响应范围不宽等缺点，输出为数字量信号，适应电力计量与保护的数字化发展。 

(2)在FPGA单元中编程实现A/D转换、信号的双路检测，实现自补偿，消除传输过程中的共模噪声。在FPGA单元中实现故障自检测功能。与现有技术相比，信号采集部分体积更小，更加可靠。FPGA单元与ARM单元构成整个数据采集、处理部分，便于二次开发和维护。 

(3)采用GPRS无线信号传输与有线光纤传输相比：提高了扩展性，增加设备时无需重新布线；提高了可维护性，出现故障时只需检修相应模块。 

(4)集成GPS/GIS技术实现电子互感器计量信号的监测和精确定位，且故障时能快速找出故障部分进行检修，恢复正常运行。 

附图说明

图1是本实用新型总体结构示意图 

图2是本实用新型全光纤电流互感器传感头部分结构示意图 

图3是本实用新型横向调制光学电压传感头部分结构示意图 

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型一种组合式智能无线光电互感器进行详细说明。 

1.一种组合式智能无线光电互感器结构及具体工作过程 

本实用新型所述的一种组合式智能无线光电互感器总体结构框图，见图1。包括组合式光电互感器0、光源及光电转换单元1、FPGA单元5、ARM单元7、GPS模块8、GPRS模块9以及SIM卡槽10。光源驱动2驱动LED光源3发光，经全光纤电流互感器和横向调制光学电压互感器，由光电二极管4进行光电转换。FPGA单元实现电流电压计量信号的采集，在其中实现A/D转换，以及电流电压信号的双路检测，最后进行数据串并转换。ARM单元7进行数据处理。同步时钟信号由GPS模块8产生。GPRS模块9将数据发送到GPRS无线网络。 

本实用新型FPGA单元5带有故障自检测功能，结合GPS/GIS技术，监控中心实现组合式互感器定位和对应的数据采集部分的状态监测。 

全光纤电流互感器传感部分结构示意图，参见图2。LED光源3发出的光线由光纤进入起偏器13，变为偏振光后由准直透镜14耦合到高圆双折射光纤15中，在高压导线12磁场的作用下，光的偏振面发生旋转，经检偏器16和耦合透镜17，作光电变换前的准备。图3为横向调制光学电压传感部分结构示意图。鉴于测量电压较高，不能直接加在晶体上，因此利用晶体测高压电极18附近的电场强度来间接测量所施加的高电压，接地电极19与高压电极相对应。LED光源3发出的光由光纤经准直透镜20，起偏器21，λ/4玻片22进入BGO晶体23变为初相相同、电位移矢量相互垂直的两束光，检偏器24将两束光调制成偏振相同的光，经耦合透镜25和耦合透镜26镜进入光纤，完成检测过程。 

本实用新型采用无线GPRS网络代替现有的光纤传输方式，相比于光纤传输，建设周期短，能实现信号的快速传输。A/D转换和信号和双路检测在FPGA中实现，以抑制光电共模噪声，补偿光强漂移与法拉第漂移。FPGA单元5有故障自检测功能，结合集成GPS/GIS有利于电子互感器及其检测系统的定位和状态监测。本实用新型采用GPS的精确授时功能实现 同步时钟，将嵌入式技术、集成GPS/GIS技术和GPRS网络技术与组合式光电互感器相结合，有较高的实用价值。 

2.本实用新型各部分组成 

(1)全光纤电流互感器的传感光纤采用高圆折射光纤，使得光圆偏振本征模通过光纤时，左旋和右旋圆偏振态以不同的速度传播，线性双折射效应能在高圆折射光纤中得到较好的抑制。横向调制光学电压互感器采用BGO晶体23。Bi₄Ge₃O₁₂简称BGO晶体，理想的BGO晶体既无自然双折射，又无旋光性和热电效应，且有宽广的透光区和良好的光透光率。BGO是一种理想的电压传感材料。LED光源3选用850nm的LED，光电二极管4选用硅光电二极管，该类型二极管在此波长内转换效率较高。 

(2)FPGA单元5选用Altera公司的Cyclone II EP2C50微处理器，该系列微处理器除满足丰富的I/O口和数据逻辑处理能力，还具有高性能、低功耗的优点。ARM单元7的微处理器采用三星公司的s3c6410芯片，该芯片具有低功耗、高性能、低成本等优点。其高数据吞吐量和高性能的结合非常适合网络处理应用。结合片外SDRAM和FLASH构成数据采集和处理部分。 

(3)GPS模块8采用U-blox公司性价比较高的NEO-5Q主芯片，该芯片采用u-blox最新的KickStart微弱信号攫取技术，能确保采用此模组的设备在任何可接收到信号的位置及任何天线尺寸都能够有最佳的初始定位性能并进行快速定位。 

(4)GPRS模块9采用西门子公司的MC55GPRS模块，该模块内嵌的TCP/IP协议大大降低了设计的难度，同时也提高了微处理器处理其他数据的能力。 

Claims (6)

1.一种组合式智能无线光电互感器，其特征在于：包括组合式光电互感器(0)、光源及光电转换单元(1)、FPGA单元(5)、ARM单元(7)、GPS模块(8)、GPRS模块(9)以及SIM卡槽(10)；该实用新型由电源(11)供电；由LED光源(3)发出的光线经组合式光电互感器(0)，由光电转换器(4)进行光电转换后，送入FPGA单元(5)实现A/D转换、双路检测、数据串并转换，通过数据/地址总线(6)和ARM单元(7)相连接，ARM单元(7)用作数据处理功能，GPRS模块(9)进行数据的无线发送。 

2.根据权利要求1所述的组合式智能无线光电互感器，其特征在于：互感器部分采用组合式光学电力互感器。 

3.根据权利要求1所述的组合式智能无线光电互感器，其特征在于：电流互感器部分采用基于法拉第效应的全光纤电流互感器，电压互感器部分采用基于Pockels效应的横向调制光学电压互感器。 

4.根据权利要求1所述的组合式智能无线光电互感器，其特征在于：FPGA单元(5)选用EP2C50微处理器，ARM单元(7)的微处理器采用s3c6410芯片。 

5.根据权利要求1所述的组合式智能无线光电互感器，其特征在于：GPS模块(8)采用NEO-5Q主芯片，GPRS模块(9)采用MC55GPRS模块。 

6.根据权利要求1所述的组合式智能无线光电互感器，其特征在于：信号传输采用GPRS无线通信方式；电力系统监控中心结合集成GPS/GIS技术实现组合式光电互感器计量信号的监测和精确定位。 

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