CN204903642U - 电光组合型高压电流测量传感装置 - Google Patents

Abstract

电光组合型高压电流测量传感装置包括传感头和采集器；传感头包括感应线圈组件和光衰减器组件；采集器包括光电二极管、放大器组件、波形合成电路、模数转换电路、处理器、激光光源LD和网络接口；感应线圈组件用于检测高压电流信号；光衰减器组件用于将高压电流信号转换为光强信号，并通过光纤发送该光强信号；采集器的激光光源通过光纤为光衰减器提供光基准信号；光电二极管组件用于将光强信号转换电信号，该电信号依次通过放大器、波形合成电路和模数转换电路进行放大、信号合成和模数转换处理后发送至处理器；处理器将电信号通过网络接口发出至电力系统的二次设备。本实用新型精度高，高压部分无需电源，具有成本低廉，制作工艺简单的优点。

Description

电光组合型高压电流测量传感装置

技术领域

本实用新型涉及一种电光组合型高压电流测量传感装置。

背景技术

目前应用电力的电流量检测装置有两种，一种为传统的电磁式电流互感器，另一种为电子式电流互感器。电子式电流互感器为新型互电流感器，由于技术问题的原因，国内虽然有应用案例，但都未能得到广泛的普及应用，电子式互感器根据原理的不同，又分为有源电子式互感器和无源电子式互感器。长期以来电力系统运行的互感器几乎全部是电磁式互感器，它的精度、可靠性基本满足电力系统的要求，同时积累了大量的运行经验。但随着电力工业的快速发展，传输容量不断增加，导致电力系统的电压越来越高,电流越来越大，传统电磁式互感器由于铁磁饱和、开路高压危险、高压绝缘等问题已不能满足现在电力的高电压和大容量的要求了，长期以来人们一直致力于新型互感器的研究，以期取代传统的电磁式互感器，这就是电子式互感器。电子式互感器不但可以克服电磁式互感器的缺点，而且由于其信号的数字化和可以共享，为变电站的智能化和数字提供了极大的便利。但是由于电子式互感器目前还存在一些技术问题，而未能得到很好的普及应用。有源电子式互感器是用电磁感应线圈从高压母线上取得电流测量信号，再将此信号通过AD采样，CPU处理，数字化后将其信息通过光纤传输到主控室的合并单元，由合并单元转换成一定的网络协议格式(如IEC61850)，传输到专用网络提供给各种二次设备使用。这种测量方法优点是测量精度高，并且克服了传统互感器的磁饱和、开路危险、高压绝缘等问题；其最大缺点是在高压部分需要电源供电和有易受电磁干扰的电子元件；目前有采用母线取电和激光电源供电的方式，由于母线取电和激光供电均存在不稳定因素，并且高压部分又有电子元器件，因此造成系统不稳定、容易受到电磁干扰等问题。为了克服高压部分电源供电的问题，人们又研究了一种高压部分无需电源供电的互感器，叫无源电子式互感器，目前无源电子式电流互感器主要有全光纤电流互感器和光玻璃电流互感器，其原理是采用法拉第(Faraday)旋光效应原理，电流产生的磁场使光的相角发生变化，测出光的相角的变化来计算出电流值的大小。这种互感器的优点是高压部分只有光纤或无源器件，无需要电源，无电子元件；其缺点是系统相当复杂，精度易受到系统的光纤、器件的影响而产生变化，并且价格昂贵，因此也未能在电力上得到很好的普及应用。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型旨在于提供一种可解决上述技术问题的电光组合型高压电流测量传感装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电光组合型高压电流测量传感装置，其包括传感头和采集器；传感头包括感应线圈组件和光衰减器组件；采集器包括光电二极管、放大器组件、波形合成电路、模数转换电路、处理器、激光光源LD和网络接口；

感应线圈组件用于检测高压电流信号；

光衰减器组件用于将高压电流信号转换为光强信号，并通过光纤发送该光强信号；采集器的激光光源通过光纤为光衰减器提供光基准信号；

光电二极管组件用于将光强信号转换电信号，该电信号依次通过放大器、波形合成电路和模数转换电路进行放大、信号合成和模数转换处理后发送至处理器；

处理器将电信号通过网络接口发出至电力系统的二次设备。

优选地，感应线圈包括空芯线圈L1、LPCT线圈L2、电阻R1和电阻R2；光衰减器组件包括电可调光衰减器F1至电可调光衰减器F4；

空芯线圈L1的两端分别连接电阻R1，电阻R1的一端连接电可调光衰减器F1的负向端和电可调光衰减器F2的正向端，电阻R1的另一端连接电可调光衰减器F1的正向端和电可调光衰减器F2的负向端；LPCT线圈L2的两端分别连接电阻R2，电阻R2的一端连接电可调光衰减器F3的负向端和电可调光衰减器F4的正向端，电阻R2的另一端连接电可调光衰减器F3的正向端和电可调光衰减器F4的负向端；电可调光衰减器F1至电可调光衰减器F4的输出端通过光纤连接采集器。

优选地，光电二极管组件包括光环形器S1至光环形器S4以及光电二极管PD1至光电二极管PD4；放大器组件包括放大器U1至放大器U4；波形合成电路的数量为二；

激光光源LD通过一分光器X分别连接光环形器S1至光环形器S4的输入端，光环形器S1至光环形器S4通过四路光纤分别连接电可调光衰减器F1至电可调光衰减器F4的输出端；

光环形器S1至光环形器S4的输出端分别连接光电二极管PD1至光电二极管PD4的阴极，光电二极管PD1至光电二极管PD4的阳极接地；光电二极管PD1的阴极通过放大器U1连接其中一波形合成电路的一输入端，光电二极管PD2的阴极通过放大器U2和一反相器U5连接其中一波形合成电路的另一输入端，光电二极管PD3的阴极通过放大器U3连接另一一波形合成电路的一输入端，光电二极管PD4的阴极通过放大器U4和一反相器U6连接另一一波形合成电路的另一输入端；两波形合成电路的输出端均连接模数转换电路。

优选地，采集器还包括同步电路和FPGA芯片，同步电路通过FPGA芯片连接处理器。

本实用新型的有益效果至少如下：

本实用新型既具有有源电子式互感器同等级高的精度，又具有无源电子式互感器高压部分无需电源的优点，并且高压部分的传感头没有易受干扰的电子元件，具有成本低廉，制作工艺简单的优点。

附图说明

图1为本实用新型电光组合型高压电流测量传感装置的较佳实施方式的电气连接结构示意图。

图2为图1的电光组合型高压电流测量传感装置的传感头的电气连接结构示意图。

图3为图1的电光组合型高压电流测量传感装置的采集器的电气连接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

请参见图1，本实用新型涉及一种电光组合型高压电流测量传感装置，其较佳实施方式包括传感头和采集器。传感头包括感应线圈组件和光衰减器组件；采集器包括光电二极管组件、放大器组件、波形合成电路、模数转换电路、处理器、激光光源LD和网络接口。其中，传感头设于电力系统的高压端，采集器设于电力系统的低压端如主控室等低压地方；传感头和采集器之间通过光纤传输信号。

感应线圈组件用于检测高压电流信号；

光衰减器组件用于将高压电流信号转换为光强信号，并通过光纤发送该光强信号；采集器的激光光源通过光纤为光衰减器提供光基准信号；

光电二极管组件用于将光强信号转换电信号，该电信号依次通过放大器、波形合成电路和模数转换电路进行放大、信号合成和模数转换处理后发送至处理器；

处理器将电信号通过网络接口发出至电力系统的二次设备。

其中，处理器将电信号的幅度和相位处理为与实际的电流幅度和相位相同，再根据已知的数据协议格式进行数据打包，以通过网络接口发出。

参见图2，本实施例中，感应线圈包括空芯线圈L1、LPCT(lowpowercurrenttransformer，低功率电流转换)线圈L2、电阻R1和电阻R2；光衰减器组件包括电可调光衰减器F1至电可调光衰减器F4；

空芯线圈L1的两端分别连接电阻R1，电阻R1的一端连接电可调光衰减器F1的负向端和电可调光衰减器F2的正向端，电阻R1的另一端连接电可调光衰减器F1的正向端和电可调光衰减器F2的负向端；LPCT线圈L2的两端分别连接电阻R2，电阻R2的一端连接电可调光衰减器F3的负向端和电可调光衰减器F4的正向端，电阻R2的另一端连接电可调光衰减器F3的正向端和电可调光衰减器F4的负向端。电可调光衰减器F1至电可调光衰减器F4的输出端通过光纤连接采集器。

其中，空芯线圈L1的测量动态范围大，测得的信号提供给电力二次设备的保护设备用；LPCT线圈L2的测量动态范围小但精度高，测得的信号提供给电力二次设备的计量设备如电表用。

参见图2和图3，本实施例中，光电二极管组件包括光环形器S1至光环形器S4以及光电二极管PD1至光电二极管PD4；放大器组件包括放大器U1至放大器U4；波形合成电路的数量为二。

激光光源LD通过一分光器X分别连接光环形器S1至光环形器S4的输入端，光环形器S1至光环形器S4通过四路光纤分别连接电可调光衰减器F1至电可调光衰减器F4的输出端；如此，激光光源LD发出的光通过分光器X分为四路光信号，四路光信号分别通过光环形器S1至光环形器S4传送至电可调光衰减器F1至电可调光衰减器F4，作为光基准信号。

光环形器S1至光环形器S4的输出端分别连接光电二极管PD1至光电二极管PD4的阴极，光电二极管PD1至光电二极管PD4的阳极接地；光电二极管PD1的阴极通过放大器U1连接其中一波形合成电路的一输入端，光电二极管PD2的阴极通过放大器U2和一反相器U5连接其中一波形合成电路的另一输入端，光电二极管PD3的阴极通过放大器U3连接另一一波形合成电路的一输入端，光电二极管PD4的阴极通过放大器U4和一反相器U6连接另一一波形合成电路的另一输入端；两波形合成电路的输出端均连接模数转换电路。

可调光衰减器F1至电可调光衰减器F4所输出的调制后的光通过光环形器S1至光环形器S4的输出端发送至光电二极管PD1至光电二极管PD4，以进行光电转换；其中光电二极管PD1、光电二极管PD3采集电流信号的正向部分，光电二极管PD2和光电二极管PD4采集电流信号的负向部分，故光电二极管PD2和光电二极管PD4必须经反相器反相后才能与正向信号合成为完整的电流测量信号。

优选地，采集器还包括同步电路和FPGA芯片，一同步脉冲通过同步电路和FPGA芯片进行同步处理和读取后提供给处理器，以用于数据采样和发送，确保数据的传输与外部设备同步。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电光组合型高压电流测量传感装置，其特征在于：其包括传感头和采集器；传感头包括感应线圈组件和光衰减器组件；采集器包括光电二极管、放大器组件、波形合成电路、模数转换电路、处理器、激光光源LD和网络接口；

感应线圈组件用于检测高压电流信号；

光衰减器组件用于将高压电流信号转换为光强信号，并通过光纤发送该光强信号；采集器的激光光源通过光纤为光衰减器提供光基准信号；

光电二极管组件用于将光强信号转换电信号，该电信号依次通过放大器、波形合成电路和模数转换电路进行放大、信号合成和模数转换处理后发送至处理器；

处理器将电信号通过网络接口发出至电力系统的二次设备。

2.如权利要求1所述的电光组合型高压电流测量传感装置，其特征在于：感应线圈包括空芯线圈L1、LPCT线圈L2、电阻R1和电阻R2；光衰减器组件包括电可调光衰减器F1至电可调光衰减器F4；

空芯线圈L1的两端分别连接电阻R1，电阻R1的一端连接电可调光衰减器F1的负向端和电可调光衰减器F2的正向端，电阻R1的另一端连接电可调光衰减器F1的正向端和电可调光衰减器F2的负向端；LPCT线圈L2的两端分别连接电阻R2，电阻R2的一端连接电可调光衰减器F3的负向端和电可调光衰减器F4的正向端，电阻R2的另一端连接电可调光衰减器F3的正向端和电可调光衰减器F4的负向端；电可调光衰减器F1至电可调光衰减器F4的输出端通过光纤连接采集器。

3.如权利要求2所述的电光组合型高压电流测量传感装置，其特征在于：光电二极管组件包括光环形器S1至光环形器S4以及光电二极管PD1至光电二极管PD4；放大器组件包括放大器U1至放大器U4；波形合成电路的数量为二；

激光光源LD通过一分光器X分别连接光环形器S1至光环形器S4的输入端，光环形器S1至光环形器S4通过四路光纤分别连接电可调光衰减器F1至电可调光衰减器F4的输出端；

光环形器S1至光环形器S4的输出端分别连接光电二极管PD1至光电二极管PD4的阴极，光电二极管PD1至光电二极管PD4的阳极接地；光电二极管PD1的阴极通过放大器U1连接其中一波形合成电路的一输入端，光电二极管PD2的阴极通过放大器U2和一反相器U5连接其中一波形合成电路的另一输入端，光电二极管PD3的阴极通过放大器U3连接另一一波形合成电路的一输入端，光电二极管PD4的阴极通过放大器U4和一反相器U6连接另一一波形合成电路的另一输入端；两波形合成电路的输出端均连接模数转换电路。

4.如权利要求1所述的电光组合型高压电流测量传感装置，其特征在于：采集器还包括同步电路和FPGA芯片，同步电路通过FPGA芯片连接处理器。