CN211180172U - 电流校验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电流校验装置,包括柔性光纤传感环、标准互感器采集器、合并单元与校验平台,柔性光纤传感环可缠绕在一次导线上,柔性光纤传感环包括保偏光缆,柔性光纤传感环通过保偏光缆与标准互感器采集器输入端连接,标准互感器采集器的输出端与校验平台的输入端连接,被校验电子式互感器的输出端与合并单元的输入端连接,合并单元的输出端连接至校验平台,本实用新型通过柔性光纤传感环闭合缠绕在一次导线上,避免了气隙的产生,进而避免了因漏磁引起的测量误差,柔性光纤传感环与标准互感器采集器通过保偏光缆传输信号,避免了电磁环境的干扰,同时光纤属于绝缘材料,避免了耦合一次端高电压的危险。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统设备技术领域,特别是指一种电流校验装置。
背景技术
电子式互感器是由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电压或电流传感器组成,用以传输正比于被测量的量,供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置,电子式互感器主要应用于电力系统的电参量测量及各类输入或输出变频电量的电器设备的检试验和能效评测。电子式互感器要求校验周期短,且长时间运行会产生误差,一般来说,校验电子式互感器的精度很重要,对电子式互感器进行校验时,通常需要高精度的标准互感器。
目前标准互感器有两种:一种是基于钳形铁芯线圈的电流互感器,如图1 所示,这种互感器精度高,但若线圈存在气隙或钳口表面污浊,则误差很大;一种是基于钳形空心线圈的电流互感器,如图2所示,它的动态范围宽、线性度好,但是空心线圈精度低,且易受一次导线位置和开口气隙影响,且图1 所示的互感器传感头为铁质,图2所示的互感器传感头为Rogowski线圈(洛式线圈),Rogowski线圈是一种密绕于非磁性骨架上的空心螺线管。
可见,图1和图2中的两种互感器,都容易受气隙影响,使得测量误差较大,而且这两种互感器的传感头都不是完全的绝缘材料,都有耦合一次端高电压的危险。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型的目的在于提出一种电流校验装置,用以降低气隙影响,并且提高安全性。
一种电流校验装置,用于校验电子式互感器,包括柔性光纤传感环、标准互感器采集器、合并单元与校验平台,所述柔性光纤传感环可缠绕在一次导线上,所述柔性光纤传感环包括保偏光缆,所述柔性光纤传感环通过所述保偏光缆与所述标准互感器采集器输入端连接,所述标准互感器采集器的输出端与所述校验平台的输入端连接,被校验电子式互感器的输出端与所述合并单元的输入端连接,所述合并单元的输出端连接至所述校验平台。
可选的,所述柔性光纤传感环还包括传感光纤、光纤固定法兰与插头,所述传感光纤的一端熔接有波片,所述波片固定在所述光纤固定法兰内,所述传感光纤的另一端安装有插头,所述插头与所述光纤固定法兰可拆卸连接,所述保偏光缆的一端贯穿入所述光纤固定法兰内,并与所述波片相熔接,所述保偏光缆的另一端与所述标准互感器采集器连接。
可选的,所述传感光纤的外部套装有硬塑波纹管。
可选的,所述标准互感器采集器包括光学组件与信号处理电路,所述光学组件包括光源、耦合器、起偏器、相位调制器、延迟环与探测器,所述光源与所述耦合器相连,所述起偏器接收所述光源发出的光,所述起偏器的尾纤与所述相位调制器的尾纤呈角度熔接,所述相位调制器的另一端与所述延迟环连接,所述延迟环与所述保偏光缆连接,所述探测器与所述耦合器连接,所述探测器与所述信号处理电路信号连接。
可选的,所述起偏器的尾纤与所述起偏器的尾纤呈45°角熔接。
可选的,所述信号处理电路包括A/D采集电路、FPGA处理单元、D/A转换电路与合并对时电路,所述A/D采集电路与所述探测器相连接,所述A/D 采集电路与所述FPGA处理单元相连接,所述FPGA处理单元与所述D/A转换电路相连接,所述D/A转换电路与所述相位调制器相连接,所述FPGA处理单元与所述合并对时电路相连接,所述合并对时电路与所述合并单元信号连接。
可选的,所述校验平台包括电流转换及调理电路、信号转换及调理电路、数据采集卡、微处理器及同步时钟模块与上位机,所述电流转换及调理电路的输入端与所述标准互感器采集器相连接,所述电流转换及调理电路的输出端与所述数据采集卡相连接,所述信号转换及调理电路的输入端与所述被校验电子式互感器相连接,所述信号转换及调理电路的输出端与所述数据采集卡相连接,所述数据采集卡与所述微处理器及同步时钟模块相连接,所述微处理器及同步时钟模块与所述上位机相连接。
从上面所述可以看出,本实用新型提出的电流校验装置,通过柔性光纤传感环闭合缠绕在一次导线上,降低了气隙影响,进而降低了因漏磁引起的测量误差,柔性光纤传感环与标准互感器采集器通过保偏光缆传输信号,减少了电磁环境的干扰,同时光纤属于绝缘材料,降低了耦合一次端高电压的危险,提高了安全性;
本装置简化了硬件设计和软件设计,只针对比差和角差测量需求设计,便于操作,更为实用。
附图说明
图1为现有技术中基于钳形铁芯线圈的电流互感器的示意图;
图2为现有技术中基于钳形空心线圈的电流互感器的示意图;
图3为本实用新型的实施例的电流校验装置的示意图;
图4为本实用新型的实施例的柔性光纤传感环的示意图;
图5为本实用新型的实施例的标准互感器采集器的示意图;
图6为本实用新型的实施例的校验平台的连接关系图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本实用新型进一步详细说明。
需要说明的是,本实用新型实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量,可见“第一”“第二”仅为了表述的方便,不应理解为对本发明实施例的限定,后续实施例对此不再一一说明。
基于上述目的,本实用新型提供了一种电流校验装置,用于被校验电子式互感器6的精度校验,作为本实用新型的一种实施方式,如图1所示,电流校验装置包括柔性光纤传感环1、标准互感器采集器2、合并单元3与校验平台 4,所述柔性光纤传感环1可缠绕在一次导线5上,一次导线5就是被校验电子式互感器6的输送电源的线路,所述柔性光纤传感环1包括保偏光缆11,所述柔性光纤传感环1通过所述保偏光缆11与所述标准互感器采集器2输入端连接,所述标准互感器采集器2的输出端与所述校验平台4的输入端连接,被校验电子式互感器6的输出端与所述合并单元3的输入端连接,所述合并单元3的输出端连接至所述校验平台4。其中,合并单元3是被校验电子式互感器6的接口装置,合并单元3对被校验电子式互感器6的电气量进行合并和同步处理,并将处理后的数字信号转发给校验平台4,本电流校验装置通过柔性光纤传感环1闭合缠绕在一次导线5上,避免了气隙的产生,进而避免了因漏磁引起的测量误差,柔性光纤传感环1与标准互感器采集器2通过保偏光缆 11传输信号,实现了电气绝缘,避免了电磁环境的干扰,同时光纤属于绝缘材料,避免了耦合一次端高电压的危险。
在一种实施方式中,如图2所示,所述柔性光纤传感环1还包括传感光纤 12、光纤固定法兰13与插头14,所述传感光纤12的一端熔接有波片(未示出),所述波片固定在所述光纤固定法兰13内,所述传感光纤12的另一端安装有插头14,所述插头14与所述光纤固定法兰13可拆卸连接,所述保偏光缆11的一端贯穿入所述光纤固定法兰13内,并与所述波片相熔接,所述保偏光缆11的另一端与所述标准互感器采集器2连接。通过传感光纤12一端设置的插头14与光纤固定法兰13的可拆卸安装,使校验装置能够通过拆装的方式实现传感光纤12在一次导线5上的缠绕,且可以通过增加传感光纤12的长度的方式,增加缠绕传感光纤12的圈数,提高测量精度。
可选的,所述传感光纤12的外部套装有硬塑波纹管,减少了柔性光纤的磨损,除硬塑波纹管外,还可以在传感光纤12的外部套装PE、PVC等塑料材质的具有一定柔性的光管。
在一种实施方式中,如图3所示,所述标准互感器采集器2包括光学组件 21与信号处理电路22,所述光学组件21包括光源211、耦合器212、起偏器 213、相位调制器214、延迟环215与探测器216,所述光源211与所述耦合器 212相连,所述起偏器213接收所述光源211发出的光,所述起偏器213的尾纤与所述相位调制器214的尾纤以45°角熔接,所述相位调制器214的另一端与所述延迟环215连接,所述延迟环215与所述保偏光缆11连接,所述探测器216与所述耦合器212连接,所述探测器216与所述信号处理电路22信号连接。
本实施方式中,光源211发出的光经过耦合器212,由起偏器213起偏,变成线偏振光,线偏振光分别沿保偏光缆11的X轴和Y轴传输;这两个正交模式的线偏振光经过λ/4波片后,分别变为左旋和右旋圆偏振光,进入柔性光纤传感环1中传播;载流导线中传输的交变电流产生磁场,在柔性光纤传感环1中产生Faraday磁光效应,使这两束圆偏振光的相位差发生变化,并以不同的速度传输,在镜面处反射后,两束圆偏振光的偏振模式互换(即左旋光变为右旋光,右旋光变为左旋光)再次通过柔性光纤传感环1,并经历Faraday 效应使两束光产生的相位差加倍,这两束光再次通过λ/4波片后,恢复为线偏振光。原来沿保偏光缆11的X轴传播的光变为沿保偏光纤Y轴传播,原来沿保偏光纤Y轴传播的光变为沿保偏光纤X轴传播。两束光在起偏器213 处发生干涉。最后,携带相位信息的光由耦合器212进入探测器216。信号处理电路22通过对探测器216得到的干涉信号,进行调制、解调处理得到谐波电流,谐波电流发送至校验平台4,与校验平台4得到的被校验电子式互感器 6电流信号进行比对,检测平台4通过计算被校验电子式互感器6与标准互感器采集器2的偏差来进行被校验电子式互感器6的校验。
进一步的,所述信号处理电路22包括A/D采集电路221、FPGA (Field-Programmable GateArray,现场可编程门阵列)处理单元222、D/A转换电路223与合并对时电路224,所述A/D采集电路221与所述探测器216相连接,所述A/D采集电路221与所述FPGA处理单元222相连接,所述FPGA 处理单元222与所述D/A转换电路223相连接,所述D/A转换电路223与所述相位调制器214相连接,所述FPGA处理单元222与所述合并对时电路224 相连接,所述合并对时电路224与所述合并单元3信号连接。探测器216采集到的携带电流信息的电压量传递给A/D采集电路221,进行信号的滤波、放大及模数转换,将模拟量信号转换成数字量信号,得到的数字量信号传递给 FPGA处理单元222,进行信号调制、解调处理;FPGA处理模块将调制信号输出给D/A转换电路223,所述D/A转换电路223将调制电压的数字量转换成模拟量传递给光学组件21,进行相位调制器214的半波电压调制;所述FPGA 处理模块将解调好的信号输出给合并对时电路224,合并对时电路224将信号合并输出给合并单元3,将电流光信号等模拟量信号转换成数字量,能够实现数据的同步。
可选的,如图4所示,所述校验平台4包括电流转换及调理电路41、信号转换及调理电路42、数据采集卡43、微处理器及同步时钟模块44与上位机 45,所述电流转换及调理电路41的输入端与所述标准互感器采集器2相连接,所述电流转换及调理电路41的输出端与所述数据采集卡43相连接,所述信号转换及调理电路42的输入端与所述被校验电子式互感器6相连接,所述信号转换及调理电路42的输出端与所述数据采集卡43相连接,所述数据采集卡 43与所述微处理器及同步时钟模块44相连接,所述微处理器及同步时钟模块 44与所述上位机45相连接。
标准互感器采集器2输出基准电流数据给电流转换及调理电路41,电流转换及调理电路41对电流信号进行光电转换并调理成模拟电压信号,输出给数据采集卡43;被校验电子式互感器6测量到的电流数据输出给信号转换及调理电路42,信号转换及调理电路42对电流信号进行光电转换及调理成模拟电压信号,输出给数据采集卡43;同时得到标准电流信号和被测电流信号的数据采集卡43,对两路数据信号进行采集和滤波处理,并将信号传递给微处理器及同步时钟模块44,微处理器及同步时钟模块44对信号进行比差和相差的计算,并将比差和角差计算结果上送给上位机45。
使用时,将传感光纤12一端的插头14从光纤固定法兰13上拆下,将传感光纤12全部缠绕在一次导线5上,并将插头14再次插装在光纤固定法兰 13上,将合并单元3的输入端与被校验电子式互感器6的输出端相连接;
操作光源211发出光信号,光信号经过耦合器212,由起偏器213起偏,变成线偏振光,线偏振光分别沿保偏光缆11的X轴和Y轴传输;这两个正交模式的线偏振光经过λ/4波片后,分别变为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光,进入柔性光纤传感环1中传播;载流导线中传输的交变电流产生磁场,在柔性光纤传感环1中产生Faraday磁光效应,使这两束圆偏振光的相位差发生变化,并以不同的速度传输,相位差为θ=2NVI,其中,N为光纤圈数,V为光纤维尔德常数,I为一次导线5中通过的电流,在镜面处反射后,两束圆偏振光的偏振模式互换(即左旋光变为右旋光,右旋光变为左旋光)再次通过柔性光纤传感环1,并经历Faraday效应使两束光产生的相位差加倍,实际产生的相位差为:θ=4NVI,这两束光再次通过λ/4波片后,恢复为线偏振光。原来沿保偏光缆11的X轴传播的光变为沿保偏光纤Y轴传播,原来沿保偏光纤Y轴传播的光变为沿保偏光纤X轴传播。两束光在起偏器213处发生干涉。最后,携带电流信息的光由耦合器212产生携带电流信息的光电流,携带电流信息的光电流进入探测器216,探测器216探测到携带电流信息的光电流的电压量,并传递给A/D采集电路221,进行信号的滤波、放大及模数转换,将模拟量信号转换成数字量信号,得到的数字量信号传递给FPGA处理单元 222,进行信号调制、解调处理;FPGA处理模块将调制信号输出给D/A转换电路223,所述D/A转换电路223将调制电压的数字量转换成模拟量传递给光学组件21,进行相位调制器214的半波电压调制;所述FPGA处理模块将解调好的信号输出给合并对时电路224,合并对时电路224将信号合并输出给电流转换及调理电路41,电流转换及调理电路41对电流信号进行光电转换并调理成模拟电压信号,输出给数据采集卡43,数据采集卡43得到标准变流信号;合并单元3将被校验电子式互感器6测量到的电流数据输出给信号转换及调理电路42,信号转换及调理电路42对电流信号进行光电转换及调理成模拟电压信号,输出给数据采集卡43,数据采集卡43得到被测电流信号;同时得到标准电流信号和被测电流信号的数据采集卡43,对两路数据信号进行采集和滤波处理,并将信号传递给微处理器及同步时钟模块44,微处理器及同步时钟模块44对信号进行比差和相差的计算,并将比差和角差计算结果上送给上位机45,操作者可以根据上位机45得到的计算结果得到被校验电子式互感器6 与标准互感器采集器2的偏差,并根据偏差情况对被校验电子式互感器6进行校正。
本实用新型通过柔性光纤传感环1闭合缠绕在一次导线5上,避免了气隙的产生,进而避免了因漏磁引起的测量误差,柔性光纤传感环1与标准互感器采集器2通过保偏光缆11传输信号,避免了电磁环境的干扰,同时光纤属于绝缘材料,避免了耦合一次端高电压的危险,本装置简化了硬件设计和软件设计,只针对比差和角差测量需求设计,便于操作,更为实用。
所属领域的普通技术人员应当理解:以上任何实施例的讨论仅为示例性的,并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子;在本实用新型的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化,为了简明它们没有在细节中提供。
本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此,凡在本实用新型的精神和原则之内,所做的任何省略、修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电流校验装置,其特征在于,包括柔性光纤传感环、标准互感器采集器、合并单元与校验平台,所述柔性光纤传感环可缠绕在一次导线上,所述柔性光纤传感环包括保偏光缆,所述柔性光纤传感环通过所述保偏光缆与所述标准互感器采集器输入端连接,所述标准互感器采集器的输出端与所述校验平台的输入端连接,被校验电子式互感器的输出端与所述合并单元的输入端连接,所述合并单元的输出端连接至所述校验平台。
2.根据权利要求1所述的电流校验装置,其特征在于,所述柔性光纤传感环还包括传感光纤、光纤固定法兰与插头,所述传感光纤的一端熔接有波片,所述波片固定在所述光纤固定法兰内,所述传感光纤的另一端安装有插头,所述插头与所述光纤固定法兰可拆卸连接,所述保偏光缆的一端贯穿入所述光纤固定法兰内,并与所述波片相熔接,所述保偏光缆的另一端与所述标准互感器采集器连接。
3.根据权利要求2所述的电流校验装置,其特征在于,所述传感光纤的外部套装有硬塑波纹管。
4.根据权利要求1所述的电流校验装置,其特征在于,所述标准互感器采集器包括光学组件与信号处理电路,所述光学组件包括光源、耦合器、起偏器、相位调制器、延迟环与探测器,所述光源与所述耦合器相连,所述起偏器接收所述光源发出的光,所述起偏器的尾纤与所述相位调制器的尾纤呈角度熔接,所述相位调制器的另一端与所述延迟环连接,所述延迟环与所述保偏光缆连接,所述探测器与所述耦合器连接,所述探测器与所述信号处理电路信号连接。
5.根据权利要求4所述的电流校验装置,其特征在于,所述起偏器的尾纤与所述相位调制器的尾纤呈45°角熔接。
6.根据权利要求4所述的电流校验装置,其特征在于,所述信号处理电路包括A/D采集电路、FPGA处理单元、D/A转换电路与合并对时电路,所述A/D采集电路与所述探测器相连接,所述A/D采集电路与所述FPGA处理单元相连接,所述FPGA处理单元与所述D/A转换电路相连接,所述D/A转换电路与所述相位调制器相连接,所述FPGA处理单元与所述合并对时电路相连接,所述合并对时电路与所述合并单元信号连接。
7.根据权利要求6所述的电流校验装置,其特征在于,所述校验平台包括电流转换及调理电路、信号转换及调理电路、数据采集卡、微处理器及同步时钟模块与上位机,所述电流转换及调理电路的输入端与所述标准互感器采集器相连接,所述电流转换及调理电路的输出端与所述数据采集卡相连接,所述信号转换及调理电路的输入端与所述被校验电子式互感器相连接,所述信号转换及调理电路的输出端与所述数据采集卡相连接,所述数据采集卡与所述微处理器及同步时钟模块相连接,所述微处理器及同步时钟模块与所述上位机相连接。
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CN111679239B (zh) * | 2020-07-23 | 2023-05-23 | 国网冀北电力有限公司计量中心 | 柔性直流电网用电压互感器校验系统及方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |