CN212255530U - 一种用于10kV架空线的综合式电子传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于10kV架空线的综合式电子传感器，在综合传感器中使用不同缠绕匝数的罗氏线圈作为电流传感器采集10kV架空线低频、高频特征信号；通过使用电子式电压传感器采集10kV架空线电压特征信号，同时，在三相制10kV架空线中同时使用3个综合式电子传感器采集线路的电流、电压信号，以供电网检测系统使用。

Description

一种用于10kV架空线的综合式电子传感器

技术领域

本实用新型涉及一种10kV架空线的综合式电子传感器，可应用于10kV架空线路上，为二次配电设备和监测设备提供不同频率的电压电流数字信号数据。

背景技术

现有10kV架空线上FTU(馈线终端)使用的电流传感器为电磁式电流互感器，集成在柱上开关中，主要用于工频(50Hz)电流的采集；10kV架空线故障定位装置使用的电流传感器为罗氏线圈互感器，可采集4kHz的电流信号。配合FTU(馈线终端)使用的电压传感器为电磁式电压互感器，需独立安装，只能为二次设备提供工频(50Hz)的电压信号。

随着技术不断发展，电力二次设备和监测设备对传感器采样频率要求越来越高，例如：录波型故障指示器现要求采集线路上12kHz以上的电流信号，电力选线设备中需要采集线路上10MHz的电流和电压信号。另外，随着国家电网要求配电设备一二次融合技术要求，电流和电压传感器要集成在一起使用。

对于目前常用的电磁式电流互感器主要问题在于只能采集工频(50Hz)电流信号，并且对二次侧输出负载要求严格。而罗氏线圈电流互感器根据线圈匝数不同所采集到的信号频率也不同，很难做到宽频率范围覆盖。

同样电磁式电压互感器目前也只能采集到工频(50Hz)电压信号，并且其绝缘结构复杂，体积笨重，可能会出现铁磁谐振，损坏设备。

另外由电流、电压互感器引至二次保护控制设备的电缆是电磁干扰的重要耦合途径，且互感器输出的是模拟量信号，不能直接与计算机相连等问题。

本实用新型提出的综合式电子传感器接入10KV架空配网线路中，相较于传统的互感器，适应了电力计量与保护数字化的发展要求，可直接提供数字信号给计量、保护装置，而且对电力系统故障响应快，因为综合电子式传感器可以实现暂态信号量作为保护判断参量；具有优良的绝缘性能以及测量动态范围大、频率响应范围宽等。

实用新型内容

本实用新型提出了一种用于10kV架空线的综合式电子传感器，具体方案如下：

一种用于10kV架空线的综合式电子传感器，包括取电模块，信号采集模块，信号调理模块和信号处理模块，其中：

所述取电模块用于从10kV架空线中获取传感器工作所需的电能供传感器使用；

所述信号采集模块用于采集10kV架空线中的特征信号；

所述信号调理模块用于信号采集模块获取的特征信号进行放大、滤波处理，得到交流信号；

所述信号处理模块用于将信号调理模块输出的信号进行数字化处理并输出；

其特征在于，所述信号采集模块中包含有可同时采集10kV架空线高频和低频电压特征的电子式电压传感器，可同时采集电流特征的高频电流传感器和低频电流传感器。

进一步的，所述信号采集模块还可采集线路暂态信号和行波信号。

进一步的，所述电子式电压传感器使用电容分压器进行电压特征信号的采集。

进一步的，所述信号调理模块中对特征信号进行的滤波处理为带通滤波处理。

进一步的，所述信号处理模块使用ARM+FPGA对数字信号进行处理。

进一步的，所述传感器使用PT获取传感器工作所需电能。

进一步的，所述高频电流传感器和低频电流传感器使用罗氏线圈进行电流特征信号的采集。

进一步的，上述任意一种传感器中，需要为所述10kV架空线中的每一相线路配备一个单独的电子传感器。

附图说明

图1为本实用新型中综合传感器的结构框图；

图2为PT取电装置的拓扑示意图；

图3为电子式电压互感器原理图；

图4为罗氏线圈原理图；

图5为罗氏线圈等效电路图；

图6为电子式电流互感器原理图；

图7为单相采集器结构图；

图8为主处理电路板电路框图；

图9为综合电子传感器结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行具体说明。

如图7所示，本实用新型中的传感器中包含有大小相同，重叠设置的环状高、低频电流传感器(罗氏线圈)，用于分别测量10kV架空线的高频、低频电流特征。所述环状电流传感器两端具有线缆固定孔，用于与10kV架空线连接。在安装所述传感器时，用户通过与所述线固定孔相配合的螺栓与10kV架空线连接。所述圆形高、低频电流传感器下，设置有空心绝缘子。空心绝缘子内置有电子式电压传感器，用于测量10kV架空线的电压特征。

如图9所示，在实际三相制电网中，需要针对A、B、C三相线路分别设置三个相同单相采集器。同时，还需要通过PT由10kV架空线中取出每个单相采集器所需的直流电力，通过主处理电路板分别传送至3个单相采集器。本实施例中，单相采集器所需的电力为直流12V。所述三个单相采集器和PT取电装置均固定在同一固定底座上。三个单相采集器采集到的模拟信号通过导线引出至主处理电路板上。

取电PT电路结构如图2所示。取电PT与10kV架空线中任意一相线路相连，获取的电能首先通过前端防冲击保护装置。随后，交流电在整流滤波模块中被转换为直流电，经稳压保护和主电源模块变换为12V电压，经防反二极管保护后，经由主电路板被送至三个单相采集器内。

如图1所示，本实用新型的主处理电路板中，设置有数据采集模块、信号调理模块和信号处理模块。所述数据采集模块分为A、B、C三相，分别与10kV架空线中测量A、B、C三相线路的综合传感器相连。三个单相采集器采集到每一相的特征信号模拟数据后，经信号调理模块和信号处理模块进行一系列处理后，通过光纤、串口或以太网接口送入电网控制网络，用于对10kV电网的监控。

本实用新型中的电压传感器中，采用电容分压器对10kV架空线上的电压进行分压后，再进行电压信号的采集。如图3所示，本实用新型中的电压传感器由电容分压器、信号预处理模块、A/D转换及信号处理部分组成；电容分压器是有高压电容器C1(主电容器)和串联电容器C2(分压电容器)组成，其中C2的主要作用就是进行电容分压；通过电容分压器实现一次侧信号采集，得到的模拟信号通过预处理后进行模数转换，交于二次侧的信号处理设备。

本实用新型中的电流传感器中，采用罗氏线圈进行高、低频电流信号的采集。如图4所示，罗氏线圈又名Rogowski线圈，是一种交流电流传感器，是一个空心环形的线圈，有柔性和硬性两种，可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流，罗氏线圈的输出电压与被测电流的微分成正比，因此需要经过积分器，即可得到与一次电流成正比的输出电压；对于高频、大电流测量有独特的优势，适用于频率0.1Hz到1MHz并且无二次开路危险等特点。

罗氏线圈采集信号的原理如图6所示。假设罗氏线圈的输出电压真空磁导率为u0、线圈面积为S、线圈匝数为N，输入电流变化率为di/dt，输出电压u(t)满足下列等式：

u(t)＝u0*N*S*(di/dt)

由于u0为常数，S、N在线圈制成后不可改变，因此输出电压u(t)与被测电流的di/dt 成正比。且相同幅值的电流条件下，频率越高，di/dt就越大，所以输出电压也越高。所以，可以在实际使用场景中按照上式的关系，改变S和N达到所需的输出。

10kV架空线通电后，线圈上的感生电流经积分变换后得到模拟信号，模拟信号经过A/D 转换后的信号通过绝缘子保护后进行处理，处理后的信号经计量保护模块后即为安全且可用的标准信号，可直接送入电网监控网络系统。

本实施例中，信号调理模块和信号处理模块被集成在主处理电路板上。前述三个单相采集器采集的模拟信号经由屏蔽信号线引出后，首先被送至信号调理模块。每个单项采集器会输出对应相的高频电流信号、低频电流信号和电压信号。信号调理模块将A、B、C三相对应的三个单相采集器输出的三通道高频电流信号和三通道电压信号进行高频信号的数据滤波和信号调整，三通道低频电流信号则进行低频信号的数据滤波和信号调整。高频信号的数据滤波采用带通滤波器，其通频带为200kHz～5MHz，低频信号的数据滤波采用低通滤波器，截止频率为1kHz。各种模拟信号经滤波器处理后，再进行信号调整，对信号进行放大运算，之后被输入至信号处理模块中。

信号处理模块内，来自高速处理通道的模拟信号经高速A/D转换，来自低速处理通道的模拟信号经低速A/D转换。本实施例中，转换后得到的数字信号被统一送至ARM+FPGA中，由事先烧录在FPGA中的程序进行处理，将数据进行规约打包，若数据达到一定阈值，将数据进行录波存储。处理后的数字信号被同时转换为485串口信号、以太网信号和光纤信号进行输出。输出的信号为标准格式信号，可与电网监控系统中的各种信号采集接口直接相连，用于电网监控系统的管控。

以上对本实用新型所提供的10kV架空线的综合式电子传感器及线路特征采集方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型技术方案的限制。

Claims (9)

1.一种用于10kV架空线的综合式电子传感器，包括取电模块，信号采集模块，信号调理模块和信号处理模块，其中：

所述取电模块用于从10kV架空线中获取传感器工作所需的电能供传感器使用；

所述信号采集模块用于采集10kV架空线中的特征信号；

所述信号调理模块用于信号采集模块获取的特征信号进行滤波、放大处理，得到交流信号；

所述信号处理模块用于将信号调理模块输出的信号进行数字化处理并输出；

其特征在于，所述信号采集模块中包含有可同时采集10kV架空线高频和低频电压特征的电子式电压传感器，可同时采集电流特征的高频电流传感器和低频电流传感器。

2.根据权利要求1所述的用于10kV架空线的综合式电子传感器，其特征在于，所述信号采集模块还可采集线路暂态信号和行波信号。

3.根据权利要求1所述的用于10kV架空线的综合式电子传感器，其特征在于，所述电子式电压传感器使用电容分压器进行电压特征信号的采集。

4.根据权利要求1所述的用于10kV架空线的综合式电子传感器，其特征在于，所述信号调理模块中对特征信号进行的滤波处理为带通滤波处理。

5.根据权利要求1所述的用于10kV架空线的综合式电子传感器，其特征在于，所述信号处理模块使用ARM+FPGA对数字信号进行处理。

6.根据权利要求1所述的用于10kV架空线的综合式电子传感器，其特征在于，所述传感器使用PT获取传感器工作所需电能。

7.根据权利要求1所述的用于10kV架空线的综合式电子传感器，其特征在于，所述高频电流传感器和低频电流传感器使用罗氏线圈进行电流特征信号的采集。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的用于10kV架空线的综合式电子传感器，其特征在于，需要为所述10kV架空线中的每一相线路配备一个单独的单相采集器。

9.根据权利要求1所述的用于10kV架空线的综合式电子传感器，其特征在于，所述综合式电子传感器上具有中空的绝缘子，所述电子式电压传感器位于中空的绝缘子内。

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