CN217981629U - 一种独立支柱式电子式电流互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种独立支柱式电子式电流互感器，包括互感器主壳体、一次导体、电路板、绝缘子、底座和四个线圈，其中，一次导体贯穿互感器主壳体；四个线圈包括两取能线圈、一测量信号线圈和一保护信号线圈，各线圈套接在一次导体上，从该一次导体上取电；电路板上设置有保护信号采集模块、测量信号采集模块、电源模块、保护信号转换模块、测量信号转换模块、单片机程序控制模块和光信号调制模块；两取能线圈分别连接到电源模块的两路电源输入电路上以实现电源模块智能控制，电源模块还包含电池，以提供备份电源。本独立支柱式电子式电流互感器提供双线路备份模式和电池备份模式结合的方式，可提升电子互感器的平均无故障工作时间。

Description

一种独立支柱式电子式电流互感器

技术领域

本实用新型涉及高压电网领域，尤其涉及一种独立支柱式电子式电流互感器。

背景技术

在现有的有源式独立支柱式电子式电流互感器中，通常设置一次导体、一个保护线圈、一个采样线圈和一个取能线圈，取能线圈从连接外部高压线缆的一次导体中获取电能，给整个互感器电路供电，从而实现对流经一次导体的电流进行采样，获取保护信号和测量信号，并将这些信号转换成光信号输出。

常规电路采用单个取能线圈从一次导体上取电，并采用简单的电池备份控制方式，存在线路供电/电池供电切换不及时，或由于电源电路本身的故障导致的掉电问题，从而影响了电子式电流互感器的工作稳定性和平均无故障工作时间。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电子式电流互感器的电源电路，以解决现有技术的上述不足。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种独立支柱式电子式电流互感器，包括互感器主壳体、一次导体、电路板、绝缘子、底座和四个线圈，所述一次导体贯穿所述互感器主壳体；四个线圈包括两取能线圈、一测量信号线圈和一保护信号线圈，各线圈套接在一次导体上，从该一次导体上取电；所述电路板上设置有保护信号采集模块、测量信号采集模块、电源模块、保护信号转换模块、测量信号转换模块、单片机程序控制模块和光信号调制模块；两取能线圈分别连接到电源模块的两路电源输入电路上以实现双线路备份，所述电源模块还包含电池，以提供备份电源。

进一步的，所述电源模块包括两路电源输入电路、一电源输出电路、一充电控制电路、一放电控制电路和可充电电池，两路电源输入电路的输出并联连接后和电源输出电路的输入连接；两路电源输入电路分别提供过压保护控制和放电控制信号；所述电源输出电路至少输出第一直流电源；所述充电控制电路用于控制所述第一直流电源向电池充电，所述放电控制电路用于控制所述电池向所述第一直流电源放电。

进一步的，第一电源输入电路包括第一整流滤波电路、第一自举电路和过压保护电路，从第一取能线圈输入的电能经所述第一整流滤波电路和第一自举电路后输出，所述过压保护电路包括一稳压管和一个继电器，所述稳压管的负极和所述第一整流滤波电路的输出连接，所述稳压管的正极连接到所述继电器的控制端，所述继电器开关的两端分别连接到所述第一取能线圈的两端。

进一步的，第二电源输入电路包括第二整流滤波电路、第二自举电路，从第二取能线圈输入的电能经所述第二整流滤波电路和第二自举电路后输出，所述第二整流滤波电路的输出和所述放电控制电路连接，所述第二整流滤波电路的输出电压为放电控制信号，控制所述放电控制电路。

进一步的，所述自举电路，包括第一开关管、第二开关管和第一电阻、第二电阻、第三电阻，所述第一开关管：其控制极通过第一电阻连接到所述自举电路的输入，且通过第二电阻接地，其输入极接地，其输出极和所述第二开关管的控制极连接；所述第二开关管：其输入极连接到所述自举电路的输入，其控制极经第三电阻连接到所述自举电路的输入，其输出端为所述自举电路的输出。

进一步的，所述整流滤波电路的输出电容包括高压电容和低压电容电能依次经高压电容、低压电容后输出，在高压电容和低压电容之间设置有保护器件，所述保护器件包括熔断电阻、正温度系数温度保险丝和限压器件中的一种或多种。

进一步的，所述放电控制电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三开关管、第四开关管、第一二极管和第二三极管，所述第三开关管：其控制极通过串联的第五电阻、第四电阻连接到所述第二整流滤波电路的输出端，且通过第六电阻接地，其输入极接地，其输出极和第四开关管的控制极连接；所述第四开关管：其控制极通过第七电阻和电池正极连接，其输入极和电池正极连接，其输出极和第二三极管的正极连接；所述第二三极管的负极和第一直流电源连接；所述第一二极管：其负极连接电源控制信号，其正极连接到第四电阻和第五电阻的中间节点。

进一步的，所述充电控制电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第五开关管、第六开关管和第三二极管，所述第五开关管：其控制极通过第八电阻和充电控制信号连接，且通过第九电阻接地，其输入极接地，其输出极和第六开关管的控制极连接；所述第六开关管：其控制极通过第十电阻和第一直流电源连接，其输入极和第一直流电源连接，其输出极和第三二极管的正极连接；所述第三二极管的负极和电池正极连接。

进一步的，所述电路板包括第一电路板和第二电路板，所述第一电路板包括电源模块，所述第二电路板包括保护信号采集模块、测量信号采集模块、保护信号转换模块、测量信号转换模块、单片机程序控制模块和光信号调制模块。

进一步的，各线圈沿一次导体分散布置，两个取能线圈设置在所述保护信号线圈和所述测量信号线圈之间。

本实用新型实现了如下技术效果：

本实用新型的电子式电流互感器电源电路采用双线路备份模式和电池备份模式结合的方式，可提升电子互感器的平均无故障工作时间。

附图说明

图1是本实用新型的独立式电子式电流互感器的结构图；

图2是本实用新型的独立式电子式电流互感器的主体剖视图；

图3是本实用新型的独立式电子式电流互感器的电路原理框图；

图4是本实用新型的电子式电流互感器电源电路的电路原理图总图；

图5是第一电源输入电路的电路原理图；

图6是第二电源输入电路和放电控制电路的电路原理图；

图7是电源输出电路的电路原理图；

图8是充电控制电路原理图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1和图2所示，本实用新型给出了一种独立支柱式电子式电流互感器，其结构主要包括：互感器主壳体11、一次导体12、柱式绝缘子13和底座14，一次导体12贯穿互感器主壳体11，在一次导体12的两端分别设置了第一连接柱17和第二连接柱18，以连接高压电缆。

在本实施例中，互感器主壳体11为柱状壳体，一次导体12沿互感器主壳体11的径向设置。

在本实施例中，在互感器主壳体11内设置了四个感应线圈21、22、23、24、第一线路板25和第二线路板26。其中，四个感应线圈套接在一次导体12上，分别从一次导体12的高压信号中提取保护信号、测量信号、第一能量信号和第二能量信号。在互感器主壳体11内，通过支架15安装第一线路板25和第二线路板26。在设置上，各线圈沿一次导体12分散布置，两个取能线圈22、23设置在保护信号线圈21和测量信号线圈24之间。

本领域技术人员可根据本领域的公知常识选取各线圈的种类和规格，如保护信号线圈21采用罗氏线圈，测量信号线圈24采用高精度低功率线圈，取能线圈22、23采用常规的空心环形线圈等。

如图3所示，在第一线路板25和第二线路板26上设置有保护信号采集模块、保护信号转换模块、测量信号采集模块、测量信号转换模块、智能电源模块、单片机程序模块和光信号调制模块。保护信号线圈、测量信号线圈、取能线圈1、取能线圈2套在高压导线(即图1的一次导体12)上。保护信号采集模块通过保护信号线圈采集的保护信号通过保护信号转换模块处理后发送给光信号调制模块，然后经光纤输出；测量信号线圈采集的测量信号(电压或电流)测量信号采集模块通过测量信号线圈采集的测量信号通过测量信号转换模块处理后发送给光信号调制模块，经光纤输出。单片机程序模块则用于调度测量信号采集模块和保护信号采集模块的采样时机，从而控制测量信号和保护信号的分时输出。优选的，可在第一电路板25中设置智能电源模块，在第二线路板26上设置光信号调制模块等其他电路模块，进行功能分割。

如图4-8所示，智能电源模块包括第一电源输入电路31、第二电源输入电路32、电源输出电路33、充电控制电路34和放电控制电路35。其中第一电源输入电路31通过第一取能线圈，第二电源输入电路32通过第二取能线圈从一次导体上取电；第一电源输入电路31和第二电源输入电路32的输出连接，用于给电源输出电路33供电；第一电源输入电路31包括一电源过压保护电路36，用于在过压时旁路第一取能线圈的输出；电源输出电路33用于降压输出第一直流电源MVCC，第一直流电源MVCC用于直接或间接给电子互感器的其他电路组件供电，在本示例中，MVCC为5V；充电控制电路40用于控制电源输出电路33给备用的电池充电；放电控制电路50用于控制电池给第一直流电源MVCC供电。

在本实施例中，第一电源输入电路31和第二电源输入电路32均包括一个整流滤波电路和一个自举电路。以第一电源输入电路31为例，整流滤波电路包括D1、D2、D3、D4、C1、C2，其中C1是400V的高压电容，C2是25V的低压电容。为防止异常高压输出，在电容C1处接出信号给过压保护电路36，过压保护电路36包括稳压管D9和继电器K1，当出现过压时，继电器K1会动作，开关闭合对第一取能线圈进行旁路，暂停取能；当整流滤波电路输出电压正常时，继电器控制端断开，继电器开关打开，取消对第一取能线圈的旁路。为防止异常高压输出到后级，在电容C1和电容C2之间设置了大电流熔断电阻R16、正温度系数的温度保险丝、电压抑制管Z2等手段中的一种或多种手段。

以第一电源输入电路31为例，自举电路包括电阻R11、R34、R36、NPN三极管N9、PMOS管P9。当自举电路的输入电压达到阈值时，NPN三极管N9、PMOS管P9导通，输出电源。R11和R34的阻值比例决定了自举电路输出的阈值大小。

在本实施例中，电源输出电路33包括两级降压电路，通过U14将输入电压降到MVCC(通常为5V)，再通过U1从MVCC降压到+3.3V。当输入U14的电压不能达到阈值时，MVCC为0。需要切换到备份电池供电，此时备份电池将其电容注入到MVCC中，通过MVCC的供电线路给电子互感器的各模块供电。

在实施例中，充电控制电路40包括电阻R18、R19、R3、NPN三极管N3、PMOS管P6和二极管C18，充电过程由单片机进行主动控制，通过信号CHPC3控制N3、P6的导通和关断。当CHPC3为高电平时，N3和P6导通，MVCC通过二极管D18给电池充电。电池充电后的电压大概在4.3V到4.7V之间。

在本实施例中，放电控制电路包括：电阻R39、R40、R31、R6、NPN三极管N5、PMOS管P2和二极管D24、D12。当N5和P2导通时，电池通过二极管D12和MVCC连接，当MVCC电压跌落到低于电池电压时，电池给MVCC供电，信号PWCTL由单片机控制，当信号PWCTL输出低电平时，强制关断N5和P2，阻止电池给MVCC供电。

在本实施例中，在第一电源输入电路31、第二电源输入电路32的连接点和电源输出电路33之间设置有二极管D7，以保证电路间的有效隔断，防止电源输出电路33的反向输出，可在无电源输入时，通过电源输出电路33内的电容延长电子式电流互感器的工作时间。

综上所述，本实用新型的电子式电流互感器电源电路实现了如下效果：

本实用新型的独立支柱式电子互感器为有源式电子式电流互感器，采用双线路备份模式和电池备份模式结合的方式，可提升电子式电流互感器的平均无故障工作时间。

本电子式电流互感器的电源电路设置有过压保护机制，能有效保证电子式电流互感器电路在过压时的正常运行，保证电子式电流互感器的免维护长寿命运行。

本电子式电流互感器的电源电路设置自举电路，减少杂讯干扰，再结合充电控制电路和放电控制电路，可调整取能线路供电和电池供电的切换时机，保证线路供电和电池供电的无缝切换。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型作出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种独立支柱式电子式电流互感器，其特征在于，包括互感器主壳体、一次导体、电路板、绝缘子、底座和四个线圈，所述一次导体贯穿所述互感器主壳体，和外部高压线缆连接；四个线圈包括两取能线圈、一测量信号线圈和一保护信号线圈，各线圈套接在一次导体上，从该一次导体上取电；所述电路板上设置有保护信号采集模块、测量信号采集模块、电源模块、保护信号转换模块、测量信号转换模块、单片机程序控制模块和光信号调制模块；两取能线圈分别连接到电源模块的两路电源输入电路上以实现双线路备份，所述电源模块还包含电池，以提供备份电源。

2.如权利要求1所述的独立支柱式电子式电流互感器，其特征在于，所述电源模块包括两路电源输入电路、一电源输出电路、一充电控制电路、一放电控制电路和可充电电池，两路电源输入电路的输出并联连接后和电源输出电路的输入连接；两路电源输入电路分别提供过压保护控制和放电控制信号；所述电源输出电路至少输出第一直流电源；所述充电控制电路用于控制所述第一直流电源向电池充电，所述放电控制电路用于控制所述电池向所述第一直流电源放电。

3.如权利要求2所述的独立支柱式电子式电流互感器，其特征在于，第一电源输入电路包括第一整流滤波电路、第一自举电路和过压保护电路，从第一取能线圈输入的电能经所述第一整流滤波电路和第一自举电路后输出，所述过压保护电路包括一稳压管和一个继电器，所述稳压管的负极和所述第一整流滤波电路的输出连接，所述稳压管的正极连接到所述继电器的控制端，所述继电器开关的两端分别连接到所述第一取能线圈的两端。

4.如权利要求2所述的独立支柱式电子式电流互感器，其特征在于，第二电源输入电路包括第二整流滤波电路、第二自举电路，从第二取能线圈输入的电能经所述第二整流滤波电路和第二自举电路后输出，所述第二整流滤波电路的输出通过电阻和所述放电控制电路的控制端连接，向所述放电控制电路提供放电控制信号。

5.如权利要求3或4所述的独立支柱式电子式电流互感器，其特征在于，所述自举电路，包括第一开关管、第二开关管、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一开关管：其控制极通过第一电阻连接到所述自举电路的输入，且通过第二电阻接地，其输入极接地，其输出极和所述第二开关管的控制极连接；所述第二开关管：其输入极连接到所述自举电路的输入，其控制极经第三电阻连接到所述自举电路的输入，其输出端为所述自举电路的输出。

6.如权利要求3或4所述的独立支柱式电子式电流互感器，其特征在于，所述整流滤波电路的输出电容包括高压电容和低压电容，电能依次经高压电容、低压电容后输出，在高压电容和低压电容之间设置有保护器件，所述保护器件包括熔断电阻、正温度系数温度保险丝和限压器件中的一种或多种。

7.如权利要求4所述的独立支柱式电子式电流互感器，其特征在于，所述放电控制电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三开关管、第四开关管、第一二极管和第二三极管，所述第三开关管：其控制极通过串联的第五电阻、第四电阻连接到所述第二整流滤波电路的输出端，且通过第六电阻接地，其输入极接地，其输出极和第四开关管的控制极连接；所述第四开关管：其控制极通过第七电阻和电池正极连接，其输入极和电池正极连接，其输出极和第二三极管的正极连接；所述第二三极管的负极和第一直流电源连接；所述第一二极管：其负极连接电源控制信号，其正极连接到第四电阻和第五电阻的中间节点。

8.如权利要求2所述的独立支柱式电子式电流互感器，其特征在于，所述充电控制电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第五开关管、第六开关管和第三二极管，所述第五开关管：其控制极通过第八电阻和充电控制信号连接，且通过第九电阻接地，其输入极接地，其输出极和第六开关管的控制极连接；所述第六开关管：其控制极通过第十电阻和第一直流电源连接，其输入极和第一直流电源连接，其输出极和第三二极管的正极连接；所述第三二极管的负极和电池正极连接。

9.如权利要求1所述的独立支柱式电子式电流互感器，其特征在于，所述电路板包括第一电路板和第二电路板，所述第一电路板包括电源模块，所述第二电路板包括保护信号采集模块、测量信号采集模块、保护信号转换模块、测量信号转换模块、单片机程序控制模块和光信号调制模块。

10.如权利要求1所述的独立支柱式电子式电流互感器，其特征在于，各线圈沿一次导体分散布置，两个取能线圈设置在所述保护信号线圈和所述测量信号线圈之间。

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