CN2888623Y - 基于gps同步的光供能高压光电电流互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种110kV及以上电压等级电力系统用光电电流互感器。主要包括以下几个组成部分：高电压侧信号传感单元、高电压侧微功耗信号处理单元、高压侧电源单元、传输光纤、低压侧信号处理单元、低压侧光供能单元和GPS同步脉冲接入单元等。在高电压侧通过信号传感单元将高压母线中的电流信号转换成低电压模拟信号，再经高电压侧微功耗信号处理单元转换为光脉冲信号，通过光纤传输系统传至低压侧信号处理单元，供低压侧二次设备采用。高压侧的信号采集由GPS同步脉冲接入单元控制，该控制信号通过光纤传至高电压侧信号处理单元。本实用新型无工作“死区”问题，可实现对多个互感器的同步采样。

Description

基于GPS同步的光供能高压光电电流互感器

技术领域

本实用新型涉及一种110kV及以上电压等级电力系统用的电流互感器，特别是涉及一种非传统的电流互感器即光电电流互感器。

背景技术

在电力系统中，电流信号是电能计量、继电保护和运行控制等二次设备所必需的最基本的信号。高压输电线中的电流信号需借助高压电流互感器的变换得到。目前，系统中广泛采用的电流互感器是电磁式电流互感器，它是根据电磁感应的原理将输电线中的电流通过铁芯和线圈，传递到低压侧。在结构上，电磁式电流互感器在处于地电位的铁芯上绕有一、二次绕组，在铁芯与绕组之间，以及一、二次绕组之间设置有复杂的绝缘结构以保证所有的低压设备与高压隔离。随着电力工业的发展，电压等级日益提高，电网容量日渐增大，电磁式互感器在原理和结构上都暴露出许多缺点，并且在高压、超高压系统中尤为明显。电压等级越高，电磁式互感器的制造工艺就越复杂，可靠性越差；为解决绝缘问题，必然使得体积增大，设备变得极为笨重；并由此导致生产成本增高，安装维护费用也会相应增加。在这种情况下，电磁式互感器由于其固有的体积大、磁饱和、铁磁谐振、动态范围小和频带窄等缺点，已经难以满足新一代电力系统自动化、数字化等的发展需要。这就迫切需要研制出一种新型的电流变换装置，即光电电流互感器以替代现有的电磁式互感器。

中国专利02249038.8公开了一种有源光纤电流互感器，高压侧采用分流器作为传感单元，但是分流器自身性能受其组成材料和制作工艺等因素的影响较大，很难达到高测量准确度要求，仅适用于保护监测信号用，不能满足电能计量的要求。中国专利200410023792.0公开了一种电力电流互感器，也是一种光电电流互感器，其高压侧传感单元采用两个线圈(一个计量用，一个保护用)，结构较为复杂；此外，该专利需要采用一个带铁心的互感器线圈，以给高压侧信号处理电路提供工作能量，但是这种供能方法在高压母线电流较小时无法提供出足够的能量，存在供能“死区”，并且当线路自动重合闸时由于供能用铁心线圈因铁心中剩磁的存在会导致电源系统无法快速启动，使得互感器响应速度慢，无法满足保护设备的需要；专利中所采用的太阳能电池也不实用，无法在各种环境情况下均满足互感器对电源的要求。中国专利03237330.9和03125398.9公开了一种多相光电式电流互感器，高压侧传感单元采用Rogowski线圈，由于该线圈中不存在铁心，所以具有较好的线性度；但是，其性能受线圈骨架材料和绕制工艺的影响比较大，在外界环境条件变化时很难保证其测量准确度，难以达到高准确度计量的要求；该专利中对高压侧信号处理电路的供能也是采用一个带铁心的电流互感器，所以基于该发明的光电电流互感器存在工作“死区”和启动速度慢的问题。中国专利02249038.8和200410023792.0还有一个共同的缺陷，即无法对互感器的采样进行控制，因为当变电站内或者一个系统内的所有光电互感器无法同步采样时，二次计量和保护控制系统就会引入额外的误差甚至导致控制仪表误动作，给电力系统的安全、稳定运行带来潜在的威胁。中国专利03237330.9和03125398.9虽然提出了一种在低压侧采用同步控制脉冲控制多相互感器同步采集的方法，但是它们均需单独采用一根独立的光纤来完成此功能，这在一定程度上增加了高、低压系统之间作为信息传递通道的光纤数目，增加了光纤传输系统的复杂程度。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、测量准确度高、响应速度快的基于GPS同步的光供能高压光电电流互感器，并解决系统内不同互感器的同步采样问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于GPS同步的光供能高压光电电流互感器，它包括：用于串连在高压母线上的信号传感单元，其用于将母线电流信号转换为低功率电压信号；高电压侧微功耗信号处理单元，与信号传感单元输出端相连接，用于采集和调制高压侧信号传感单元输出的低功率电压信号，并输出数字化的光脉冲信号；低压侧信号处理单元，与高压侧微功耗信号处理单元输出端通过光纤相连接，用于处理高压侧微功耗信号处理单元输出的低功率电压信号并输出符合电力系统二次设备要求的数据；高压侧电源单元，与高压侧微功耗信号处理单元相连接为其提供工作电源；光供能单元，与高压侧电源单元通过光纤相连接，为其提供光信号；GPS同步脉冲接入单元，与光供能单元相连接，用于提供同步脉冲，经过解调和光电功率变换后，传给高压侧微功耗信号处理单元，用于控制高压侧微功耗信号处理单元的同步采集。

所述的信号传感单元为低功率电流互感器。

所述的低压侧信号处理单元包括光电转换模块和数字信号处理模块，光电转换模块的输入端与高电压侧微功耗信号处理单元的输出端相连接，光电转换模块的输出端与数字信号处理模块的输入端相连接。

信号传感单元、微功耗信号处理单元、高压侧电源单元装于高压侧传感头内，低压侧信号处理单元、低压侧光供能单元和GPS同步脉冲接入单元装于低压侧输出接口内，光纤设置于绝缘子内。

本实用新型采用一个低功率电流互感器实现对宽范围电流的传感变换，再经过一个微功耗信号处理单元将反映高压电流信息的信号调制成数字化的光脉冲信号，通过光纤传至低压侧信号处理单元，经过一定的处理后即可提供出能够满足计量和保护控制设备用的信号。本实用新型采用一个低功率电流互感器实现对大范围电流信号的准确测量，由于该低功率电流互感器二次负载比较小，所以具有体积小、重量轻的特点，因此，整个互感器具有结构简单的特点；此外，由于这种低功率电流互感器制作技术成熟、性能稳定，其测量准确度不受外界环境条件变化的影响，所以整个互感器在各种环境条件下均能实现很高的测量准确度，并且性能稳定、可靠。本实用新型中对高压侧信号处理单元的供能采用一种光供能的方式，互感器的工作与高压母线中的电流大小不存在直接关系，无工作“死区”问题，同时也消除了互感器的启动时间问题；由于该单元由一种微功耗电路构成，正常工作时，仅仅需要20mW的能量，光供能电源无需工作于满量程，仅在低负荷状态就可以使高压侧传感单元正常工作，所以激光二极管的工作寿命也可以大大延长，进而延长互感器的无故障工作时间。此外，本实用新型中设计出一个GPS同步脉冲接入单元，可以将GPS秒脉冲信号调制到光供能系统中，并在高压侧解调出同步控制信号，以达到对多个互感器同步采样的目的，还可以将互感器的输出信号打上GPS时标，更容易使电力二次计量和保护控制设备准确、高效地工作。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，基于GPS同步的光供能高压光电电流互感器包括一个高压侧电流传感用低功率电流互感器1、微功耗信号处理单元2、高压侧电源系统3、传输光纤4、低压侧信号处理单元5、低压侧光供能单元6和GPS同步脉冲接入单元7，其中信号传感单元1、微功耗信号处理单元2、高压侧电源单元3装于高压侧传感头内8内，低压侧信号处理单元5、低压侧光供能单元6和GPS同步脉冲接入单元7装于低压侧输出接口9内，光纤4设置于绝缘子10内。低功率电流互感器1串联在高压母线11上，用于将母线电流信号转换为低功率电压模拟信号，低功率电流互感器1可实现宽范围电流测量，同时实现电力用计量和保护两种电流互感器功能。高电压侧微功耗信号处理单元2输入端与低功率电流互感器1输出端相连接，用于采集和调制高压侧信号传感单元1输出的低功率电压信号，将其转化成数字化光脉冲信号进行输出。微功耗信号处理单元2输出端通过光纤4与低压侧信号处理单元5输入端连接，低压侧信号处理单元5包括光电转换模块5.1(型号为OPF472)和数字信号处理模块5.2(型号为FLEX10KATC144-1)，光电转换模块5.1的输入端与高电压侧微功耗信号处理单元2的输出端相连接，光电转换模块5.1的输出端与数字信号处理模块5.2的输入端相连接。光电转换模块5.1将数字化光脉冲信号转换成数字信号，该数字信号经过数字信号处理模块5.2处理后，其输出信号可以连接到微机控制和计量系统，供电力系统中的电能计量和保护、控制设备使用。低压侧光供能单元6与高压侧电源单元(3)通过光纤相连接，为其提供光能信号。GPS同步脉冲接入单元7与光供能单元6相连接，用于向光供能单元6提供同步脉冲。光供能单元6与高压侧电源单元3输入端相连接，含有同步脉冲的光能信号经过高压侧电源单元3解调和光电功率变换后，传给高压侧微功耗信号处理单元2，用于控制高压侧微功耗信号处理单元2的同步采集。高压侧电源单元3与高压侧微功耗信号处理单元2相连接为其提供工作电源。

Claims (5)

1、一种基于GPS同步的光供能高压光电电流互感器，其特征在于，它包括：用于串连在高压母线上的信号传感单元(1)，其用于将母线电流信号转换为低功率电压信号；高电压侧微功耗信号处理单元(2)，与信号传感单元(1)输出端相连接，用于采集和调制高压侧信号传感单元(1)输出的低功率电压信号，并输出数字化的光脉冲信号；低压侧信号处理单元(5)，与高压侧微功耗信号处理单元(2)输出端通过光纤(4)相连接，用于处理高压侧微功耗信号处理单元(2)输出的低功率电压信号并输出符合电力系统二次设备要求的数据；高压侧电源单元(3)，与高压侧微功耗信号处理单元相连接为其提供工作电源；光供能单元(6)，与高压侧电源单元(3)通过光纤(4)相连接，为其提供光信号；GPS同步脉冲接入单元(7)，与光供能单元(6)相连接，用于提供同步脉冲，经过解调和光电功率变换后，传给高压侧微功耗信号处理单元(1)，用于控制高压侧微功耗信号处理单元(2)的同步采集。

2、如权利要求1所述的光供能高压光电电流互感器，其特征在于，所述的信号传感单元(1)为低功率电流互感器。

3、如权利要求1或2所述的光供能高压光电电流互感器，其特征在于，所述的低压侧信号处理单元(5)包括光电转换模块(5.1)和数字信号处理模块(5.2)，光电转换模块(5.1)的输入端与高电压侧微功耗信号处理单元(2)的输出端相连接，光电转换模块(5.1)的输出端与数字信号处理模块(5.2)的输入端相连接。

4、如权利要求1或2所述的光供能高压光电电流互感器，其特征在于，信号传感单元(1)、微功耗信号处理单元(2)、高压侧电源单元(3)装于高压侧传感头(8)内，低压侧信号处理单元(5)、低压侧光供能单元(6)和GPS同步脉冲接入单元(7)装于低压侧输出接口(9)内，光纤(4)设置于绝缘子(10)内。

5、如权利要求3所述的光供能高压光电电流互感器，其特征在于，信号传感单元(1)、微功耗信号处理单元(2)、高压侧电源单元(3)装于高压侧传感头(8)内，低压侧信号处理单元(5)、低压侧光供能单元(6)和GPS同步脉冲接入单元(7)装于低压侧输出接口(9)内，光纤(4)设置于绝缘子(10)内。

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