RU196893U1

RU196893U1 - DIGITAL CURRENT AND VOLTAGE TRANSFORMER

Info

Publication number: RU196893U1
Application number: RU2019144175U
Authority: RU
Inventors: Владимир Дмитриевич Лебедев; Андрей Анатольевич Яблоков
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-03-19

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к цифровым измерительным устройствам постоянного и переменного токов. Цифровой трансформатор тока и напряжения, содержащий основной резервный комплекты, каждый из которых включает питающий электромагнитный трансформатор, измерительный электромагнитный трансформатор тока, датчик постоянного и переменного тока и катушку Роговского, охватывающие токопровод с измеряемым током, первый электронный блок, подключенный к первому блоку питания, соединенному с блоком резервного питания, блок разделительных трансформаторов, первичный преобразователь напряжения и кабели оптических каналов, помещенные внутрь опорного изолятора, второй электронный блок, соединенный со вторым блоком питания, расположенные на низковольтной стороне, имеющие аппаратные и оптические порты для подключения внешних устройств; при этом питающий электромагнитный трансформатор подключен к блоку питания, соединенному через блок разделительных трансформаторов и оптический кабель для питания при помощи системы оптической накачки со вторым блоком питания, измерительный электромагнитный трансформатор тока, датчик постоянного и переменного тока и катушка Роговского подключены к первому электронному блоку, к которому подключен первичный преобразователь напряжения и второй электронный блок посредством двух оптических кабелей для передачи данных и оптического кабеля синхронизации, металлический корпус, выполненный составным и разборным, центральная часть которого является токопроводом с внутренней полостью для размещения первого электронного блока, первого блока питания и блока резервного питания основного и резервного комплектов, с одной стороны которого в съемной части корпуса размещены измерительный электромагнитный трансформатор тока, датчик постоянного и переменного тока и катушка Роговского основного комплекта, а с другой стороны во второй съемной части корпуса размещены измерительный электромагнитный трансформатор тока, датчик постоянного и переменного тока и катушка Роговского резервного комплекта.Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает создание цифрового трансформатора тока и напряжения с расширенными функциональными возможностями и повышенной надежностью работы. 1 ил.The utility model relates to measuring equipment, in particular to digital measuring devices of direct and alternating currents. A digital current and voltage transformer containing the main backup sets, each of which includes a supply electromagnetic transformer, a measuring electromagnetic current transformer, a direct and alternating current sensor and a Rogowski coil, covering the current-conducting conductor with a measured current, the first electronic unit connected to the first power supply connected with backup power supply, isolation transformer unit, primary voltage converter and optical channel cables placed inside the op molecular insulator, the second electronic unit coupled to a second power supply unit disposed on the low-voltage side, having optical hardware and ports for connecting external devices; wherein the supplying electromagnetic transformer is connected to a power supply unit connected through an isolation transformer unit and an optical cable for powering using an optical pumping system with a second power supply unit, a measuring electromagnetic current transformer, a direct and alternating current sensor, and Rogowski coil are connected to the first electronic unit, to to which a primary voltage converter and a second electronic unit are connected via two optical cables for data transmission and an optical cable synchronization bleach, a metal case made up of a composite and collapsible, the central part of which is a current path with an internal cavity for accommodating the first electronic unit, the first power supply unit and the backup power supply unit of the main and backup sets, on one side of which a measuring electromagnetic current transformer is placed in the removable part of the case , AC and DC sensor and Rogowski coil of the main set, and on the other hand, a meter is placed in the second removable part of the housing electromagnetic current transformer, a direct and alternating current sensor and a Rogowski backup kit coil. The technical result in the implementation of the claimed solution is the creation of a digital current and voltage transformer with enhanced functionality and increased reliability. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к цифровым измерительным устройствам постоянного и переменного токов.The utility model relates to measuring equipment, in particular to digital measuring devices of direct and alternating currents.

Известен датчик тока (Патент на изобретение РФ 2377578, МПК G01R 19/00, 2008 г.), содержащий резистивный элемент, соединенный с усилителем, и блок питания, между резистивным элементом и выходом датчика установлена трансформаторная гальваническая развязка, включающая в себя аналого-цифровой преобразователь, разделяющий трансформатор и цифроаналоговый преобразователь, при этом выход усилителя соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход аналого-цифрового преобразователя - с первичной обмоткой разделяющего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с цифроаналоговым преобразователем, а усилитель и аналого-цифровой преобразователь связаны с блоком питания через трансформатор питания.A known current sensor (Patent for the invention of the Russian Federation 2377578, IPC G01R 19/00, 2008) containing a resistive element connected to an amplifier and a power supply, a transformer galvanic isolation including analog-digital is installed between the resistive element and the sensor output the converter separating the transformer and the digital-to-analog converter, wherein the output of the amplifier is connected to an analog-to-digital converter, the output of the analog-to-digital converter is connected to the primary winding of the separating transformer, the secondary winding which is connected to a digital-to-analog converter, and the amplifier and analog-to-digital converter are connected to the power supply through a power transformer.

Недостатками указанного датчика тока являются передача измерительного сигнала в цифровой форме через разделяющий трансформатор, отсутствие устройств экранирования электронной аппаратуры и как следствие ее чувствительность к электрическим и магнитным полям токопровода с измеряемым током, недостаточная надежность в связи с отсутствием резервирования первичных преобразователей, электроники и системы питания.The disadvantages of this current sensor are the transmission of the measuring signal in digital form via an isolating transformer, the absence of electronic equipment shielding devices and, as a consequence, its sensitivity to electric and magnetic fields of the current-conducting conductor with the measured current, insufficient reliability due to the lack of redundancy of primary converters, electronics, and the power supply system.

Известно высоковольтное оптоэлектронное устройство для измерения тока (Патент на изобретение РФ 2346285, МПК G01R 19/00, 2009 г), содержащее датчик тока, аналого-цифровой преобразователь и передатчик, оно помещено внутрь токопровода с измеряемым током, находится под потенциалом высокого напряжения в зоне отсутствия магнитных и электрических полей, а передача информации о величине измеряемого тока производится в кодированном цифровом виде по оптическому каналу.A high-voltage optoelectronic device for measuring current is known (Patent for the invention of the Russian Federation 2346285, IPC G01R 19/00, 2009), containing a current sensor, an analog-to-digital converter and a transmitter, it is placed inside the current path with a measured current, is under a high voltage potential in the zone the absence of magnetic and electric fields, and information about the magnitude of the measured current is transmitted in encoded digital form via an optical channel.

Недостатком указанного высоковольтного оптоэлектронного устройства является то, что измерение осуществляется посредством определения напряжения на шунте, включенном параллельно основному токопроводу, изменение перераспределения токов между токопроводом и шунтом приводит к дополнительным погрешностям. Также указанное устройство не имеет блока питания электронной аппаратуры на высоковольтной стороне, что делает невозможным ее работу.The disadvantage of this high-voltage optoelectronic device is that the measurement is carried out by determining the voltage on the shunt connected in parallel with the main current lead, changing the redistribution of currents between the current lead and the shunt leads to additional errors. Also, this device does not have a power supply unit for electronic equipment on the high-voltage side, which makes its operation impossible.

Известно высоковольтное цифровое устройство для измерения тока (Патент на полезную модель РФ 137955, МПК G01R 19/00, 2014 г.), содержащее шунт, аналого-цифровой преобразователь, оптический приемопередатчик и оптический канал, питающий электромагнитный трансформатор и пояс Роговского, охватывающие токопровод с измеряемым током; преобразователь ток-напряжение, стабилизатор напряжения и блок обработки сигналов, помещенные внутрь шунта, выполненного цилиндрическим с внутренней полостью и включенного в рассечку токопровода; второй оптический приемопередатчик, маршрутизатор и блок питания, расположенные на низковольтной стороне; при этом оптический приемопередатчик помещен внутрь шунта, а блок обработки сигналов включает аналого-цифровой преобразователь; при чем питающий электромагнитный трансформатор подключен к преобразователю ток-напряжение, который соединен со стабилизатором напряжения, подключенным к блоку обработки сигналов и к первому оптическому приемопередатчику, потенциальные электроды шунта и пояс Роговского подключены к блоку обработки сигналов, который подключен к первому оптическому приемопередатчику через оптический канал соединенному со вторым оптическим приемопередатчиком, подключенным к маршрутизатору, а блок питания подключен ко второму оптическому приемопередатчику и к маршрутизатору.A high-voltage digital device for measuring current is known (Patent for a utility model of the Russian Federation 137955, IPC G01R 19/00, 2014), containing a shunt, an analog-to-digital converter, an optical transceiver and an optical channel supplying an electromagnetic transformer and Rogowski belt, covering the current conductor with measured current; a current-voltage converter, a voltage stabilizer, and a signal processing unit placed inside a shunt made cylindrical with an internal cavity and included in the cut of the current lead; a second optical transceiver, router, and power supply located on the low voltage side; wherein the optical transceiver is placed inside the shunt, and the signal processing unit includes an analog-to-digital converter; wherein the supply electromagnetic transformer is connected to a current-voltage converter, which is connected to a voltage stabilizer connected to the signal processing unit and to the first optical transceiver, the potential shunt electrodes and Rogowski belt are connected to the signal processing unit, which is connected to the first optical transceiver through an optical channel connected to the second optical transceiver connected to the router, and the power supply is connected to the second optical transceiver to the sensor and to the router.

Недостатком указанного устройства является отсутствие диагностики сигнала шунта, отсутствие резервирования сигнала но постоянному току, недостаточная точность измерения тока для систем коммерческого учета электроэнергии, отсутствие синхронизации измерений с системой точного времени, отсутствие возможности работы устройства при отсутствии или малом токе в токопроводе, отсутствие многократного резервирования питания, отсутствие резервирования каналов передачи данных и синхронизации, отсутствие возможности измерения напряжения.The disadvantage of this device is the lack of diagnostics of the shunt signal, the lack of signal redundancy but direct current, insufficient accuracy of current measurement for commercial electricity metering systems, the lack of synchronization of measurements with the exact time system, the inability to operate the device in the absence or low current in the current lead, the absence of multiple power redundancy , lack of redundancy of data transmission channels and synchronization, lack of the ability to measure voltage.

Известно высоковольтное цифровое устройство для измерения тока (Патент на полезную модель РФ №150386, МПК G01R 19/00, 2015 г.), содержащее шунт, аналого-цифровой преобразователь, оптический канал, питающий электромагнитный трансформатор, пояс Роговского, магнитотранзисторный преобразователь и измерительный электромагнитный трансформатор тока, охватывающие токопровод с измеряемым током; первый блок питания, первый электронный блок, блок синхронизации с системой точного времени и аккумуляторную батарею, помещенные внутрь шунта, выполненного цилиндрическим с внутренней полостью и включенного в рассечку токопровода; блок разделительных трансформаторов, помещенные внутрь опорного изолятора; маршрутизатор, второй блок питания, модуль оптической накачки и второй электронный блок, расположенные на низковольтной стороне; при этом первый электронный блок включает аналого-цифровой преобразователь, а второй электронный блок включает маршрутизатор; при чем питающий электромагнитный трансформатор подключен к первому блоку питания, подключенному к первому электронному блоку, потенциальные электроды шунта, пояс Роговского, магнитотранзисторный преобразователь, измерительный электромагнитный трансформатор тока и блок синхронизации с системой точного времени также подключены к первому электронному блоку, первый блок питания дополнительно подключен к блоку синхронизации с системой точного времени, к аккумуляторной батарее и блоку разделительных трансформаторов, модуль оптической накачки через второй оптический канал подключен к первому блоку питания, второй блок питания, подключен ко второму электронному блоку, блоку разделительных трансформаторов и модулю оптической накачки.A high-voltage digital device for measuring current is known (Patent for a utility model of the Russian Federation No. 150386, IPC G01R 19/00, 2015) containing a shunt, an analog-to-digital converter, an optical channel supplying an electromagnetic transformer, a Rogowski belt, a magnetotransistor converter and a measuring electromagnetic current transformer, covering the current-carrying conductor with a measured current; a first power supply unit, a first electronic unit, a synchronization unit with an accurate time system and a battery placed inside a shunt made cylindrical with an internal cavity and included in a cut of a current lead; a block of isolation transformers placed inside the support insulator; a router, a second power supply, an optical pump module, and a second electronic unit located on the low voltage side; wherein the first electronic unit includes an analog-to-digital converter, and the second electronic unit includes a router; wherein the supplying electromagnetic transformer is connected to the first power supply connected to the first electronic unit, potential shunt electrodes, Rogowski belt, magnetotransistor transducer, measuring electromagnetic current transformer and synchronization unit with the exact time system are also connected to the first electronic unit, the first power supply is additionally connected to the synchronization unit with the exact time system, to the battery and the block of isolation transformers, the optical module pumping through a second optical path connected to the first power supply, a second power supply connected to the second electronic unit, the block dividing unit transformers and optical pumping.

Недостатками указанного устройства являются отсутствие возможности измерения напряжения, отсутствие возможности синхронизации по сигналам 1PPS (оптическим или электрическим) и но протоколу РТР и резервирования выходного сигнала по протоколам PRP и HSR, а так же недостаточная надежность из-за отсутствия многократного резервирования питания, отсутствия резервирования датчиков тока, электронных блоков, каналов передачи данных и синхронизации.The disadvantages of this device are the inability to measure voltage, the inability to synchronize using 1PPS signals (optical or electrical), but the RTP protocol and output signal redundancy under the PRP and HSR protocols, as well as insufficient reliability due to the lack of multiple power redundancy, lack of redundancy of sensors current, electronic blocks, data transmission channels and synchronization.

Известен цифровой трансформатор тока и напряжения (Патент на полезную модель РФ №174357, МПК G01R 19/00, 2017 г.), принятый за прототип, содержащий питающий электромагнитный трансформатор, измерительный электромагнитный трансформатор тока, магнитотранзисторный преобразователь и пояс Роговского, охватывающие токопровод с измеряемым током; цилиндрический шунт с внутренней полостью, включенный в рассечку токопровода; электронный блок, блок резервного питания, помещенные внутрь шунта; два оптических канала и блок разделительных трансформаторов, помещенные внутрь опорного изолятора; блок питания, расположенный на низковольтной стороне, содержит второй питающий электромагнитный трансформатор, второй измерительный электромагнитный трансформатор тока, второй магнитотранзисторный преобразователь, второй пояс Роговского, охватывающие токопровод с измеряемым током, второй блок питания, помещенный внутрь шунта, третий оптический канал и первичный преобразователь напряжения, помещенные в опорный изолятор, второй электронный блок, расположенный на низковольтной стороне и имеющий для подключения внешних устройств не менее восьми аппаратных портов, из которых не менее четырех оптические, а первый блок питания имеет для подключения внешних устройств не менее двух аппаратных портов, из которых не менее чем один оптический, первый электронный блок включает основной и резервный блоки оцифровки обработки и передачи данных, второй электронный блок также включает основной и резервный блоки оцифровки обработки и передачи данных, при этом первый питающий электромагнитный трансформатор и второй питающий электромагнитный трансформатор подключены ко второму блоку питания, к первому электронному блоку подключены потенциальные электроды шунта, первый пояс Роговского, второй пояс Роговского, первый магнитотранзисторный преобразователь, второй магнитотранзисторный преобразователь, первый измерительный электромагнитный трансформатор тока, второй электромагнитный трансформатор тока, первичный преобразователь напряжения и второй блок питания, к которому подключены блок резервного питания, блок разделительных трансформаторов и через второй оптический канал - первый блок питания, который также подключен к блоку разделительных трансформаторов и ко второму электронному блок)', подключенному через первый и третий оптические каналы к первому электронному блоку, при том первый и второй питающие электромагнитные трансформаторы расположены симметрично относительно цилиндрического шунта, первый и второй измерительные электромагнитные трансформаторы тока расположены симметрично относительно цилиндрического шунта, первый и второй магнитотранзисторные преобразователи расположены симметрично относительно цилиндрического шунта, первый и второй пояса Роговского расположены симметрично относительно цилиндрического шунта.A known digital current and voltage transformer (Patent for a utility model of the Russian Federation No. 174357, IPC G01R 19/00, 2017), adopted as a prototype, comprising a supply electromagnetic transformer, a measuring electromagnetic current transformer, a magnetotransistor converter and a Rogowski belt, covering the current conductor with the measured electric current; a cylindrical shunt with an internal cavity included in the dissection of the current lead; an electronic unit, a backup power supply placed inside the shunt; two optical channels and a block of isolation transformers placed inside the reference insulator; the power supply unit, located on the low-voltage side, contains a second supply electromagnetic transformer, a second measuring electromagnetic current transformer, a second magnetotransistor transducer, a second Rogowski belt, covering a current-conducting conductor with a measured current, a second power supply placed inside the shunt, a third optical channel and a primary voltage converter, placed in the support insulator, a second electronic unit located on the low-voltage side and having for connecting external devices not m less than eight hardware ports, of which at least four are optical, and the first power supply has at least two hardware ports for connecting external devices, of which at least one is optical, the first electronic unit includes the main and backup data processing and transmission digitization units, the second the electronic unit also includes the main and backup units for digitizing data processing and transmission, while the first supplying electromagnetic transformer and the second supplying electromagnetic transformer are connected to the second power supply, potential shunt electrodes, the first Rogowski belt, the second Rogowski belt, the first magnetotransistor converter, the second magnetotransistor converter, the first measuring electromagnetic current transformer, the second electromagnetic current transformer, the primary voltage converter and the second power supply to which are connected are connected to the first electronic block a backup power supply, an isolation transformer unit, and through a second optical channel, the first power supply, which e is connected to a block of isolation transformers and to a second electronic block) ', connected through the first and third optical channels to the first electronic block, while the first and second supply electromagnetic transformers are located symmetrically with respect to the cylindrical shunt, the first and second measuring electromagnetic current transformers are located symmetrically with a cylindrical shunt, the first and second magnetotransistor converters are located symmetrically with respect to the cylindrical shunt and first and second Rogowski coil arranged symmetrically relative to the cylindrical shunt.

Недостатками указанного устройства являются недостаточная надежность из-за отсутствия резервирования электронных блоков, блоков питания, резервных блоков питания, первичных преобразователей напряжения, каналов передачи информации и сигналов синхронизации. При повреждении любого из указанных элементов устройство перестает функционировать, что приводит к отсутствию данных о токах и напряжениях на входе терминалов релейной защиты и автоматики и других устройств цифровой подстанции.The disadvantages of this device are the lack of reliability due to the lack of redundancy of electronic units, power supplies, redundant power supplies, primary voltage converters, communication channels and synchronization signals. If any of these elements is damaged, the device ceases to function, which leads to a lack of data on currents and voltages at the input of relay protection and automation terminals and other digital substation devices.

Технической задачей является создание цифрового трансформатора тока и напряжения с расширенными функциональными возможностями и повышенной надежностью работы.The technical task is to create a digital current and voltage transformer with advanced functionality and increased reliability.

Технический результат достигается тем, что цифровой трансформатор тока и напряжения, содержащий основной комплект, включающий питающий электромагнитный трансформатор, измерительный электромагнитный трансформатор тока, датчик постоянного и переменного тока и катушку Роговского, охватывающие токопровод с измеряемым током, первый электронный блок подключенный к первому блоку питания соединенному с блоком резервного питания, блок разделительных трансформаторов, первичный преобразователь напряжения и кабели оптических каналов, помещенные внутрь опорного изолятора, второй электронный блок соединенный со вторым блоком питания, расположенные на низковольтной стороне, имеющие аппаратные и оптические порты для подключения внешних устройств; при этом питающий электромагнитный трансформатор подключен к блоку питания соединенному через блок разделительных трансформаторов и оптический кабель для питания при помощи системы оптической накачки со вторым блоком питания, измерительный электромагнитный трансформатор тока, датчик постоянного и переменного тока и катушка Роговского подключены к первому электронному блоку, к которому подключен первичный преобразователь напряжения и второй электронный блок по средством двух оптических кабелей для передачи данных и оптического кабеля синхронизации, дополнительно содержит резервный, полностью идентичный основному, комплект, металлический корпус выполненный составным и разборным, центральная часть которого является токопроводом с внутренней полостью для размещения первого электронного блока, первого блока питания и блока резервного питания основного и резервного комплектов, с одной стороны которого в съемной части корпуса размещены измерительный электромагнитный трансформатор тока, датчик постоянного и переменного тока и катушка Роговского основного комплекта, а с другой стороны во второй съемной части корпуса размещены измерительный электромагнитный трансформатор тока, датчик постоянного и переменного тока и катушка Роговского резервного комплекта, вторые электронные блоки основного и резервного комплектов выполнены с возможностью параллельного подключения к цифровым трансформаторам тока и напряжения соседних фаз, к GPS антенне, к устройству синхронизации выдающему сигнал 1PPS и через коммутаторы к устройству синхронизации работающему по протоколу РТР и к устройству-потребителю метрологической информации, и имеют каждый не менее тринадцати аппаратных портов для подключения внешних устройств, из которых не менее девяти оптических, вторые блоки питания основного и резервного комплектов выполнены с возможностью параллельного подключения к системе собственных нужд подстанции и системе оптической накачки и имеют каждый не менее двух аппаратных портов для подключения внешних устройств, из которых не менее чем один оптический.The technical result is achieved by the fact that a digital current and voltage transformer containing a main set including a supplying electromagnetic transformer, a measuring electromagnetic current transformer, a direct and alternating current sensor and a Rogowski coil, covering a current-carrying conductor with a measured current, the first electronic unit connected to the first power supply connected with backup power supply, isolation transformer unit, primary voltage converter and optical channel cables, indoor nnye inside the support insulator, a second electronic unit coupled to a second power supply unit disposed on the low-voltage side, having optical hardware and ports for connecting external devices; wherein the supply electromagnetic transformer is connected to a power supply unit connected through an isolation transformer unit and an optical cable for power supply using an optical pumping system with a second power supply unit, a measuring electromagnetic current transformer, a direct and alternating current sensor and a Rogowski coil are connected to the first electronic unit to which a primary voltage converter and a second electronic unit are connected via two optical cables for data transmission and an optical cable The synchronization bleach additionally contains a backup kit, completely identical to the main one, a metal case made integral and collapsible, the central part of which is a conductive duct with an internal cavity for accommodating the first electronic unit, the first power supply unit and the backup power supply unit of the main and backup sets, on one side of which in the removable part of the housing there is a measuring electromagnetic current transformer, a direct and alternating current sensor and a Rogowski main coil kta, and on the other hand, in the second removable part of the housing there is a measuring electromagnetic current transformer, a direct and alternating current sensor and a Rogowski backup kit coil, the second electronic blocks of the main and backup sets are made with the possibility of parallel connection to the digital transformers of current and voltage of neighboring phases, GPS antenna, to the synchronization device issuing a 1PPS signal and through the switches to the synchronization device operating according to the RTP protocol and to the metro consumer device logical information, and each has at least thirteen hardware ports for connecting external devices, of which at least nine are optical, the second power supply units of the main and backup sets are made with the possibility of parallel connection to the auxiliary system of the substation and the optical pumping system and each have at least two hardware ports for connecting external devices, of which at least one optical.

На чертеже использованы следующие обозначения. Основной комплект: питающий электромагнитный трансформатор 1, измерительный электромагнитный трансформатор тока 2, датчик постоянного и переменного тока 3, катушка Роговского 4, первый электронный блок 5, первый блок питания 6, блок резервного питания 7, блок разделительных трансформаторов 8, первичный преобразователь напряжения 9, оптический кабель 10 для питания при помощи системы оптической накачки, оптический кабель 11 для передачи данных, оптический кабель 12 для передачи данных, оптический кабель 13 синхронизации, второй электронный блок 14, второй блок питания 15; резервный комплект: питающий электромагнитный трансформатор 1', измерительный электромагнитный трансформатор тока 2', датчик постоянного и переменного тока 3', катушка Роговского 4', первый электронный блок 5', первый блок питания 6', блок резервного питания 7', блок разделительных трансформаторов 8', первичный преобразователь напряжения 9', оптический кабель 10' для питания при помощи системы оптической накачки, оптический кабель 11' для передачи данных, оптический кабель 12' для передачи данных, оптический кабель 13' синхронизации, второй электронный блок 14', второй блок питания 15'; центральная часть корпуса 16, первая съемная часть корпуса 17, вторая съемная часть корпуса 18, токопровод 19, цифровые трансформаторы тока и напряжения соседних фаз 20, GPS (ГЛОНАС) антенна 21, устройство синхронизации, выдающее сигнал 1PPS 22, коммутаторы 23, устройство синхронизации, работающее по протоколу РТР 24, устройства-потребители метрологической информации 25, система собственных нужд подстанции 26, система оптической накачки 27, опорный изолятор 28.The following notation is used in the drawing. The main set: a supply electromagnetic transformer 1, a measuring electromagnetic current transformer 2, a direct and alternating current sensor 3, a Rogowski coil 4, a first electronic unit 5, a first power supply 6, a backup power supply 7, an isolation transformer 8, a primary voltage converter 9, optical cable 10 for power using an optical pumping system, optical cable 11 for data transmission, optical cable 12 for data transmission, optical cable 13 synchronization, the second electronic unit 14, the second power supply 15; backup kit: supplying electromagnetic transformer 1 ', measuring electromagnetic current transformer 2', direct and alternating current sensor 3 ', Rogowski coil 4', first electronic unit 5 ', first power supply 6', backup power supply 7 ', isolation transformer unit 8 ', primary voltage converter 9', optical cable 10 'for power supply using an optical pumping system, optical cable 11' for data transmission, optical cable 12 'for data transmission, optical cable 13' synchronization, second electron the first block 14 ', the second power supply 15'; the central part of the housing 16, the first removable part of the housing 17, the second removable part of the housing 18, the conductor 19, digital current and voltage transformers of adjacent phases 20, GPS (GLONAS) antenna 21, a synchronization device that outputs a 1PPS 22 signal, switches 23, a synchronization device, operating according to the RTR 24 protocol, consumer devices of metrological information 25, auxiliary system of substation 26, optical pumping system 27, reference insulator 28.

Цифровой трансформатор тока и напряжения, содержащий основной и резервный комплекты. Основной комплект включает: питающий электромагнитный трансформатор 1, измерительный электромагнитный трансформатор тока 2, датчик постоянного и переменного тока 3 и катушку Роговского 4, охватывающие токопровод 19 с измеряемым током размещенные в первой съемной части корпуса 17; первый электронный блок 5 подключенный к первому блоку питания 6 соединенному с блоком резервного питания 7, размещенные в центральной части корпуса 16, являющейся токопроводом; блок разделительных трансформаторов 8, первичный преобразователь напряжения 9 и кабели оптических каналов 10-13, помещенные внутрь опорного изолятора 28; второй электронный блок 14 соединенный со вторым блоком питания 15, расположенные на низковольтной стороне. Питающий электромагнитный трансформатор 1 подключен к первому блоку питания 6 соединенному через блок разделительных трансформаторов 8 и оптический кабель 10 для питания при помощи системы оптической накачки со вторым блоком питания 15, измерительный электромагнитный трансформатор тока 2, датчик постоянного и переменного тока 3 и катушка Роговского 4 подключены к первому электронному блоку 5, к которому подключен первичный преобразователь напряжения 9 и второй электронный блок 14 по средством двух оптических кабелей 11 и 12 для передачи данных и оптического кабеля 13 синхронизации.A digital current and voltage transformer containing primary and backup kits. The main kit includes: a powering electromagnetic transformer 1, a measuring electromagnetic current transformer 2, a direct and alternating current sensor 3 and a Rogowski coil 4, covering the current conducting conductor 19 with a measured current located in the first removable part of the housing 17; the first electronic unit 5 connected to the first power supply unit 6 connected to the backup power unit 7, located in the Central part of the housing 16, which is a conductive; a block of isolation transformers 8, a primary voltage transducer 9, and cables of the optical channels 10-13 placed inside the support insulator 28; a second electronic unit 14 connected to the second power supply 15 located on the low voltage side. The feeding electromagnetic transformer 1 is connected to the first power supply unit 6 connected through an isolation transformer block 8 and an optical cable 10 for powering using an optical pumping system with a second power supply unit 15, a measuring electromagnetic current transformer 2, a direct and alternating current sensor 3, and Rogowski coil 4 are connected to the first electronic unit 5, to which the primary voltage converter 9 and the second electronic unit 14 are connected by means of two optical cables 11 and 12 for data transmission x and optical sync cable 13.

Резервный комплект полностью идентичен основному и включает: питающий электромагнитный трансформатор 1', измерительный электромагнитный трансформатор тока 2', датчик постоянного и переменного тока 3' и катушку Роговского 4', охватывающие токопровод 19 с измеряемым током размещенные во второй съемной части корпуса 18; первый электронный блок 5' подключенный к первому блоку питания 6 соединенному с блоком резервного питания 7', размещенные в центральной части корпуса 16, являющейся токопроводом; блок разделительных трансформаторов 8', первичный преобразователь напряжения 9' и кабели оптических каналов 10'-13', помещенные внутрь опорного изолятора 28; второй электронный блок 14' соединенный со вторым блоком питания 15', расположенные на низковольтной стороне. Питающий электромагнитный трансформатор 1' подключен к первому блоку питания 6' соединенному через блок разделительных трансформаторов 8' и оптический кабель 10' для питания при помощи системы оптической накачки со вторым блоком питания 15', измерительный электромагнитный трансформатор тока 2', датчик постоянного и переменного тока 3' и катушка Роговского 4' подключены к первому электронному блоку 5', к которому подключен первичный преобразователь напряжения 9' и второй электронный блок 14' по средством двух оптических кабелей 11' и 12' для передачи данных и оптического кабеля 13' синхронизации.The backup set is completely identical to the main one and includes: a supply electromagnetic transformer 1 ', a measuring electromagnetic current transformer 2', a direct and alternating current sensor 3 'and a Rogowski coil 4', covering the current-conducting conductor 19 with a measured current located in the second removable part of the housing 18; the first electronic unit 5 'connected to the first power supply unit 6 connected to the backup power supply unit 7', located in the Central part of the housing 16, which is a conductive; a block of isolation transformers 8 ', a primary voltage converter 9' and cables of the optical channels 10'-13 ', placed inside the reference insulator 28; a second electronic unit 14 'connected to the second power supply 15' located on the low voltage side. The feeding electromagnetic transformer 1 'is connected to the first power supply unit 6' connected via an isolation transformer block 8 'and the optical cable 10' for powering using an optical pumping system with a second power supply unit 15 ', a measuring electromagnetic current transformer 2', a DC and AC sensor 3 'and Rogowski coil 4' are connected to the first electronic unit 5 ', to which the primary voltage converter 9' and the second electronic unit 14 'are connected via two optical cables 11' and 12 'for transmission and data and optical sync cable 13 '.

Металлический корпус выполнен составным и разборным для обеспечения ремонтопригодности устройства, его центральная часть 16 является токопроводом с внутренней полостью для размещения первого электронного блока 5, первого блока питания 6 и блока резервного питания 7 основного комплекта и первого электронного блока 5', первого блока питания 6' и блока резервного питания 7' резервного комплектов. Части корпуса 17 и 18 выполнены съемными. Второй электронный блок 14 основного комплекта и второй электронный блок 14' резервного комплекта выполнены с возможностью параллельного подключения к цифровым трансформаторам тока и напряжения соседних фаз 20, к GPS антенне 21, к устройству синхронизации выдающему сигнал 1PPS 22 и через коммутаторы 23 к устройству синхронизации работающему по протоколу РТР 24 и к устройству-потребителю метрологической информации 25, и имеют каждый не менее тринадцати аппаратных портов для подключения внешних устройств, из которых не менее девяти оптических. Второй блок питания 15 основного комплекта и второй блок питания 15' резервного комплекта выполнены с возможностью параллельного подключения к системе собственных нужд подстанции 26 и к системе оптической накачки 27, и имеют каждый не менее двух аппаратных портов для подключения внешних устройств, из которых не менее чем один оптический.The metal case is made composite and collapsible to ensure maintainability of the device, its central part 16 is a current path with an internal cavity for accommodating the first electronic unit 5, the first power supply 6 and the backup power supply 7 of the main set and the first electronic unit 5 ', the first power supply 6' and a 7 'backup power supply backup kits. Parts of the housing 17 and 18 are removable. The second electronic unit 14 of the main set and the second electronic block 14 'of the backup set are made with the possibility of parallel connection to digital transformers of current and voltage of neighboring phases 20, to the GPS antenna 21, to the synchronization device issuing the signal 1PPS 22 and through the switches 23 to the synchronization device operating via protocol RTR 24 and to the device-consumer of metrological information 25, and each has at least thirteen hardware ports for connecting external devices, of which at least nine are optical. The second power supply 15 of the main set and the second power supply 15 'of the backup set are made with the possibility of parallel connection to the auxiliary system of the substation 26 and the optical pump system 27, and each has at least two hardware ports for connecting external devices, of which at least one optical.

Катушки Роговского 4 и 4' позволяют измерять токи в рабочих и переходных режимах, имеют линейную амплитудно-частотную характеристики и не искажают форму тока в переходных режимах. Датчики постоянного и переменного тока 3 и 3' предназначены для измерения токов в переходных и аварийных режимах работы с целью снабжения информацией релейной защиты и автоматики, работают в линейном диапазоне с токами короткого замыкания высокой кратности и осуществляют преобразование тока без искажения в широком спектре частот, включая постоянную и апериодическую составляющие. В качестве датчиков постоянного и переменного тока могут использоваться магнитотранзисторный преобразователь тока, преобразователь на датчиках Холла и т.д.Rogowski coils 4 and 4 'allow currents to be measured in operating and transient modes, have linear amplitude-frequency characteristics and do not distort the shape of the current in transient modes. Sensors of direct and alternating current 3 and 3 'are designed to measure currents in transient and emergency operating modes in order to provide information for relay protection and automation, operate in the linear range with short-circuit currents of high multiplicity and convert the current without distortion in a wide range of frequencies, including constant and aperiodic components. As sensors for direct and alternating current, a magnetotransistor current transducer, a converter on Hall sensors, etc. can be used.

Измерительные электромагнитные трансформаторы тока 2 и 2' имеют высокий класс точности и предназначены для измерения токов с целью учета электроэнергии. Первичные преобразователи напряжения 9 и 9' могут быть выполнены в виде резистивных, активно-емкостных, емкостных.Measuring electromagnetic current transformers 2 and 2 'have a high accuracy class and are designed to measure currents in order to account for electricity. The primary voltage converters 9 and 9 'can be made in the form of resistive, active-capacitive, capacitive.

Цифровой трансформатор тока и напряжения работает следующим образом. При протекании электрического тока по токопроводу 19 и при подаче напряжения на линию, в каждой катушке Роговского 4 и 4' наводятся ЭДС, равные

, на выходе каждого датчика постоянного и переменного тока 3 и 3', на выходе каждого измерительного электромагнитного трансформатора тока 2 и 2' появляются вторичные токи, на верхнем плече каждого первичного преобразователя напряжения 9 и 9' появляются напряжение, поступающие соответственно на первые электронные блоки 5 и 5', где они обрабатывается в соответствии с запрограммированными алгоритмами, в том числе преобразуются в цифровую, а затем в оптическую форму. Также на первые электронные блоки 5 и 5' через определенный интервал времени поступает сигнал синхронизации, соответственно от вторых электронных блоков 14 и 14' через оптические кабели 13 и 13' для синхронизации.A digital current and voltage transformer operates as follows. When electric current flows through the current lead 19 and when voltage is applied to the line, in each Rogowski coil 4 and 4 'an EMF equal to

, at the output of each sensor of direct and alternating current 3 and 3 ', at the output of each measuring electromagnetic current transformer 2 and 2', secondary currents appear, on the upper arm of each primary voltage converter 9 and 9 'there is a voltage supplied respectively to the first electronic units 5 and 5 ', where they are processed in accordance with the programmed algorithms, including converted to digital and then to optical form. Also, the synchronization signal is supplied to the first electronic units 5 and 5 'at a certain time interval, respectively, from the second electronic units 14 and 14' via optical cables 13 and 13 'for synchronization.

Информационный поток об измеренных токах при помощи катушки Роговского 4 и напряжении от первого электронного блока 5 через оптический кабель 11 для передачи данных поступает на второй электронный блок 14. Информационный поток об измеренных токе при помощи датчика постоянного и переменного тока 3 и напряжении от первого электронного блока 5 через оптический кабель 11 для передачи данных поступает на второй электронный блок 14. Информационный поток об измеренных токе при помощи измерительного электромагнитного трансформатора тока 2 и напряжении через оптический кабель 12 для передачи данных поступает на второй электронный блок 14.The information stream about the measured currents using the Rogowski coil 4 and the voltage from the first electronic unit 5 through the optical cable 11 for data transmission is supplied to the second electronic unit 14. The information stream about the measured current using the DC and AC sensors 3 and the voltage from the first electronic unit 5 through an optical cable 11 for data transmission enters the second electronic unit 14. The information flow about the measured current using a measuring electromagnetic current transformer 2 and voltage SRI via the optical cable 12 for transmitting data is supplied to a second electronic unit 14.

Аналогично информационный поток об измеренных токах при помощи катушки Роговского 4' и напряжении от первого электронного блока 5' через оптический кабель 11' для передачи данных поступает на второй электронный блок 14'. Информационный поток об измеренных токе при помощи датчика постоянного и переменного тока 3' и напряжении от первого электронного блока 5' через оптический кабель 11' для передачи данных поступает на второй электронный блок 14'. Информационный поток об измеренных токе при помощи измерительного электромагнитного трансформатора тока 2' и напряжении через оптический кабель 12' для передачи данных поступает на второй электронный блок 14'.Similarly, the information flow about the measured currents using a Rogowski coil 4 'and the voltage from the first electronic unit 5' through the optical cable 11 'for data transmission is supplied to the second electronic unit 14'. The information stream about the measured current with the help of a direct and alternating current sensor 3 'and the voltage from the first electronic unit 5' through the optical cable 11 'for data transmission is fed to the second electronic unit 14'. The information stream about the measured current by means of a measuring electromagnetic current transformer 2 'and the voltage through the optical cable 12' for data transmission is supplied to the second electronic unit 14 '.

На вторые электронные блоки 14 и 14' через соответствующие аппаратные порты также поступают сигналы от цифровых трансформаторов тока и напряжения соседних фаз 20 и сигнал синхронизации в зависимости от типа используемого источника синхронизации (GPS-антенна или сигнал 1PPS (оптический) или сигнал 1PPS (электрический) или пакет данных, соответствующий протоколу РТР).The second electronic units 14 and 14 'also receive signals from digital current transformers and adjacent phase voltage 20 and a synchronization signal, depending on the type of synchronization source used (GPS antenna or 1PPS signal (optical) or 1PPS signal (electric), through the corresponding hardware ports) or data packet conforming to the RTP protocol).

Вторые электронные блоки 14 и 14' обрабатывают поступившие полученные данные в соответствии с запрограммированными алгоритмами, в том числе преобразует и передает их в соответствии с используемыми протоколами обмена данными с устройствами-потребителями информации о токах и напряжениях (например, IEC 61850 - 9-2). Потребителями информации могут быть устройства релейной защиты и автоматики, устройства учета электроэнергии и др.The second electronic units 14 and 14 'process the received data in accordance with the programmed algorithms, including converts and transmits them in accordance with the protocols used to exchange data with consumer devices for information on currents and voltages (for example, IEC 61850 - 9-2) . Information consumers can be devices of relay protection and automation, electricity metering devices, etc.

Электрический ток от питающего электромагнитного трансформатора 1, возникающий при протекании тока по токопроводу 19, поступает на первый блок питания 6, где осуществляется выпрямление, сглаживание, ограничение выходного напряжения. Питание для электронного блока 5 подается от первого блока питания 6. В свою очередь питание к первому блоку питания 6 подается либо от питающего электромагнитного трансформатора 1 (нормальный режим эксплуатации), либо от блока резервного питания 7. В случае, если в блоке резервного питания 7 используется аккумуляторная батарея и/или ионистор в нормальном режиме эксплуатации они подзаряжаются от первого блока питания 6. Ко второму блоку питания 15 подключается система собственных нужд подстанции 26 и система лазерной накачки 27. Второй блок питания 15 передает через оптический кабель 10 для питания оптический сигнал от системы лазерной накачки 27 первому блоку питания 6, где он соответственно, преобразуется в электрический сигнал, используемый для питания первого электронного блока 5 внутри центральной части корпуса 16, по которой протекает первичный измеряемый электрический ток. Оптический сигнал от системы лазерной накачки 27 может также преобразовываться в электрический сигнал вторым блоком питания 15 для питания второго электронного блока 14 на низковольтной стороне цифрового трансформатора тока и напряжения. Электрический сигнал от второго блока питания 15 может быть подан на блок разделительных трансформаторов 8, а затем на первый блок питания 6.The electric current from the supply electromagnetic transformer 1, which occurs when current flows through the current lead 19, is supplied to the first power supply 6, where rectification, smoothing, and limitation of the output voltage are performed. The power for the electronic unit 5 is supplied from the first power supply 6. In turn, the power to the first power supply 6 is supplied either from the supply electromagnetic transformer 1 (normal operation) or from the backup power supply 7. In the case where the backup power supply 7 a rechargeable battery and / or an ionistor are used in normal operation, they are recharged from the first power supply 6. The auxiliary power supply system of substation 26 and the laser pumping system 27 are connected to the second power supply unit 15. 15 transmits through an optical cable 10 for power supply the optical signal from the laser pumping system 27 to the first power supply unit 6, where it is respectively converted into an electric signal used to power the first electronic unit 5 inside the central part of the housing 16, through which the primary measured electric current flows . The optical signal from the laser pumping system 27 can also be converted into an electrical signal by a second power supply 15 to power the second electronic unit 14 on the low voltage side of the digital current and voltage transformer. An electrical signal from the second power supply 15 can be applied to the block of isolation transformers 8, and then to the first power supply 6.

Аналогичным образом работает система питания резервного комплекта. Электрический ток от питающего электромагнитного трансформатора 1', возникающий при протекании тока по токопроводу 19, поступает на первый блок питания 6', где осуществляется выпрямление, сглаживание, ограничение выходного напряжения. Питание для электронного блока 5' подается от первого блока питания 6'. В свою очередь питание к первому блоку питания 6' подается либо от питающего электромагнитного трансформатора 1' (нормальный режим эксплуатации), либо от блока резервного питания 7'. В случае, если в блоке резервного питания 7' используется аккумуляторная батарея и/или ионистор в нормальном режиме эксплуатации они подзаряжаются от первого блока питания 6'. Ко второму блоку питания 15' подключается система собственных нужд подстанции 26 и система лазерной накачки 27. Второй блок питания 15' передает через оптический кабель 10' для питания оптический сигнал от системы лазерной накачки 27 первому блоку питания 6', где он соответственно, преобразуется в электрический сигнал, используемый для питания первого электронного блока 5' внутри центральной части корпуса 16, по которой протекает первичный измеряемый электрический ток. Оптический сигнал от системы лазерной накачки 27 может также преобразовываться в электрический сигнал вторым блоком питания 15' для питания второго электронного блока 14' на низковольтной стороне цифрового трансформатора тока и напряжения. Электрический сигнал от второго блока питания 15' может быть подан на блок разделительных трансформаторов 8', а затем на первый блок питания 6'.The backup kit power system works similarly. The electric current from the supply electromagnetic transformer 1 ', which occurs when current flows through the current lead 19, is supplied to the first power supply 6', where rectification, smoothing, and limitation of the output voltage are performed. Power for the electronic unit 5 'is supplied from the first power supply unit 6'. In turn, the power to the first power supply unit 6 'is supplied either from a supply electromagnetic transformer 1' (normal operation) or from a backup power supply unit 7 '. If a backup battery and / or an ionistor are used in the backup power supply unit 7 'in normal operation, they are charged from the first power supply unit 6'. The auxiliary power system of the substation 26 and the laser pumping system 27 are connected to the second power supply unit 15 '. The second power supply unit 15' transmits an optical signal from the laser pumping system 27 to the first power supply unit 6 'through the optical cable 10' to power it, where it is converted to an electrical signal used to power the first electronic unit 5 'inside the central part of the housing 16, through which the primary measured electric current flows. The optical signal from the laser pump system 27 can also be converted into an electrical signal by a second power supply 15 'to power the second electronic unit 14' on the low voltage side of the digital current and voltage transformer. The electrical signal from the second power supply 15 'can be applied to the block of isolation transformers 8', and then to the first power supply 6 '.

Испытания экспериментального образца заявляемого цифрового трансформатора тока и напряжения были выполнены на уникальной научной установке №507666 "Многофункциональный испытательный комплекс (МИК) для исследования первичных преобразователей тока и напряжения, устройств цифровой подстанции и устройств релейной защиты и автоматики" в Ивановском государственном энергетическом университете. Испытания подтвердили то, что заявляемый цифровой трансформатор тока и напряжения обладает расширенными функциональными возможностями и повышенной надежностью работы по сравнению с аналогами и прототипом.Tests of the experimental sample of the claimed digital current and voltage transformer were performed on a unique scientific installation No. 507666 "Multifunctional Test Complex (MIC) for the study of primary current and voltage converters, digital substation devices and relay protection and automation devices" at Ivanovo State Energy University. Tests have confirmed that the claimed digital current and voltage transformer has enhanced functionality and increased reliability compared to analogues and prototype.

Таким образом, выполнение металлического корпуса разборным, дублирование системы измерений, системы передачи данных, системы синхронизации и системы питания обеспечивает расширение функциональных возможностей при обеспечении надежной работы устройства.Thus, the implementation of the metal case collapsible, duplication of the measurement system, data transmission system, synchronization system and power system provides enhanced functionality while ensuring reliable operation of the device.

Claims

A digital current and voltage transformer containing a basic kit including a supply electromagnetic transformer, a measuring electromagnetic current transformer, a direct and alternating current sensor and a Rogowski coil, covering a current-conducting conductor with a measured current, the first electronic unit connected to the first power supply connected to the backup power supply , block of isolation transformers, primary voltage converter and cables of optical channels placed inside the support insulator, second electric ktronny unit coupled to a second power supply unit disposed on the low-voltage side, having optical hardware and ports for connecting external devices; wherein the supplying electromagnetic transformer is connected to a power supply unit connected through an isolation transformer unit and an optical cable for powering using an optical pumping system with a second power supply unit, a measuring electromagnetic current transformer, a direct and alternating current sensor and a Rogowski coil are connected to the first electronic unit, to to which a primary voltage converter and a second electronic unit are connected via two optical cables for data transmission and an optical cable synchronization bleach, characterized in that it further comprises a backup, completely identical to the main, kit, a metal case made integral and collapsible, the central part of which is a conductive duct with an internal cavity for accommodating the first electronic unit, the first power supply unit and the backup power supply unit of the main and backup sets , on one side of which in a removable part of the housing there is a measuring electromagnetic current transformer, a direct and alternating current sensor and a Rogov coil of the main set, and on the other hand, in the second removable part of the casing, there is a measuring electromagnetic current transformer, a direct and alternating current sensor and a coil of the Rogowski backup set, the second electronic blocks of the main and reserve sets are made with the possibility of parallel connection to the adjacent current and voltage digital transformers , to the GPS antenna, to the synchronization device issuing the 1PPS signal, and through the switches to the synchronization device operating via the RTP protocol, and to the device consumer of metrological information, and each has at least thirteen hardware ports for connecting external devices, of which at least nine are optical, the second power supply units of the main and backup sets are made with the possibility of parallel connection to the substation's own needs system and optical pumping system and each at least two hardware ports for connecting external devices, of which at least one optical.