專利名稱：激光供電型110kV光電電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電氣工程、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、 通信技術(shù)應(yīng)用、機(jī)械結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域，特別涉及一種激光供電型110KV光電電流互感器。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)傳輸容量的不斷增加，電網(wǎng)電壓等級(jí)越來(lái)越高，隨之而來(lái)的問題 是，對(duì)電網(wǎng)中電流測(cè)量設(shè)備的要求越來(lái)越高，目前我國(guó)一些地區(qū)正在進(jìn)行IOOOkV電壓等 級(jí)的輸電線路的研究和實(shí)踐。到目前為止，我國(guó)電力系統(tǒng)中電流的測(cè)量設(shè)備主要還是采用電磁式電流互感 器，然而隨著電壓等級(jí)的不斷升高，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器在運(yùn)行中暴露出越來(lái)越多 的缺點(diǎn)1、電磁式結(jié)構(gòu)的電流互感器的絕緣結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，且絕緣結(jié)構(gòu)的造價(jià)成本隨 著電壓等級(jí)的升高而呈指數(shù)關(guān)系上升，當(dāng)系統(tǒng)電壓等級(jí)很高時(shí)，僅互感器絕緣部分的成 本已經(jīng)非常巨大；2、電磁式電流互感器由于使用鐵芯運(yùn)用電磁感應(yīng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的測(cè)量，而鐵 芯所固有的鐵磁飽和、鐵磁諧振等問題難以解決，造成較大的測(cè)量誤差；3、電磁式電流互感器在電力系統(tǒng)中易受到電磁信號(hào)的干擾，電磁兼容問題較為
嚴(yán)重；4、電磁式電流互感器進(jìn)行電流測(cè)量時(shí)動(dòng)態(tài)范圍小、響應(yīng)時(shí)間慢、測(cè)量頻帶窄， 對(duì)于電力系統(tǒng)諧波的測(cè)量較為困難；5、電磁式電流互感器在測(cè)量時(shí)以模擬量輸出為5A或者IA的電流信號(hào)，這個(gè)電 流信號(hào)與現(xiàn)代微機(jī)保護(hù)和電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置不能直接相連，不便于電力系統(tǒng)的數(shù)字化 和智能化發(fā)展；6、電磁式電流互感器體積龐大、重量重，在運(yùn)輸、安裝和維護(hù)等方面很不方 便；7、電磁式電流互感器在運(yùn)行時(shí)不允許二次側(cè)開路，一旦開路將會(huì)感應(yīng)出高電 壓，從而對(duì)運(yùn)行和維護(hù)人員的生命安全造成危險(xiǎn)。
發(fā)明內(nèi)容鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種激光 供電型110KV光電電流互感器，該互感器是通過Rogowski線圈將來(lái)自高壓側(cè)的電信號(hào)經(jīng) 過光電轉(zhuǎn)換處理之后變?yōu)楣庑盘?hào)，經(jīng)由光纖傳輸?shù)降孛鎮(zhèn)?，再由光電轉(zhuǎn)換器件變?yōu)殡娦?號(hào)在地面?zhèn)冗M(jìn)行處理的系統(tǒng)。由于光纖傳遞的信息損耗小、信息容量大、絕緣性能高、 不受電磁干擾、重量輕等的影響，這樣既提高了可靠性，又降低了成本，并使安裝方便 化。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案[0013]一種激光供電型110KV光電電流互感器，包括槽鋼，槽鋼上有底座，底座上有 絕緣子，其特征在于在絕緣子上方設(shè)有線圈殼體，殼體內(nèi)有Rogowski線圈，殼體中央有銅棒，該銅 棒穿過Rogowski線圈從殼體兩側(cè)引出；殼體的空間內(nèi)還設(shè)有高壓側(cè)處理板，該高壓側(cè)處理板上有預(yù)處理電路、MSP430 處理器、電光轉(zhuǎn)換器、光電轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電路、光電池和激光器；其中，Rogowski線圈和預(yù)處理電路連接，預(yù)處理電路與MSP430處理器、電光 轉(zhuǎn)換器連接，所述的MSP430處理器還連接穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路通過光電池和激光器連 接；電光轉(zhuǎn)換器和光電轉(zhuǎn)換器連接，光電轉(zhuǎn)換器通過光纖從絕緣子引出與地面的控制器 連接。本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)是所述的Rogowski線圈是由雙面的PCB板采用多片串聯(lián)的方式制作而成。所述的控制器包括至少有DSP處理器，在DSP處理器上分別連接有串口通信模 塊、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊，D/A轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊。所述的處理器為TI公司的DSP。所述的激光器為半導(dǎo)體激光器。所述的光電轉(zhuǎn)換器和電光轉(zhuǎn)換器之間使用光纖收發(fā)模塊進(jìn)行連接。所述的預(yù)處理電路包括積分放大模塊、濾波模塊。所述的串口通信模塊選擇RS-232通信接口。所述的液晶顯示模塊選擇LCD顯示器。所述的濾波模塊為Butterworth濾波器。本實(shí)用新型采用激光器和光電池組成高壓側(cè)的供電系統(tǒng)，以提供穩(wěn)定可靠的功 率輸出，對(duì)高壓側(cè)處理板進(jìn)行電能供應(yīng)，是一種可靠的電源供給方式。本實(shí)用新型所采用的PCB型Rogowski線圈具有重量輕、精度高、易于制作、便 于工業(yè)化規(guī)模化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。采用光纖進(jìn)行傳輸，不僅使工程成本降低，使安裝過程簡(jiǎn) 單化、方便化，更重要的是，增加了裝置的可靠性。激光供電方式不受電力系統(tǒng)運(yùn)行方 式以及外界環(huán)境的影響，可以穩(wěn)定可靠地提供電能。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)分別表示1、高壓母線；2、線圈 殼體；3、控制器；4、光纖；5、槽鋼；6、底座；7、絕緣子；8、銅棒。圖2為高壓側(cè)處理板的電路框圖。圖3是DSP處理器電路框圖。圖4-1、4-2、4-3、4-4分別為MSP430處理器的信號(hào)處理及輸出電路。圖5-1、5-2、5-3、5-4分別為DSP控制器信號(hào)處理電路。圖6為控制器軟件流程圖。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的激光供電型110KV光電電流互感器的設(shè)計(jì)思路是將高壓側(cè)的電 流信號(hào)通過Rogowski線圈進(jìn)行采集，采集到的電信號(hào)經(jīng)過有源積分放大和二階巴特沃斯 濾波器送入高壓側(cè)處理系統(tǒng)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和處理，接下來(lái)將轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼之后 通過高壓側(cè)處理板的串口將信號(hào)傳到電光轉(zhuǎn)換模塊，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)經(jīng)由光纖將 信號(hào)傳輸?shù)降孛鎮(zhèn)鹊臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在地面?zhèn)葘?duì)接收到的數(shù)據(jù)先進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后在 DSP處理器中對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和還原，將處理完的數(shù)據(jù)接到相應(yīng)的數(shù)字輸出口或模擬輸 出口。參見圖1，本實(shí)用新型的激光供電型IlOKV光電電流互感器，包括槽鋼5，槽 鋼5上有底座6，底座6上有絕緣子7，在絕緣子7上方設(shè)有線圈殼體2，殼體2內(nèi)有 Rogowski線圈，殼體2中央有銅棒8，該銅棒8穿過Rogowski線圈從殼體2兩側(cè)引出；殼體2的空間內(nèi)還設(shè)有高壓側(cè)處理板，該高壓側(cè)處理板上有預(yù)處理電路、 MSP430處理器、電光轉(zhuǎn)換器、光電轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電路、光電池和激光器；其中，Rogowski線圈和預(yù)處理電路連接，預(yù)處理電路與MSP430處理器、電光 轉(zhuǎn)換器連接，所述的MSP430處理器還連接穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路通過光電池和激光器連 接；電光轉(zhuǎn)換器和光電轉(zhuǎn)換器連接，光電轉(zhuǎn)換器通過光纖4從絕緣子7引出，再經(jīng)過底座 6上預(yù)留的孔與地面的控制器3連接。預(yù)處理電路包括積分放大模塊、濾波模塊、采樣信號(hào)輸入模塊、A/D轉(zhuǎn)換模 塊。其中濾波模塊為Butterworth濾波器。Rogowski線圈是由雙面的PCB板采用多片串聯(lián)的方式制作而成；預(yù)處理電路包 括積分放大模塊、濾波模塊、采樣信號(hào)輸入模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊?？刂破?包括至少有DSP處理器，在DSP處理器上分別連接有串口通信模塊、 歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊，D/A轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊。本實(shí)施例中 DSP處理器的型號(hào)選擇TMS320F2812。串口通信模塊選擇RS-232通信接口。液晶顯示 模塊選擇LCD顯示器。本實(shí)用新型的原理是，高壓母線1與銅棒8連接，經(jīng)過Rogowski線圈采集信號(hào) 之后，在殼體2內(nèi)的高壓側(cè)處理板進(jìn)行信號(hào)處理之后將信號(hào)調(diào)整到適合的范圍，經(jīng)過A/ D轉(zhuǎn)換之后，進(jìn)入電光轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換器和電光轉(zhuǎn)換器之間使 用光纖收發(fā)模塊進(jìn)行連接。由串口將數(shù)據(jù)通過光纖傳至低壓側(cè)的光電轉(zhuǎn)換器件，轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)之后由低壓側(cè)的串口接收數(shù)據(jù)，然后在低壓側(cè)的控制器3中進(jìn)行數(shù)據(jù)的還原和處 理。在圖2中，Rogowski線圈將流過母線1的電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過高壓側(cè)的預(yù) 處理電路的處理之后，將信號(hào)送至MSP430處理器中，在MSP430處理器中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn) 換之后通過串口將數(shù)據(jù)傳到電光轉(zhuǎn)換器件，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，再由光纖傳送到低 壓側(cè)，低壓側(cè)的光電轉(zhuǎn)換器件再將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，在經(jīng)過串口進(jìn)入到低壓側(cè)的的 控制器3的DSP處理器中，在DSP處理器中進(jìn)行相應(yīng)的處理。在高壓側(cè)，通過激光器和 光電池組成的供能模塊來(lái)為高壓側(cè)處理板提供電能。圖3為DSP控制器方框圖?？刂破?至少有DSP處理器，在DSP處理器上分 別連接有串口通信模塊、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊，D/A轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊。DSP處理器對(duì)從串口接收來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，并決定是輸出模擬信 號(hào)還是直接輸出數(shù)字信號(hào)給LCD顯示，按鍵功能管理模塊結(jié)合LCD顯示功能可以對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置。圖4-1、4-2、4-3、4_4分別為MSP430控制器的信號(hào)處理及輸出電路。該電 路由MSP430系列單片機(jī)MSP430F149、模擬信號(hào)調(diào)理電路、溫度測(cè)量電路、MAX3232 串口電路等組成。該電路接受從Rogowski線圈經(jīng)過預(yù)處理電路處理之后的信號(hào)，經(jīng)過 MSP430控制器的AD處理之后，通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。圖5-1、5-2、5-3、5_4為DSP控制器的信號(hào)處理電路。該電路由串口芯片 MAX202、液晶接口電路、按鍵接口電路、D/A處理芯片等組成。其作用為了完成電流 有效值、相位等計(jì)算、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通信、D/A轉(zhuǎn)換、參數(shù)設(shè)置等功能。圖6為控制器3的DSP主程序的軟件流程圖?？刂破?的軟件設(shè)計(jì)大體流程 為系統(tǒng)初始化后即進(jìn)行點(diǎn)亮LCD進(jìn)入其歡迎主界面、功能選擇、判斷是否有鍵值、判 斷是否數(shù)據(jù)接收完畢、按鍵管理、判斷是否長(zhǎng)時(shí)間無(wú)鍵被按下、關(guān)閉LCD。DSP的串行 通信中斷把接收到的信息存入緩沖區(qū)，待接收完成后對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。本實(shí)用新型的激光供電型IlOKV光電電流互感器，其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，安裝 過程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。將電壓互感器和電流互感器放置在箱體內(nèi)不僅使工程成本降低， 使安裝簡(jiǎn)單方便，更重要的是，增加了裝置的可靠性。
權(quán)利要求1.一種激光供電型110KV光電電流互感器，包括槽鋼(5)，槽鋼(5)上有底座 (6)，底座(6)上有絕緣子(7)，其特征在于在絕緣子(7)上方設(shè)有線圈殼體(2)，殼體(2)內(nèi)有Rogowski線圈，殼體 (2)中央有銅棒(8)，該銅棒(8)穿過Rogowski線圈從殼體(2)兩側(cè)引出；殼體(2)的空間內(nèi)還設(shè)有高壓側(cè)處理板，該高壓側(cè)處理板上有預(yù)處理電路、 MSP430處理器、電光轉(zhuǎn)換器、光電轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電路、光電池和激光器；其中，Rogowski線圈和預(yù)處理電路連接，預(yù)處理電路與MSP430處理器、電光轉(zhuǎn)換 器連接，所述的MSP430處理器還連接穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路通過光電池和激光器連接； 電光轉(zhuǎn)換器和光電轉(zhuǎn)換器連接，光電轉(zhuǎn)換器通過光纖(4)從絕緣子(7)引出與地面的 控制器(3)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的激光供電型IlOKV光電電流互感器，其特征在于，所述的 Rogowski線圈是由雙面的PCB板采用多片串聯(lián)的方式制作而成。
3.如權(quán)利要求1所述的激光供電型IlOKV光電電流互感器，其特征在于，所述的控 制器(3)包括至少有DSP處理器，在DSP處理器上分別連接有串口通信模塊、歷史數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊，D/A轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的激光供電型IlOKV光電電流互感器，其特征在于，所述的處 理器選用TI公司的DSP。
5.如權(quán)利要求1所述的激光供電型IlOKV光電電流互感器，其特征在于，所述的激 光器為半導(dǎo)體激光器。
6.如權(quán)利要求1所述的激光供電型IlOKV光電電流互感器，其特征在于，所述的光 電轉(zhuǎn)換器和電光轉(zhuǎn)換器之間使用光纖收發(fā)模塊進(jìn)行連接。
7.如權(quán)利要求1所述的激光供電型IlOKV光電電流互感器，其特征在于，所述的預(yù) 處理電路包括積分放大模塊、濾波模塊、采樣信號(hào)輸入模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊。
8.如權(quán)利要求3所述的激光供電型IlOKV光電電流互感器，其特征在于，所述的串 口通信模塊選擇RS-232通信接口。
9.如權(quán)利要求3所述的激光供電型IlOKV光電電流互感器，其特征在于，所述的液 晶顯示模塊選擇LCD顯示器。
10.如權(quán)利要求7所述的激光供電型IlOKV光電電流互感器，其特征在于，所述的濾 波模塊為Butterworth濾波器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種激光供電型110kV光電電流互感器，該包括信號(hào)采集的Rogowski線圈、預(yù)處理電路、MSP430處理器、電光轉(zhuǎn)換器、光電轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電路、光電池和激光器；光電轉(zhuǎn)換器通過光纖從絕緣子引出與地面的控制器連接。在高壓側(cè)由Rogowski線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集，經(jīng)過積分放大和濾波的預(yù)處理之后將信號(hào)送到MSP430的處理器中，在處理器中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過串口將數(shù)據(jù)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換變成光信號(hào)經(jīng)由光纖傳送到地面的DSP處理器中將信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理和還原。本實(shí)用新型由于采用全光纖傳輸，其絕緣性能好，受電磁干擾影響小，測(cè)量頻帶寬，動(dòng)態(tài)范圍大，測(cè)量精度高，且能滿足電力系統(tǒng)智能化的需要。
文檔編號(hào)G01R15/24GK201804701SQ20102054175
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者曾光皙, 王采堂, 金黎 申請(qǐng)人:西安森寶電氣工程有限公司