專利名稱：傳輸線絕緣子供電的光電電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有源光電電流互感器。
背景技術(shù)：
電流互感器在電力系統(tǒng)中起著十分重要的作用，是電力系統(tǒng)中的一個(gè)核心設(shè)備。 隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展及智能電網(wǎng)建設(shè)，特別是超高壓輸電的發(fā)展，電力系統(tǒng)對(duì)電流互感器的要求越來越高，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器由于存在鐵磁飽和、頻率響應(yīng)低、高壓絕緣能力差、運(yùn)行事故多等無法克服的缺點(diǎn)，已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展要求。開發(fā)線性性能好、 頻率范圍寬、高壓絕緣能力強(qiáng)的電流互感器已經(jīng)是智能電網(wǎng)發(fā)展的迫切需要。光纖電流互感器OCT因抗電磁干擾性能好、測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)范圍寬、體積小重量輕、 價(jià)格便宜、與數(shù)字設(shè)備的接口方便等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景，已逐漸成為高壓電流互感器的發(fā)展潮流。光纖電流互感器主要有純光學(xué)電流互感器(無源光電互感器)和光電混合式電流互感器(有源光電互感器)兩種形式，純光學(xué)電流互感器由于受環(huán)境溫度和震動(dòng)等因素的影響，其性能的穩(wěn)定性是困擾其實(shí)用化的主要困難；光電混合式電流互感器利用低功率電流互感器或(Rogowski)線圈的電磁測(cè)量原理測(cè)量電流，利用光纖通信傳輸測(cè)量信息，克服了無源光電互感器的穩(wěn)定性差的難題，良好的穩(wěn)定性使其得到了快速發(fā)展，目前已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用化階段。但有源光電互感器高壓側(cè)的測(cè)量、數(shù)據(jù)處理和光電信息傳輸系統(tǒng)等需要供電電源，供電電源目前主要有“高壓側(cè)一次電流電磁感應(yīng)供電”、“激光供能供電”、 “超聲波供能供電”和“氣動(dòng)供能供電”等供電方式?！案邏簜?cè)一次電流電磁感應(yīng)供電”在一次電流比較小時(shí)存在供電能不足，形成無法工作的供電死區(qū)，當(dāng)一次電流很大和短路時(shí)又存在供電能量過大，難以泄放和損壞供電電路的難題；激光、超聲波供能供電雖然性能穩(wěn)定，能很好的滿足供電的穩(wěn)定性要求，但供電能量比較小，對(duì)測(cè)量和光電傳輸系統(tǒng)的節(jié)能和抗干擾要求很高，而且價(jià)格太貴，長(zhǎng)期運(yùn)行壽命不能滿足要求；氣動(dòng)供能供電也存在氣體容易泄露和長(zhǎng)期運(yùn)行壽命不能滿足要求。光電混合式電流互感器的高壓側(cè)供能供電是困擾其實(shí)用化的核心技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有有源光電電流互感器高電壓側(cè)供能供電方式所存在的不足，本發(fā)明提供了 一種傳輸線絕緣子供電的有源光電電流互感器，可通過高頻電磁諧振傳能實(shí)現(xiàn)對(duì)有源光電電流互感器或者其他高壓在線檢測(cè)監(jiān)控設(shè)備的高壓側(cè)的用電模塊供能供電。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種傳輸線絕緣子供電的光電電流互感器，包括一個(gè)由高壓電流測(cè)量光電數(shù)據(jù)傳輸模塊、通信光纖和電流測(cè)量數(shù)據(jù)二次處理模塊構(gòu)成的電流光電測(cè)量系統(tǒng)，高壓電流測(cè)量光電數(shù)據(jù)傳輸模塊利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量高壓側(cè)電流母線的電流，并把電流信息轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，通過通信光纖把電流信息傳送給低壓側(cè)的電流測(cè)量二次處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理； 其特征在于，所述有源光電電流互感器還包括一個(gè)置于低壓側(cè)的高頻驅(qū)動(dòng)電源、一個(gè)高頻傳輸線絕緣子芯、一個(gè)置于高壓側(cè)的AC/DC電源變換器，該高頻傳輸線絕緣子芯通過其中的LC高頻電磁諧振把高頻驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生的特定頻率的高頻交流電能從低壓側(cè)傳送到高壓側(cè)，再由AC/DC電源變換器轉(zhuǎn)換為直流電能向電流光電測(cè)量系統(tǒng)中的高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊供電。上述方案中，所述的高頻傳輸線絕緣子芯包括兩個(gè)電容器柱，每個(gè)電容器柱由相同幾何尺寸及電容量大小的平行板電容器串聯(lián)層迭構(gòu)成，兩個(gè)電容器柱之間相同高度的節(jié)距處連接有若干個(gè)電感L，所述高頻驅(qū)動(dòng)電源的輸出連接兩個(gè)電容器柱低壓端的兩個(gè)電極， 兩個(gè)電容器柱高壓端的兩個(gè)電極連接AC/DC電源變換器4的輸入。兩個(gè)電容器柱可以并列安裝，也可以將其中一個(gè)做成圓柱體，另一個(gè)做成圓柱筒， 然后進(jìn)行同心軸線套裝。所述的高頻驅(qū)動(dòng)電源包括一個(gè)AC-DC變換電路、一個(gè)信號(hào)發(fā)生器、一個(gè)鎖相頻率跟蹤器、一個(gè)功率放大器和一個(gè)第一變壓器，AC-DC變換電路的輸出連接信號(hào)發(fā)生器、鎖相頻率跟蹤器和功率放大器；信號(hào)發(fā)生器輸出的高頻信號(hào)連接功率放大器，功率放大器的輸出連接第一變壓器的輸入，第一變壓器的輸出與高頻傳輸線絕緣子芯中的兩個(gè)電容器柱低壓端的兩個(gè)電極相連接。所述的AC/DC電源變換器包括一個(gè)與兩個(gè)電容器柱高壓端的兩個(gè)電極連接的第二變壓器，該第二變壓器的輸出連接一個(gè)高頻整流電路的輸入，高頻整流電路的輸出連接一個(gè)濾波電路的輸入，濾波電路的輸出通過一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行穩(wěn)壓變換輸出穩(wěn)定的直流供電電源，向高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊供電。本發(fā)明的傳輸線絕緣子供電的光電電流互感器，利用高頻電能把供電能量通過高頻傳輸線絕緣子芯從低壓側(cè)傳送到高壓側(cè)，在高壓側(cè)把高頻電能又轉(zhuǎn)換成直流電能，實(shí)現(xiàn)對(duì)有源光電電流互感器的高壓側(cè)用電單元供能供電。這樣一來供電系統(tǒng)的高電壓和低電壓兩側(cè)之間是完全工頻電氣隔離的，這種供電系統(tǒng)的高壓絕緣能力強(qiáng)，傳輸?shù)墓╇娔芰看?，性能穩(wěn)定，不受環(huán)境因素影響和限制，使用壽命長(zhǎng)，而且對(duì)高壓側(cè)的測(cè)量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等產(chǎn)生的電磁干擾影響小。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)I)不受高壓側(cè)一次母線電流大小的限制，無“供電死區(qū)”不受大電流沖擊影響，供電能量十分穩(wěn)定。2)能提供比較大的供電能量，而且能連續(xù)長(zhǎng)期的可靠供電，對(duì)有源光電互感器的測(cè)量系統(tǒng)和光電傳輸系統(tǒng)的節(jié)能和抗干擾要求很低。3)性能十分穩(wěn)定，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)不受溫度變化等因素的限制，使用壽命長(zhǎng)，能滿足電力系統(tǒng)對(duì)安全性、可靠性和使用壽命長(zhǎng)的要求。


圖I為本發(fā)明的傳輸線絕緣子供電的光電電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I中低壓側(cè)的高頻驅(qū)動(dòng)電源3的功能結(jié)構(gòu)框圖。圖3為圖I中高壓側(cè)的AC-DC電源變換器4的功能結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參考圖I，在低壓側(cè)L用高頻驅(qū)動(dòng)電源3將50HZ的工頻交流電源轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)高頻傳輸線絕緣子芯所需要的高頻電源，高頻驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生的高頻輸出連接高頻傳輸線絕緣子芯中的兩個(gè)電容器柱I及2的低壓端(下端面)的兩個(gè)電極，高頻驅(qū)動(dòng)電源3驅(qū)動(dòng)高頻傳輸線絕緣子芯產(chǎn)生要傳輸?shù)母哳l電磁能量。高頻傳輸線絕緣子芯包括兩個(gè)串聯(lián)電容器柱I和 2及連接在兩個(gè)電容器柱之間的電感L，電容器柱I和2由若干個(gè)相同幾何尺寸和電容量大小的平行板電容器串聯(lián)層迭而成，兩個(gè)電容器柱I和2可以并列安裝，也可以把電容器柱I 做成圓柱體，把電容器柱2做成圓柱筒，再把它們進(jìn)行同心軸線套裝，平行板電容器可以采用高壓陶瓷電容器，平行板電容器的電極串聯(lián)層迭成電容器柱I和2時(shí)盡量減小電容器之間的相互間隙，保持兩電容器柱I及2之間的對(duì)應(yīng)電容器處的高度相同和電極平行，兩個(gè)電容器柱I和2的等節(jié)距高度處的電容器的電極之間連接電感L，節(jié)距高度和電感個(gè)數(shù)及電感量大小由高頻驅(qū)動(dòng)電源3的頻率確定，兩個(gè)電容器柱I和2的串聯(lián)電容器和這些電感L組成高頻傳輸線絕緣子芯，該絕緣子芯具有交直流高壓絕緣能力，能把特定頻率(10KHZ-1MHZ) 的高頻電能從低壓側(cè)L傳輸?shù)礁邏簜?cè)H。AC/DC電源變換器4的輸入連接高頻傳輸線絕緣子芯中的兩個(gè)電容器柱I和2的高壓端(上端面)的兩個(gè)電極，將高頻傳輸線絕緣子芯高壓端輸出的高頻電能轉(zhuǎn)換為直流電能向光電電流互感器的電流光電測(cè)量系統(tǒng)中的高壓電流測(cè)量光電數(shù)據(jù)傳輸模塊6供電，實(shí)現(xiàn)高壓電流的光電測(cè)量。電流光電測(cè)量系統(tǒng)包括高壓電流測(cè)量光電數(shù)據(jù)傳輸模塊6、通信光纖7和電流測(cè)量二次處理模塊8。高壓電流測(cè)量光電數(shù)據(jù)傳輸模塊利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量高壓電流母線 5中的高壓電流，并把電流信息轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，通過通信光纖7把電流信息傳送給低壓側(cè) L的電流測(cè)量二次處理模塊8，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電流的測(cè)量。如圖2所示，低壓側(cè)的高頻驅(qū)動(dòng)電源3包括一個(gè)AC-DC變換電路、一個(gè)信號(hào)發(fā)生器、一個(gè)鎖相頻率跟蹤器、一個(gè)功率放大器和一個(gè)變壓器。50HZ工頻交流電源經(jīng)AC-DC變換電路變換成直流電壓，AC-DC變換電路輸出連接信號(hào)發(fā)生器、鎖相頻率跟蹤器和功率放大器的直流偏置電路，為它們提供直流偏置電壓；信號(hào)發(fā)生器輸出的高頻信號(hào)連接功率放大器， 進(jìn)行功率放大產(chǎn)生高頻功率電壓，高頻信號(hào)的頻率與高頻傳輸線絕緣子芯中的LC電磁諧振頻率相同；功率放大器的輸出連接變壓器的輸入，變壓器的輸出與高頻傳輸線絕緣子芯中的兩個(gè)電容器柱I及2的低壓端的兩個(gè)電極相連接，通過變壓器實(shí)現(xiàn)高頻驅(qū)動(dòng)電源3和高頻傳輸線絕緣子芯的電磁諧振頻率的阻抗匹配；鎖相環(huán)頻率跟蹤器采集變壓器的輸出電壓和電流，供給瑣相頻率跟蹤電路判斷高頻傳輸線絕緣子芯中的LC電磁諧振頻率變化，動(dòng)態(tài)的跟蹤高頻傳輸線絕緣子芯中的LC電磁諧振頻率，并調(diào)控信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)頻率動(dòng)態(tài)跟蹤和諧振匹配。如圖3所示，所述的AC/DC電源變換器4包括與兩個(gè)電容器柱I和2的高壓端的兩個(gè)電極連接的變壓器、高頻整流、濾波電路和一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，該變壓器的輸出連接高頻整流電路，高頻整流電路連接濾波電路，濾波電路的輸出通過DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行穩(wěn)壓變換輸出穩(wěn)定的直流供電電源(0-12V)，向光電電流互感器的電流光電測(cè)量系統(tǒng)中高壓側(cè)的高壓電流測(cè)量光電數(shù)據(jù)傳輸模塊6供電。
權(quán)利要求
1.一種傳輸線絕緣子供電的光電電流互感器，包括一個(gè)由高壓電流測(cè)量光電數(shù)據(jù)傳輸模塊、通信光纖和電流測(cè)量數(shù)據(jù)二次處理模塊構(gòu)成的電流光電測(cè)量系統(tǒng)，高壓電流測(cè)量光電數(shù)據(jù)傳輸模塊利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量高壓側(cè)電流母線的電流，并把電流信息轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，通過通信光纖把電流信息傳送給低壓側(cè)的電流測(cè)量二次處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；其特征在于，所述有源光電電流互感器還包括一個(gè)置于低壓側(cè)的高頻驅(qū)動(dòng)電源、一個(gè)高頻傳輸線絕緣子芯、一個(gè)置于高壓側(cè)的AC/DC電源變換器，該高頻傳輸線絕緣子芯通過其中的 LC高頻電磁諧振把高頻驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生的特定頻率的高頻交流電能從低壓側(cè)傳送到高壓側(cè)， 再由AC/DC電源變換器轉(zhuǎn)換為直流電能向電流光電測(cè)量系統(tǒng)中的高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊供電。
2.如權(quán)利要求I所述的傳輸線絕緣子供電的光電電流互感器，其特征在于，所述的高頻傳輸線絕緣子芯包括兩個(gè)電容器柱，每個(gè)電容器柱由相同幾何尺寸及電容量大小的平行板電容器串聯(lián)層迭構(gòu)成，兩個(gè)電容器柱之間相同高度的節(jié)距處連接有若干個(gè)電感L，所述高頻驅(qū)動(dòng)電源的輸出連接兩個(gè)電容器柱低壓端的兩個(gè)電極，兩個(gè)電容器柱高壓端的兩個(gè)電極連接AC/DC電源變換器的輸入。
3.如權(quán)利要求2所述的傳輸線絕緣子供電的光電電流互感器，其特征在于，所述兩個(gè)電各器柱并列安裝。
4.如權(quán)利要求2所述的傳輸線絕緣子供電的光電電流互感器，其特征在于，所述兩個(gè)電容器柱其中一個(gè)做成圓柱體，另一個(gè)做成圓柱筒，然后進(jìn)行同心軸線套裝。
5.如權(quán)利要求2所述的傳輸線絕緣子供電的光電電流互感器，其特征在于，所述的高頻驅(qū)動(dòng)電源包括一個(gè)AC-DC變換電路、一個(gè)信號(hào)發(fā)生器、一個(gè)鎖相頻率跟蹤器、一個(gè)功率放大器和一個(gè)第一變壓器，AC-DC變換電路的輸出連接信號(hào)發(fā)生器、鎖相頻率跟蹤器和功率放大器；信號(hào)發(fā)生器輸出的高頻信號(hào)連接功率放大器，功率放大器的輸出連接第一變壓器的輸入，第一變壓器的輸出與高頻傳輸線絕緣子芯中的兩個(gè)電容器柱低壓端的兩個(gè)電極相連接。
6.如權(quán)利要求2所述的傳輸線絕緣子供電的光電電流互感器，其特征在于，所述的AC/ DC電源變換器包括一個(gè)與兩個(gè)電容器柱高壓端的兩個(gè)電極連接的第二變壓器，該第二變壓器的輸出連接一個(gè)高頻整流電路的輸入，高頻整流電路的輸出連接一個(gè)濾波電路的輸入， 濾波電路的輸出通過一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行穩(wěn)壓變換輸出穩(wěn)定的直流供電電源，向高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳輸線絕緣子供電的光電電流互感器，包括一個(gè)電流光電測(cè)量系統(tǒng)，其中的高壓電流測(cè)量光電數(shù)據(jù)傳輸模塊利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量高壓側(cè)電流母線的電流，并把電流信息轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，通過通信光纖把電流信息傳送給低壓側(cè)的電流測(cè)量二次處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；其特征在于，有源光電電流互感器還包括一個(gè)置于低壓側(cè)的高頻驅(qū)動(dòng)電源、一個(gè)高頻傳輸線絕緣子芯、一個(gè)置于高壓側(cè)的AC/DC電源變換器，該高頻傳輸線絕緣子芯通過其中的LC高頻電磁諧振把高頻驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生的特定頻率的高頻交流電能從低壓側(cè)傳送到高壓側(cè)，再由AC/DC電源變換器轉(zhuǎn)換為直流電能向電流光電測(cè)量系統(tǒng)中的高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊供電。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102590586SQ201210041009
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者何文林, 何月, 劉曉暉 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)