本發(fā)明涉及高壓電器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三相共箱的GIS用光學電子式電流互感器。

背景技術(shù)：

隨著光學電流傳感器的日益發(fā)展，光學傳感器在電力行業(yè)的應(yīng)用日益增多。在變電站中，電磁環(huán)境極為復雜，相比傳統(tǒng)電信號傳輸，光信號傳輸可有效避免信號傳輸過程中發(fā)生失真的情況發(fā)生。

GIS高壓開關(guān)設(shè)備是近年來高壓變電站中廣泛應(yīng)用的開關(guān)設(shè)備，但是其使用的傳統(tǒng)互感器越來越不能適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展需要，并且其二次輸出采用電信號，受變電站電磁干擾影響較大。研制一種GIS用光學電子互感器可有效解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供了一種三相共箱的GIS用光學電子式電流互感器，受變電站中強電磁干擾影響小，具有可靠的密封性能和絕緣性，使信號傳遞更加穩(wěn)定，保證了在實際工程長期運行的穩(wěn)定性，有效避免了在復雜環(huán)境中產(chǎn)生故障的可能性。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種三相共箱的GIS用光學電子式電流互感器，包括高壓電流傳感單元、信號采集單元和殼體，高壓電流傳感單元和信號采集單元均設(shè)置于殼體上，其中，高壓電流傳感單元包括3個全光纖電流傳感器和光纜，全光纖電流傳感器通過光纜與信號采集單元連接，3個全光纖電流傳感器分布于殼體上，3個導電桿分別與3個全光纖電流傳感器一一對應(yīng)，導電桿從相應(yīng)的全光纖電流傳感器的中心穿過，殼體內(nèi)設(shè)有密封氣室，密封氣室內(nèi)充有惰性氣體，導電桿與相應(yīng)全光纖電流傳感器的交叉點設(shè)置于密封氣室內(nèi)。

按照上述技術(shù)方案，密封氣室內(nèi)充有1～5個大氣壓的惰性氣體，所述惰性氣體為六氟化硫氣體。

按照上述技術(shù)方案，殼體上端和下端均設(shè)有端蓋，端蓋的一側(cè)與殼體的側(cè)壁之間留有縫隙，殼體內(nèi)沿縫隙設(shè)有安裝板，安裝板的上端和下端通過螺栓分別與上端蓋和下端蓋連接固定，安裝板與殼體的側(cè)壁之間設(shè)有壓緊法蘭，壓緊法蘭通過密封螺栓與安裝板壓緊固定連接，壓緊法蘭緊貼殼體內(nèi)壁設(shè)置，安裝板和壓緊法蘭之間設(shè)有密封槽內(nèi)，安裝板和壓緊法蘭上設(shè)有凹孔，密封槽分布于凹孔的兩側(cè)，全光纖電流傳感器兩端固定于密封槽內(nèi)，全光纖電流傳感器的中部設(shè)置于凹孔內(nèi)，凹孔邊沿的密封槽內(nèi)設(shè)有絕緣密封板，安裝板和壓緊法蘭之間設(shè)有絕緣密封板，端蓋、殼體、安裝板、壓緊法蘭和絕緣密封板一起構(gòu)成密封氣室，高壓電流傳感器中部設(shè)置于密封氣室內(nèi)，高壓電流傳感器的一端通過光纜從安裝板和壓緊法蘭之間的密封槽穿出到殼體外與采集器連接。

按照上述技術(shù)方案，安裝板和壓緊法蘭均采用金屬材料，可抑制互感器內(nèi)部的相間干擾，絕緣密封板為為非導磁絕緣材料。

按照上述技術(shù)方案，絕緣密封板采用聚四氟乙烯添加氧化鋁。

按照上述技術(shù)方案，端蓋與安裝板之間設(shè)有第二密封圈，密封螺栓上設(shè)有第一密封圈，絕緣密封板上套設(shè)有O型密封圈。

按照上述技術(shù)方案，信號采集單元為采集器，內(nèi)部設(shè)有依次連接的光電轉(zhuǎn)換模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和微機處理模塊。由全光纖電流傳感器產(chǎn)生的光強信號經(jīng)由光電裝換模塊轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，再通過A/D轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生數(shù)字信號，輸入到微機處理模塊內(nèi)，計算出一次電流并將其傳給后臺。

按照上述技術(shù)方案，微機處理模塊中嵌入相位補償算法，采用短數(shù)據(jù)窗移相算法，調(diào)理信號再傳輸過程中產(chǎn)生的相位偏差，準確反映一次電流的真實值，提升了互感器的測量精度。

按照上述技術(shù)方案，光纜與采集器連接采用航空插座，航插采用雙層金屬鎧甲設(shè)計。

按照上述技術(shù)方案，微機處理模塊核心處理器采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA。

本發(fā)明具有以下有益效果：

互感器的二次信號傳輸通過光纖傳感器采用光強信號實施，受變電站中強電磁干擾影響小，導電桿與全光纖電流傳感器的交叉點設(shè)置于密封氣室內(nèi)，具有可靠的密封性能和絕緣性，使信號傳遞更加穩(wěn)定，保證了在實際工程長期運行的穩(wěn)定性，有效避免了在復雜環(huán)境中產(chǎn)生故障的可能性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中三相共箱的GIS用光學電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中采集器信號處理流程圖；

圖3是本發(fā)明實施例中超前相位移相圖；

圖4是本發(fā)明實施例中滯后相位移相圖；

圖中，1-全光纖電流傳感器，2-絕緣密封板，3-O型密封圈，4-密封螺栓，5-安裝板，6-壓緊法蘭，7-殼體，8-光纜，9-采集器，10-導電桿，11-第一密封圈，12-第二密封圈。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

參照圖1～圖2所示，本發(fā)明提供的一個實施例中的三相共箱的GIS用光學電子式電流互感器，包括高壓電流傳感單元、信號采集單元和殼體7，高壓電流傳感單元和信號采集單元均設(shè)置于殼體7上，其中，高壓電流傳感單元包括3個全光纖電流傳感器1和光纜8，全光纖電流傳感器1通過光纜8與信號采集單元連接，3個全光纖電流傳感器1均勻分布于殼體7上，3個導電桿10分別與3個全光纖電流傳感器1一一對應(yīng)，導電桿10從相應(yīng)的全光纖電流傳感器1的中心穿過，3個導電桿10分別與三相高壓線路連接，殼體7內(nèi)設(shè)有密封氣室，密封氣室內(nèi)充有惰性氣體，導電桿10與相應(yīng)全光纖電流傳感器1的交叉點設(shè)置于密封氣室內(nèi)；互感器的二次信號傳輸通過光纖傳感器采用光強信號實施，受變電站中強電磁干擾影響小，導電桿10與全光纖電流傳感器1的交叉點設(shè)置于密封氣室內(nèi)，具有可靠的密封性能和絕緣性，使信號傳遞更加穩(wěn)定，保證了在實際工程長期運行的穩(wěn)定性，有效避免了在復雜環(huán)境中產(chǎn)生故障的可能性。

進一步地，密封氣室內(nèi)充有1～5個大氣壓的惰性氣體，所述惰性氣體為六氟化硫氣體。

進一步地，殼體7上端和下端均設(shè)有端蓋，端蓋的一側(cè)與殼體7的側(cè)壁之間留有縫隙，殼體7內(nèi)沿縫隙設(shè)有安裝板5，安裝板5的上端和下端通過螺栓分別與上端蓋和下端蓋連接固定，安裝板5與殼體7的側(cè)壁之間設(shè)有壓緊法蘭6，壓緊法蘭6通過密封螺栓4與安裝板5壓緊固定連接，壓緊法蘭6緊貼殼體7內(nèi)壁設(shè)置，安裝板5和壓緊法蘭6之間設(shè)有密封槽內(nèi)，安裝板5和壓緊法蘭6上設(shè)有凹孔，密封槽分布于凹孔的兩側(cè)，全光纖電流傳感器1兩端固定于密封槽內(nèi)，全光纖電流傳感器1的中部設(shè)置于凹孔內(nèi)，凹孔邊沿的密封槽內(nèi)設(shè)有絕緣密封板2，安裝板5和壓緊法蘭6之間設(shè)有絕緣密封板2，端蓋、殼體7、安裝板5、壓緊法蘭6和絕緣密封板2一起構(gòu)成密封氣室，高壓電流傳感器中部設(shè)置于密封氣室內(nèi)，高壓電流傳感器的一端通過光纜8從安裝板5和壓緊法蘭6之間的密封槽穿出到殼體7外與采集器9連接。

進一步地，安裝板5和壓緊法蘭6均采用金屬材料，可抑制互感器內(nèi)部的相間干擾，絕緣密封板2為為非導磁絕緣材料，同時也為硬質(zhì)材料，保證傳感器采集到的每相信號不減弱。

進一步地，硬質(zhì)絕緣密封板2采用聚四氟乙烯添加氧化鋁，聚四氟乙烯添加氧化鋁的材料不導磁，硬度高，絕緣性能好，保證電流傳感器采集到的一次電流信號不減弱。

進一步地，端蓋與安裝板5之間設(shè)有第二密封圈12，密封螺栓4上設(shè)有第一密封圈11，絕緣密封板2上套設(shè)有O型密封圈3，在密封氣室各接口處的進行密封，使密封氣室的密封效果更好。

進一步地，信號采集單元為采集器9，內(nèi)部設(shè)有依次連接的光電轉(zhuǎn)換模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和微機處理模塊。由全光纖電流傳感器1產(chǎn)生的光強信號經(jīng)由光電裝換模塊轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，再通過A/D轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生數(shù)字信號，輸入到微機處理模塊內(nèi)，計算出一次電流并將其傳給后臺。

進一步地，微機處理模塊中嵌入相位補償算法，采用短數(shù)據(jù)窗移相算法，調(diào)理信號再傳輸過程中產(chǎn)生的相位偏差，準確反映一次電流的真實值，提升了互感器的測量精度；微機處理模塊中嵌入相位補償算法，采用短數(shù)據(jù)窗移相算法，調(diào)理信號再傳輸過程中產(chǎn)生的相位偏差，準確反映一次電流的真實值，提升了互感器的測量精度。

進一步地，光纜8與采集器9連接采用航空插座，航插采用雙層金屬鎧甲設(shè)計。

進一步地，微機處理模塊核心處理器采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA。

本發(fā)明的一個實施例中，本發(fā)明的工作原理：

本發(fā)明裝置包括高壓電流傳感單元、殼體7和信號采集單元。高壓電流傳感單元包括全光纖電流傳感器1、光纜8及端部插接件。每臺互感器中含有三個全光纖電流傳感器1，相對殼體7的軸線均分，每個傳感器通過螺釘固定在安裝板5上，三個導電桿10分別從每一相的全光纖電流傳感器1的中心穿過。當導電桿10通過電流時，全光纖電流傳感器1產(chǎn)生光強信號，由光纜8傳輸至采集器9。三相共箱的GIS用光學電子互感器內(nèi)部充1-5個大氣壓的六氟化硫氣體，密封在由安裝板5、壓緊法蘭6、殼體7、硬質(zhì)絕緣密封板2形成的氣室內(nèi)部，通過密封圈3、密封圈11、密封圈12與外部空氣隔絕開。密封圈3放置在硬質(zhì)絕緣密封板2兩側(cè)，安裝板5、壓緊法蘭6、硬質(zhì)絕緣密封板2壓緊通過殼體7外部環(huán)繞的一圈螺栓將密封圈3壓縮在安裝板5、壓緊法蘭6中的密封槽內(nèi)。除了在殼體7外部環(huán)繞的一圈螺栓外，氣室內(nèi)部安裝了密封螺栓4，保證了圖1中三個密封圈3受力均勻，密封圈上每個點都承受了足夠的壓緊力。安裝板5、壓緊法蘭6采用金屬材料，可抑制互感器內(nèi)部的相間干擾，硬質(zhì)絕緣密封板2采用聚四氟乙烯添加氧化鋁，該材料不導磁，硬度高，絕緣性能好，保證傳感器采集到的每相信號不減弱。其中：光纜8與采集器9連接采用航空插座，航插采用雙層金屬鎧甲設(shè)計。密封螺栓4采用特殊處理的鈍化螺栓，在六氟化硫氣體內(nèi)部不會產(chǎn)生化學反應(yīng)。

信號采集單元為采集器9，內(nèi)部包含光電轉(zhuǎn)換模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、微機處理模塊。其中微機處理模塊的核心處理器采用FPGA。由全光纖電流傳感器1產(chǎn)生的光強信號經(jīng)由光電裝換模塊轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，再通過A/D轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生數(shù)字信號，輸入到微機處理模塊內(nèi)，計算出一次電流并將其傳給后臺。信號在一系列的數(shù)據(jù)編碼、傳輸、解碼等操作后，一定會產(chǎn)生相位的變化，為了減小誤差，在微機處理模塊中進行相位補償，采用短數(shù)據(jù)窗移相算法，具體實現(xiàn)方式如下：若采樣信號滯后角度，t時刻的采樣電流為i(t)＝I_msin(ωt+θ)對應(yīng)的向量為其上一個采樣點的采樣電流為對應(yīng)的向量為為每個周期的采樣點數(shù)。相位超前角度的電流可表示為對應(yīng)的向量為其向量關(guān)系可見圖3，

設(shè)其中a、b為系數(shù)，根據(jù)圖3可得到：

$\frac{\left|\stackrel{\·}{I_{\∂}}\right|}{sin\frac{2\mathrm{\π}}{N}}\frac{b\left|\stackrel{\·}{I}\∠-\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right|}{\sin \∂}=\frac{a\left|\stackrel{\·}{I}\right|}{sin(\mathrm{\π}-\∂-\frac{2\mathrm{\π}}{N})}$

其中由此可得系數(shù)a、b的值：

$a=\frac{sin(\∂+\frac{2\mathrm{\π}}{N})}{sin\frac{2\mathrm{\π}}{N}},b=\frac{sin\∂}{sin\frac{2\mathrm{\π}}{N}}$

故可改寫成

$i_{\∂}\left(t\right)={\mathrm{aI}}_{m}sin(\mathrm{\ω}t+\mathrm{\θ})+{\mathrm{bI}}_{m}sin\[\mathrm{\ω}(t-\frac{2\mathrm{\π}}{N})+\mathrm{\θ}\]$

轉(zhuǎn)換成采樣值計算可得即兩個電流i(t)的相鄰采樣點可得到超前電流角度的采樣值，達到調(diào)相目的。

類似的，相位滯后角度的電流，如圖4，計算可得，滯后電流

使用該方法后，互感器可更為準確反映一次電流的真實值，提升了互感器的測量精度。

另外，本發(fā)明中，電流傳感器所處位置的溫度由安裝在安裝板5、壓緊法蘭6內(nèi)部的溫度傳感器將數(shù)據(jù)傳輸給采集器9。電子互感器直接與接地網(wǎng)可靠相連，與GIS回路上其他設(shè)備相對獨立，避免了由于局部過電壓對信號采集單元內(nèi)部器件產(chǎn)生的影響。

以上的僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等效變化，仍屬本發(fā)明的保護范圍。