專利名稱：有源光電電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種互感器，尤其是涉及一種用于電力系統(tǒng)中高壓大電流檢測的有源光電電流互感器。
背景技術(shù)：
電力互感器是電力系統(tǒng)的眼睛，是電力系統(tǒng)自動化最基本的測量設(shè)備之一，它在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。目前，電磁式互感器得到了比較充分的發(fā)展，然而隨著電力傳輸容量的不斷增長，電網(wǎng)電壓等級的不斷提高及保護(hù)要求的不斷完善，傳統(tǒng)電流互感器結(jié)構(gòu)已逐漸暴露出與之不相適應(yīng)的弱點，傳統(tǒng)的電流互感器為鐵芯式，由鐵磁材料制成，其絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，固有的體積較大，容易發(fā)生鐵磁諧振和鐵磁飽和，動態(tài)范圍小，使用頻帶窄，影響其測量精度；感應(yīng)輸出為5A/1A的強電流信號，難以滿足電力系統(tǒng)發(fā)展和電力系統(tǒng)自動化、數(shù)字化的要求；另外還存在二次開路產(chǎn)生高電壓，存在爆炸危險，危及操作人員人身安全。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種測量精度高，且能滿足電力系統(tǒng)智能化和網(wǎng)絡(luò)化管理的需要的有源光電電流互感器。
本實用新型的目的可通過以下的技術(shù)措施來實現(xiàn)包括電流傳感空心線圈、感應(yīng)信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電光轉(zhuǎn)換電路、供電電路、傳輸光纖、光電轉(zhuǎn)換電路、串并轉(zhuǎn)換電路和計算機(jī)接口電路，電流傳感空心線圈外設(shè)有用于方便其固定于電力線上的外殼，在外殼上設(shè)有屏蔽箱，感應(yīng)信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電光轉(zhuǎn)換電路和供電電路置于屏蔽箱內(nèi)，供電電路提供屏蔽箱內(nèi)各電路的工作電源，電流傳感空心線圈輸出的感應(yīng)信號經(jīng)感應(yīng)信號預(yù)處理電路積分、移相、放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入電光轉(zhuǎn)換電路再轉(zhuǎn)換為光信號輸出，光信號經(jīng)傳輸光纖耦合輸入到光電轉(zhuǎn)換電路再轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)串并轉(zhuǎn)換電路接入計算機(jī)接口電路輸出。
本實用新型所述的電流傳感空心線圈包括環(huán)形的非磁性支撐骨架和電磁導(dǎo)線繞成的信號感應(yīng)線圈，信號感應(yīng)線圈繞設(shè)于非磁性支撐骨架上，信號感應(yīng)線圈和支撐骨架構(gòu)成感應(yīng)體，所述感應(yīng)體上依次設(shè)有絕緣內(nèi)層、電磁屏蔽層和絕緣外層；所述信號感應(yīng)線圈的兩端頭伸出絕緣外層作為連接所述電流感應(yīng)信號預(yù)處理電路的接口端子；所述的絕緣內(nèi)層和電磁屏蔽層之間繞設(shè)有校驗線圈，校驗線圈的兩端頭伸出絕緣外層作為外接校驗電路的接口端子。
本實用新型所述的傳輸光纖上設(shè)有硅橡膠絕緣子，使位于高壓電力線側(cè)的電路與后級處理電路徹底隔離。
本實用新型所述的供電電路由半導(dǎo)體激光器和光電變換器組成，半導(dǎo)體激光器經(jīng)所述的傳輸光纖耦合輸入光電變換器輸出直流工作電壓。
本實用新型所述的供電電路為置于所測電力線上的電源互感器。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、由于采樣及預(yù)處理電路安裝于高壓電力線側(cè)，與后級低壓處理電路之間僅通過光纖連接，沒有任何電磁聯(lián)系，另外感應(yīng)線圈采用無鐵芯的空心線圈，不存在鐵磁諧振和鐵磁飽和的問題，大大的提高了測量精度；2、頻帶寬、動態(tài)范圍大、輸出弱電模擬信號，可直接與微機(jī)系統(tǒng)相連，易于實現(xiàn)電力系統(tǒng)智能化和網(wǎng)絡(luò)化管理。


圖1為本實用新型的原理框圖；圖2為電流傳感空心線圈上外殼的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為電流傳感空心線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3中所示的A-A向剖視圖；
圖5為串并轉(zhuǎn)換電路的原理框圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，本實施例包括電流傳感空心線圈、感應(yīng)信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電光轉(zhuǎn)換電路、供電電路、傳輸光纖、光電轉(zhuǎn)換電路、串并轉(zhuǎn)換電路和計算機(jī)接口電路，電流傳感空心線圈外設(shè)有用于方便其固定于電力線上的外殼14，在外殼上設(shè)有屏蔽箱12，感應(yīng)信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電光轉(zhuǎn)換電路和供電電路置于屏蔽箱內(nèi)，供電電路提供屏蔽箱內(nèi)各電路的工作電源，電流傳感空心線圈輸出的感應(yīng)信號經(jīng)感應(yīng)信號預(yù)處理電路積分、移相、放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入電光轉(zhuǎn)換電路再轉(zhuǎn)換為光信號輸出，光信號經(jīng)傳輸光纖耦合輸入到光電轉(zhuǎn)換電路再轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)串并轉(zhuǎn)換電路接入計算機(jī)接口電路輸出。在傳輸光纖上設(shè)有硅橡膠絕緣子，使位于高壓電力線側(cè)的電路與后級處理電路徹底隔離。
如圖3、4所示，電流傳感空心線圈包括環(huán)形的非磁性支撐骨架1 和電磁導(dǎo)線繞成的信號感應(yīng)線圈2，非磁性支撐骨架1采用溫度系數(shù)低的非磁性材料制作，以保證其截面積的恒定，環(huán)形的非磁性支撐骨架1的環(huán)半徑應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于骨架的寬度；其信號感應(yīng)線圈2均勻密繞于非磁性支撐骨架1上，且保持線圈的平面與所穿過的磁通互相垂直，信號感應(yīng)線圈和支撐骨架構(gòu)成感應(yīng)體，整個感應(yīng)體中無需鐵芯，不存在鐵磁諧振和鐵磁飽和的問題，可大大的提高了測量精度；當(dāng)一通電電力線位于環(huán)形骨架的中心時，整個線圈就會得到一個感應(yīng)電勢，該感應(yīng)電勢與通電電力線上電流的微分值成正比。在感應(yīng)體上用絕緣材料澆注一層絕緣內(nèi)層3，為了便于檢測本實用新型空心線圈電流互感器的精確度，在絕緣內(nèi)層上均勻纏繞校驗輔助線圈4，該校驗輔助線圈4本身并不對空心線圈電流互感器的性能及精確度產(chǎn)生任何影響。為防止電磁干擾，在校驗輔助線圈外設(shè)置一層電磁屏蔽層5，再在電磁屏蔽層5上用絕緣材料澆注一層絕緣保護(hù)外層6。上述信號感應(yīng)線圈的兩端頭伸出絕緣外層作為連接電流感應(yīng)信號處理電路的接口端子7、8，校驗線圈的兩端頭伸出絕緣外層作為外接校驗電路的接口端子9、10；四個接口端子安裝在與絕緣外層6一體的凸臺11上。
電流感應(yīng)信號預(yù)處理電路連接信號感應(yīng)線圈的兩個接口端子，電流感應(yīng)信號處理電路為通用的模擬信號處理電路，主要用于對電流信號感應(yīng)頭得到的感應(yīng)電勢進(jìn)行積分、移相和放大處理，感應(yīng)電勢分兩路處理，一路經(jīng)積分、移相和放大后作為測量信號輸出，輸出的測量信號有效值為4V；另一路經(jīng)積分、移相和放大后作為保護(hù)信號輸出，輸出的保護(hù)信號有效值為225mV。
經(jīng)感應(yīng)信號預(yù)處理電路處理后的信號輸入A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路采用14位高速、逐次逼近型串行A/D7895轉(zhuǎn)換器，其最高采樣速率160sps，單5V供電，典型功耗為20mW。
電光轉(zhuǎn)換電路是將A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號，再沿光纖傳至后級低壓處理電路。電光轉(zhuǎn)換電路由電光轉(zhuǎn)換器LED及其驅(qū)動電路組成，LED一般所需電流較大，每路LED大約需要50mW～70mW，由于其功耗較大，必須對它進(jìn)行合理的處理以降低電路功耗，以使供電電路易于實現(xiàn)。為此，選用低閥值電流、低功耗的LED，而且其響應(yīng)速度要快；其驅(qū)動電路要能提供LED足夠的驅(qū)動電流，保證LED輸出的光脈沖的上升和下降的時間小于20ns。
由于置于屏蔽箱內(nèi)的各電路位于高壓電力線一側(cè)，無法用通常的交流變壓整流的方式對各電路進(jìn)行供電，本實施例采用光供電，其供電電路由半導(dǎo)體激光器和光電變換器組成，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光能經(jīng)傳輸光纖耦合輸入光電變換器輸出直流工作電壓。由于半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)定輸出功率僅在幾百mW，為了保證半導(dǎo)體激光器長時間穩(wěn)定發(fā)光，選用長壽命的半導(dǎo)體激光器，并在遠(yuǎn)低于其額定電流下運行，同時對其采用降溫措施。另外也可采用電源互感器，通過電源互感器從所測電力線上感應(yīng)出能量，經(jīng)處理電路整定為+5V、±15V直流電壓，為高壓側(cè)采樣電路提供工作電源，其中+5V用于數(shù)字電路部分，±15V用于模似電路部分。
高壓側(cè)電路和后級處理電路間的光通信接口采用同步串行方式，同步方式中被動時鐘方式(相對于高壓側(cè))最簡單，直接在后級處理電路用一根光纖傳送時鐘，高壓側(cè)串行數(shù)據(jù)用另一根光纖傳送。但這種被動時鐘傳送方式只能在短距離時使用，而電力系統(tǒng)中互感器與主控室間的實際布線距離通常在150m以上，盡管光速很快，在這樣的通道中也會延遲1us，已經(jīng)到了1bit的傳輸時間了，必然會產(chǎn)生錯位使接收的數(shù)據(jù)錯誤。因此只能使用主動時鐘方式(相對于高壓側(cè))，高壓側(cè)傳輸?shù)耐酱袛?shù)據(jù)到后級需轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，并送至主控計算機(jī)進(jìn)行運算處理。上述高壓側(cè)的電光電路將模擬量離散化后按一定的規(guī)則將該離散的信號轉(zhuǎn)換為串行光信號，通過傳輸光纖將串行光信號傳至后級的光電轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路后得到數(shù)據(jù)DAT和時鐘CLK信號。串行光信號經(jīng)串并轉(zhuǎn)換電路將同步串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)(見圖5示)，DAT和CLK經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換電路中的移位寄存器將串行信號轉(zhuǎn)為并行信號，同時計數(shù)器對CLK信號計數(shù)，每當(dāng)8個時鐘信號到來時，即收到一字節(jié)，計數(shù)器發(fā)出中斷申請，串并轉(zhuǎn)換電路中的CPU響應(yīng)后將并行數(shù)據(jù)讀入；在接收完畢后，串并轉(zhuǎn)換電路中的CPU依次把數(shù)據(jù)送入緩沖器，經(jīng)RS-232接口電路來進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，由主控計算機(jī)將并行數(shù)據(jù)讀出并送至主控計算機(jī)進(jìn)行運算處理。
權(quán)利要求1.一種有源光電電流互感器，其特征在于包括電流傳感空心線圈、感應(yīng)信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電光轉(zhuǎn)換電路、供電電路、傳輸光纖、光電轉(zhuǎn)換電路、串并轉(zhuǎn)換電路和計算機(jī)接口電路，電流傳感空心線圈外設(shè)有用于方便其固定于電力線上的外殼，在外殼上設(shè)有屏蔽箱，感應(yīng)信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電光轉(zhuǎn)換電路和供電電路置于屏蔽箱內(nèi)，供電電路提供屏蔽箱內(nèi)各電路的工作電源，電流傳感空心線圈輸出的感應(yīng)信號經(jīng)感應(yīng)信號預(yù)處理電路積分、移相、放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入電光轉(zhuǎn)換電路再轉(zhuǎn)換為光信號輸出，光信號經(jīng)傳輸光纖耦合輸入到光電轉(zhuǎn)換電路再轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)串并轉(zhuǎn)換電路接入計算機(jī)接口電路輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源光電電流互感器，其特征在于所述的電流傳感空心線圈包括環(huán)形的非磁性支撐骨架和電磁導(dǎo)線繞成的信號感應(yīng)線圈，信號感應(yīng)線圈繞設(shè)于非磁性支撐骨架上，信號感應(yīng)線圈和支撐骨架構(gòu)成感應(yīng)體，所述感應(yīng)體上依次設(shè)有絕緣內(nèi)層、電磁屏蔽層和絕緣外層；所述信號感應(yīng)線圈的兩端頭伸出絕緣外層作為連接所述電流感應(yīng)信號預(yù)處理電路的接口端子；所述的絕緣內(nèi)層和電磁屏蔽層之間繞設(shè)有校驗線圈，校驗線圈的兩端頭伸出絕緣外層作為外接校驗電路的接口端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源光電電流互感器，其特征在于所述的傳輸光纖上設(shè)有硅橡膠絕緣子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源光電電流互感器，其特征在于所述的供電電路由半導(dǎo)體激光器和光電變換器組成，半導(dǎo)體激光器經(jīng)所述的傳輸光纖耦合輸入光電變換器輸出直流工作電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源光電電流互感器，其特征在于所述的供電電路為置于所測電力線上的電源互感器。
專利摘要本實用新型公開了一種有源光電電流互感器，包括電流傳感空心線圈、感應(yīng)信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電光轉(zhuǎn)換電路、供電電路、傳輸光纖、光電轉(zhuǎn)換電路、串并轉(zhuǎn)換電路和計算機(jī)接口電路，電流傳感空心線圈輸出的感應(yīng)信號經(jīng)感應(yīng)信號預(yù)處理電路積分、移相、放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入電光轉(zhuǎn)換電路再轉(zhuǎn)換為光信號輸出，光信號經(jīng)傳輸光纖耦合輸入到光電轉(zhuǎn)換電路再轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)串并轉(zhuǎn)換電路接入計算機(jī)接口電路輸出。本實用新型測量精度高，且能滿足電力系統(tǒng)智能化和網(wǎng)絡(luò)化管理的需要。
文檔編號H01F38/28GK2612042SQ0322415
公開日2004年4月14日 申請日期2003年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月11日
發(fā)明者葉妙元, 楊先明, 徐雁, 葉繼紅, 朱明鈞 申請人:廣州市偉鈺光電科技有限公司, 華中科技大學(xué)