專利名稱：電子式電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電流互感器，特別是一種適合于電力系統(tǒng)電網(wǎng)中的電流測量、繼電保護(hù)、自動控制和電氣設(shè)備早期故障在線監(jiān)測的電子式電流互感器。
背景技術(shù)：
目前，在電力系統(tǒng)電網(wǎng)中用于電流測量和繼電保護(hù)的電流互感器主要是基于電磁感應(yīng)式的原理，通過一次線圈串聯(lián)在電力線路中獲取電流信號，二次繞組外部回路接有測量儀器或繼電保護(hù)及自動控制裝置，完成電流測量和設(shè)備保護(hù)、自動控制的功能。在電磁感應(yīng)式電流互感器的鐵芯上繞有一、二次繞組，靠一、二次繞組之間的電磁耦合，將電流信號從一次側(cè)傳到二次側(cè)。為了保證所有的低壓設(shè)備與高電壓的絕緣隔離。在鐵芯與繞組間，以及一、二次繞組之間要有足夠的耐電強(qiáng)度絕緣結(jié)構(gòu)。隨著電網(wǎng)中傳輸容量的增加，電壓等級的提高，電磁感應(yīng)式電流互感器的絕緣結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，體積和重量加大，產(chǎn)品的造價也越來越高。
電磁感應(yīng)式電流互感器由于鐵芯的存在，其電流測量具有非線性特點(diǎn)，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，大幅值的短路電流使電磁感應(yīng)電流互感器的鐵芯飽和，輸出的二次電流信號嚴(yán)重畸變，常常造成保護(hù)拒動，使電力系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重事故。
目前，在電力系統(tǒng)電網(wǎng)中電磁感應(yīng)式互感器得到了充分的應(yīng)用，電磁感應(yīng)式電流互感器主要以干式、油浸式和氣體絕緣等多種結(jié)構(gòu)形式來適應(yīng)電力建設(shè)的發(fā)展需求。但是，隨著電網(wǎng)傳輸容量的不斷增長，電網(wǎng)電壓等級的不斷提高以及繼電保護(hù)要求的不斷完善，一般的電磁感應(yīng)式電流互感器已逐漸暴露出與之不相適應(yīng)的弱點(diǎn)，其固有的體積大、磁飽和、鐵磁諧振、動態(tài)范圍小，使用頻帶窄等弱點(diǎn)，難以滿足新一代電力系統(tǒng)自動化、電力數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要。
另外電磁感應(yīng)式互感器一般采用油、紙絕緣結(jié)構(gòu)的辦法來解決絕緣問題，不可避免地存在易燃、易爆等危險。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有電磁感應(yīng)式互感器存在的諸多不足之處，本實用新型的目的是提供一種適合予電力系統(tǒng)電網(wǎng)中的電流測量、繼電保護(hù)、自動控制和電氣設(shè)備早期故障在線監(jiān)測的電子式電流互感器。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是電子式電流互感器，其特征在于包括電流傳感器、復(fù)合絕緣子和光纜傳輸接頭，光纜傳輸接頭和電流傳感器分別與復(fù)合絕緣子的上、下端連接；在電流傳感器上設(shè)有一個用于電力傳輸母線穿過的電流取樣孔，并在電流傳感器內(nèi)設(shè)有一個由強(qiáng)磁致伸縮非晶合金片和壓電陶瓷構(gòu)成電流磁場傳感頭和光電轉(zhuǎn)換器件和電光轉(zhuǎn)換器件；電流磁場傳感頭靠近電流取樣孔；光電轉(zhuǎn)換器件和電光轉(zhuǎn)換器件的光信號的傳輸光纜穿過電流傳感器、復(fù)合絕緣子與光纜傳輸接頭連接。
為了將電子式電流互感器懸掛在電力傳輸線的絕緣子鐵架上，在復(fù)合絕緣子的上端固定有一個掛鉤。
為了防止雨水從光纜傳輸接頭通過復(fù)合絕緣子灌入到電流傳感器內(nèi)，在復(fù)合絕緣子的上端固定有一個彎曲部分向下的光纜引出空心彎頭，光纜傳輸接頭與這個光纜引出空心彎頭連接。
所述電流傳感器包括上、下蓋和底座；下蓋固定安裝在底座上，上蓋安裝在下蓋的一個側(cè)面；在下蓋的上部設(shè)有一個與復(fù)合絕緣子連接的空心螺紋連接頭，下蓋內(nèi)設(shè)有一個空腔，一個由強(qiáng)磁致伸縮非晶合金片和壓電陶瓷構(gòu)成電流磁場傳感頭和光電轉(zhuǎn)換器件和電光轉(zhuǎn)換器件安裝在空腔內(nèi)；電流取樣孔貫穿底座。
本實用新型的工作原理是電流傳感器采用的是電流磁場傳感頭，在電網(wǎng)中的高電位電力傳輸線上，電流磁場傳感頭與電力傳輸母線緊密結(jié)合，磁性傳感頭將流過電力傳輸母線的電流所產(chǎn)生的線性磁場轉(zhuǎn)變成電壓信號，該電壓信號為模擬量，用電光轉(zhuǎn)換(LED)器件將此模擬電信號變?yōu)槟M光信號，然后通過復(fù)合絕緣子的光纖將光信號送到地電位側(cè)。在地電位側(cè)，由光電轉(zhuǎn)換器件(PIN)將模擬光信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號輸出，同時模擬電信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出，用戶可根據(jù)需求，選取模擬信號或者數(shù)字信號的輸出量，供電能計量、繼電保護(hù)、自動控制、電氣設(shè)備早期故障在線監(jiān)測之用。工作原理流程圖參見圖1。
本實用新型的電流傳感器中的電光轉(zhuǎn)換器件是將模擬電信號直接轉(zhuǎn)換為模擬光信號，因此需要的電能很少(不超過1瓦)，通常采用激光供電方式，激光源將電能從地電位側(cè)通過光纖送到高電位側(cè)，再由光電轉(zhuǎn)換器件將光能轉(zhuǎn)換成為電能，經(jīng)過電源穩(wěn)定電路后，向電光轉(zhuǎn)換器件供電。這種供電方式的優(yōu)點(diǎn)是向電光轉(zhuǎn)換器件提供的電源比較穩(wěn)定，而且也不易受到外界雜散光源的影響。
本實用新型與傳統(tǒng)電磁感應(yīng)式電流互感器相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)優(yōu)良的絕緣性能和便宜的價格電磁感應(yīng)式電流互感器的高壓母線與二次線圈之間通過鐵芯耦合，它們之間的絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其造價隨電壓等級呈指數(shù)關(guān)系上升。本實用新型所用材料為強(qiáng)磁致伸縮非晶合金片、壓電陶瓷、光纖等絕緣材料來傳輸信息，所以絕緣結(jié)構(gòu)簡單，其造價一般不隨電壓等級升高而呈線性增加。
(2)不含鐵芯，消除了磁飽和和鐵磁諧振等問題電磁感應(yīng)式電流互感器由于使用了鐵芯，不可避免地存在磁飽和及鐵磁共振和磁滯效應(yīng)等問題。本實用新型不存在這方面的問題。
(3)抗電磁干擾性能好，低壓邊無開路高壓危險電磁感應(yīng)式電流互感器二次回路不能開路，低壓邊存在開路危險。由于本實用新型的高壓邊與低壓邊之間只存在光纖聯(lián)系，而光纖具有良好的絕緣性能，可保證高壓回路與二次回路在電氣上完全隔離，低壓邊無開路高壓危險，免除電磁干擾。
(4)動態(tài)范圍大，測量精度高電網(wǎng)正常運(yùn)行時，電流互感器流過的電流并不大，但短路電流一般很大，而且隨著電網(wǎng)容量的增加，短路電流越來越大。電磁感應(yīng)式電流互感器因存在磁飽和問題，難以實現(xiàn)大范圍測量，不能同時滿足高精度計量和繼電保護(hù)的需要。本實用新型有很寬的動態(tài)范圍，額定電流可測到幾十安培至幾萬安培，過電流范圍可達(dá)幾十萬安培。
(5)頻率響應(yīng)范圍寬本實用新型的頻率響應(yīng)取決于電流傳感器強(qiáng)磁致伸縮非晶合金片對磁場的響應(yīng)時間，以及電光轉(zhuǎn)換器件對模擬光信號的渡越時間，通過多次試驗證明本實用新型可以用來測量高壓電力線上的雷擊高頻大電流、斷路器操作高頻大電流、突發(fā)短路高頻大電流的暫態(tài)波形(頻率帶寬為10Hz-10MHz)和暫態(tài)電流峰值，而電磁感應(yīng)式電流互感器是難以進(jìn)行這方面的工作的。
(6)沒有因存油而產(chǎn)生的易燃、易爆等危險電磁感應(yīng)式電流互感器一般采用油紙絕緣結(jié)構(gòu)的辦法來解決絕緣問題，不可避免地存在易燃、易爆等危險。而本實用新型的絕緣結(jié)構(gòu)簡單，不采用油紙絕緣，在結(jié)構(gòu)上避免這方面的危險。
(7)體積小、重量輕、節(jié)約空間本實用新型的總重量約為15kg，采用懸掛安裝方式，直接將產(chǎn)品懸掛在電力傳輸線的絕緣子鐵架上，不需要占用地面的位置。電力傳輸母線直接從電流傳感器的電流取樣孔中穿過，減免了電流互感器的連接頭與電力傳輸母線的安裝工作量，給產(chǎn)品的運(yùn)輸和安裝帶來了很大的方便。
(8)適應(yīng)了電力計量和保護(hù)數(shù)字化、微機(jī)化和自動化的發(fā)展。
本實用新型不但具有電磁感應(yīng)式電流互感器的全部功能，而且還具有電網(wǎng)中電氣設(shè)備早期故障在線監(jiān)測的功能。
1、電力變壓器在線監(jiān)測功能電力變壓器是電網(wǎng)中的主要電氣設(shè)備，發(fā)電機(jī)通過它實現(xiàn)電力能源的遠(yuǎn)距離傳輸，因此對電力變壓器設(shè)備絕緣性能的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測就極為重要。人們?yōu)榱肆私怆娏ψ儔浩髟O(shè)備運(yùn)行時絕緣狀態(tài)，通過在線檢測各種數(shù)據(jù)實時反映變壓器設(shè)備絕緣性能的優(yōu)劣。
本實用新型電子式電流互感器能夠為電力變壓器設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)提供一種全新的檢測方法。
參見圖6、圖7，電子式電流互感器能夠為電力變壓器設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)提供一種全新的檢測方法。
圖6中，C1-線圈縱向電容，C2-線圈對地電容，C3-電容式套管對地電容。
從圖6中可以看出，線圈對地電容、電容式套管對地電容是可以測量出來的，而線圈縱向電容是測量不出來的，它的大小取決于線圈匝間、餅間絕緣性能和匝間電壓的變化。
由于本實施方式的電子式電流互感器可以測量出高壓電力線上的雷擊高頻大電流、斷路器操作高頻大電流、突發(fā)短路高頻大電流的暫態(tài)波形和暫態(tài)電流峰值，因此我們可以在高頻、高壓條件下測量線圈縱向電容，根據(jù)線圈縱向電容的變化分析電力變壓器設(shè)備絕緣性能的狀態(tài)。
電力變壓器在運(yùn)行時所承受雷擊電流、開關(guān)操作電流、突發(fā)短路電流的沖擊暫態(tài)過程中，電力變壓器的等值電路圖可以等效為一個電容電路(當(dāng)頻率為100KHz-1MHz的電流沖擊波作用變壓器線圈時，線圈電感支路相當(dāng)于斷路狀態(tài))。如圖7所示，分析以上電路，可求出線圈縱向電容C縱與電流I1、I2的關(guān)系公式(C縱+C地+C套)/C縱＝I1/I2C地、C套的電容值可采用離線的方式測量，而C縱是無法測量的。采用本實用新型電子式電流互感器測量暫態(tài)過程中流進(jìn)電力變壓器高壓套管的高頻、高壓大電流I1和流出電力變壓器中性點(diǎn)套管的高頻、高壓大電流I2的峰值，根據(jù)上述公式，就能夠計算出線圈縱向電容C縱。
檢測暫態(tài)過程中的線圈縱向電容C縱，實現(xiàn)在線監(jiān)測電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)的功能。
2、避雷器在線監(jiān)測功能避雷器主要用于限制電力變壓器設(shè)備上的過電壓，在避雷器發(fā)生動作時，避雷器將產(chǎn)生殘壓，該殘壓通過電力傳輸母線作用在變壓器高壓套管端子上，通常該殘壓為電力變壓器設(shè)備1.6-2.2倍額定工作電壓。采用本實用新型電子式電流互感器用來測量過電壓作用變壓器高壓套管端子的瞬態(tài)電流，計算避雷器殘壓U殘。
U殘＝I1/2лf(C縱+C地+C套)檢測避雷器動作時的殘壓，實現(xiàn)在線監(jiān)測避雷器運(yùn)行狀態(tài)的功能。
3、斷路器在線監(jiān)測功能斷路器主要用于合、分電力變壓器設(shè)備的工作電流，當(dāng)斷路器切換時，斷路器的燃弧時間是判斷斷路器工作狀態(tài)的一個很重要的指標(biāo)。采用本實用新型電子式電流互感器用來測量斷路器的燃弧時間t燃，檢測斷路器動作時的燃弧時間t燃，實現(xiàn)在線監(jiān)測斷路器運(yùn)行狀態(tài)的功能。
隨著計算機(jī)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，電力計量與繼電保護(hù)已日益實現(xiàn)自動化、微機(jī)化。電磁感應(yīng)式電流互感器的5A或1A輸出規(guī)范必需采用A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)才能與計算機(jī)接口，而本實用新型輸出的就是數(shù)字信號，計算機(jī)可直接使用，避免中間環(huán)節(jié)。
由于本實用新型采用了近年發(fā)展起來的磁性傳感、電光轉(zhuǎn)換、光纖通訊、激光供電和計算機(jī)虛擬儀器等最新技術(shù)，因此具有較強(qiáng)的生命力和較高的技術(shù)含量，能夠有效地替代傳統(tǒng)產(chǎn)品并擴(kuò)展傳統(tǒng)產(chǎn)品的用途，滿足電力工業(yè)高速發(fā)展的需求。


圖1是本實用新型工作原理的流程圖；圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的左視圖；圖4是本實用新型所述電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4的A-A剖視圖；圖6是電力變壓器等值電路圖；圖7是暫態(tài)過程中的電力變壓器等值電路圖。
具體實施方式
參見圖2、圖3，電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)是包括電流傳感器1、復(fù)合絕緣子2和光纜傳輸接頭3及彎曲部分向下的光纜引出空心彎頭4，光纜引出空心彎頭4和電流傳感器1分別采用螺紋連接的方式與復(fù)合絕緣子2的上、下端連接；光纜傳輸接頭3與光纜引出空心彎頭4連接；在電流傳感器1上設(shè)有一個用于電力傳輸母線穿過的電流取樣孔5，在復(fù)合絕緣子2的上端采用螺紋連接的方式設(shè)有一個掛鉤6。
參見圖4、圖5，電流傳感器1包括上、下蓋7、8和底座9；下蓋8通過螺栓固定安裝在底座9上，布線時可以將螺栓擰松，取下底座9。上蓋7也通過螺栓安裝在下蓋8的一個側(cè)面；在下蓋8的上部設(shè)有一個與復(fù)合絕緣子2連接的空心螺紋連接頭10，下蓋8內(nèi)設(shè)有一個空腔11，空腔11內(nèi)裝有一個由強(qiáng)磁致伸縮非晶合金片12和壓電陶瓷13構(gòu)成電流磁場傳感頭14和光電轉(zhuǎn)換器件15和電光轉(zhuǎn)換器件16；電流取樣孔5貫穿底座9。電流磁場傳感頭13的強(qiáng)磁致伸縮非晶合金片21靠近電流取樣孔5；光電轉(zhuǎn)換器件15和電光轉(zhuǎn)換器件16的光信號的傳輸光纜17穿過電流傳感器1、復(fù)合絕緣子2及光纜引出空心彎頭4與光纜傳輸接頭3連接。
權(quán)利要求1.電子式電流互感器，其特征在于包括電流傳感器(1)、復(fù)合絕緣子(2)和光纜傳輸接頭(3)，光纜傳輸接頭(3)和電流傳感器(1)分別與復(fù)合絕緣子(2)的上、下端連接；在電流傳感器(1)上設(shè)有一個用于電力傳輸母線穿過的電流取樣孔(5)，并在電流傳感器(1)內(nèi)設(shè)有一個由強(qiáng)磁致伸縮非晶合金片(12)和壓電陶瓷(13)構(gòu)成電流磁場傳感頭(14)和光電轉(zhuǎn)換器件(15)和電光轉(zhuǎn)換器件(16)；電流磁場傳感頭(14)靠近電流取樣孔(5)；光電轉(zhuǎn)換器件(15)和電光轉(zhuǎn)換器件(16)的光信號的傳輸光纜(17)穿過電流傳感器(1)、復(fù)合絕緣子(2)與光纜傳輸接頭(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電流互感器，其特征在于在復(fù)合絕緣子(2)的上端設(shè)有一個掛鉤(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子式電流互感器，其特征在于在復(fù)合絕緣子(2)的上端固定有一個彎曲部分向下的光纜引出空心彎頭(4)，光纜傳輸接頭(3)與這個光纜引出空心彎頭(4)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電流互感器，其特征在于所述電流傳感器(1)包括上、下蓋(7、8)和底座(9)；下蓋(8)固定安裝在底座(9)上，上蓋(7)安裝在下蓋(8)的一個側(cè)面；在下蓋(8)的上部設(shè)有一個與復(fù)合絕緣子(2)連接的空心螺紋連接頭(10)，下蓋(8)內(nèi)設(shè)有一個空腔(11)，一個由強(qiáng)磁致伸縮非晶合金片(12)和壓電陶瓷(13)構(gòu)成電流磁場傳感頭(14)和光電轉(zhuǎn)換器件(15)和電光轉(zhuǎn)換器件(16)安裝在空腔(11)內(nèi)；電流取樣孔(5)貫穿底座(9)。
專利摘要電子式電流互感器，其包括電流傳感器、復(fù)合絕緣子和光纜傳輸接頭，光纜傳輸接頭和電流傳感器分別與復(fù)合絕緣子的上、下端連接；在電流傳感器上設(shè)有一個用于電力傳輸母線穿過的電流取樣孔，并在電流傳感器內(nèi)設(shè)有一個由強(qiáng)磁致伸縮非晶合金片和壓電陶瓷構(gòu)成電流磁場傳感頭和光電轉(zhuǎn)換器件和電光轉(zhuǎn)換器件；電流磁場傳感頭靠近電流取樣孔在光纜傳輸接頭上設(shè)有一個掛鉤；光電轉(zhuǎn)換器件和電光轉(zhuǎn)換器件的光信號的傳輸光纜穿過電流傳感器、復(fù)合絕緣子與光纜傳輸接頭連接。本實用新型不但具有電磁感應(yīng)式電流互感器的全部功能，而且還具有電網(wǎng)中電氣設(shè)備早期故障在線監(jiān)測的功能。能夠有效地替代傳統(tǒng)產(chǎn)品并擴(kuò)展傳統(tǒng)產(chǎn)品的用途，滿足電力工業(yè)高速發(fā)展的需求。
文檔編號H01F38/28GK2718749SQ20042003589
公開日2005年8月17日 申請日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者歐陽南尼, 向渝 申請人:歐陽南尼, 向渝