專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源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電互感器。
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(lái)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(wú)法克服的缺點(diǎn)，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足電力系統(tǒng)的發(fā)展要求。開(kāi)發(fā)線(xiàn)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，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(wú)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(xiàn)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(wú)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(wú)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(guò)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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 一種無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器，可通過(guò)高頻電磁感應(yīng)諧振傳能實(shí)現(xiàn)對(duì)有源光電電流互感器或者其它高壓在線(xiàn)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)的一種無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器，包括一個(gè)電流光電測(cè)量系統(tǒng)，該電流光電測(cè)量系統(tǒng)由一個(gè)高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊、光纖和電流數(shù)據(jù)二次處理模塊構(gòu)成，其中，高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊置于高電壓側(cè)，利用低功率電流互感器或 (Rogowski)線(xiàn)圈通過(guò)電磁感應(yīng)對(duì)一次電流母線(xiàn)的高壓電流進(jìn)行測(cè)量，并把測(cè)量得到的電流信息轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，經(jīng)光纖把電流信息傳送到低電壓側(cè)的電流數(shù)據(jù)二次處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)二次處理；其特征在于，所述有源光電電流互感器還包括一個(gè)高頻感應(yīng)傳能絕緣子、一個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)電源和一個(gè)AC/DC電源變換器，該高頻感應(yīng)傳能絕緣子通過(guò)無(wú)線(xiàn)高頻電磁感應(yīng)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電壓側(cè)感應(yīng)傳送到高電壓側(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，所述的高頻感應(yīng)傳能絕緣子由復(fù)合空心絕緣子制成,在復(fù)合空心絕緣子的周邊或傘群中等距離的繞制有電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L，其中，復(fù)合空心絕緣子中最下方的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈兩端連接低電壓側(cè)的高頻驅(qū)動(dòng)電源；復(fù)合空心絕緣子中最上方的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈兩端連接高電壓側(cè)的AC/DC電源變換器；復(fù)合空心絕緣子中的其它電磁感應(yīng)線(xiàn)圈兩端均連接有相同的電容器C。所述的高頻驅(qū)動(dòng)電源包括一個(gè)AC-DC變換電路，該AC-DC變換電路輸出與一個(gè)高頻信號(hào)發(fā)生器、一個(gè)鎖相環(huán)頻率跟蹤器和一個(gè)功率放大器連接，高頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生高頻信號(hào)輸出連接功率放大器，經(jīng)過(guò)功率放大產(chǎn)生高頻功率電壓；功率放大器的輸出連接復(fù)合空心絕緣子中最下方低電壓側(cè)的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L兩端；鎖相環(huán)頻率跟蹤器采集功率放大器的輸出電壓和電流，動(dòng)態(tài)的判斷和跟蹤電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L和電容器C的電磁感應(yīng)諧振頻率，并調(diào)控高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)頻率動(dòng)態(tài)跟蹤和匹配。所述的AC/DC電源變換器包括一個(gè)與復(fù)合空心絕緣子中最上方的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L 兩端連接的高頻整流濾波電路，該高頻整流濾波電路把高頻交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，通過(guò)一個(gè)DC-DC變換器輸出穩(wěn)定的直流供電電源，向高電壓側(cè)的電流光電測(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。本發(fā)明的無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器，能實(shí)現(xiàn)從低電壓側(cè)依絕緣的方式向有源光電電流互感器中的電流光電測(cè)量系統(tǒng)高壓側(cè)的用電模塊供電。利用無(wú)線(xiàn)電磁感應(yīng)諧振把特定頻率的高頻電能通過(guò)高頻感應(yīng)傳能絕緣子從低壓側(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。這樣一來(lái)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)的交直流高壓絕緣能力強(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。利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量高壓電流，并把電流信息轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，通過(guò)光纖通信把電流信息傳送給低電壓側(cè)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電流的測(cè)量。電流測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定可靠。能滿(mǎn)足電力系統(tǒng)對(duì)有源光電電流互感器長(zhǎng)期連續(xù)工作的可靠性、穩(wěn)定性要求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)I)無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器的高壓供電系統(tǒng)不受一次電流大小的限制，無(wú)“供電死區(qū)”，也不怕短路大電流的沖擊，供電能量十分穩(wěn)定。2)無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器的高壓供電系統(tǒng)能提供比較大的供電能量，對(duì)電流光電測(cè)量系統(tǒng)和光電傳輸系統(tǒng)的節(jié)能要求低，能提高有源光電電流互感器的抗干擾能力。3)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器的性能十分穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉，能滿(mǎn)足電力系統(tǒng)對(duì)安全和使用壽命的要求。


圖I為本發(fā)明無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中7、一次電流母線(xiàn)；8、光纖；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)施例方式下面結(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(shuō)明。參考圖I，一種無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器，包括一個(gè)高頻感應(yīng)傳能絕緣子、 一個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)電源3、一個(gè)AC/DC電源變換器4和一個(gè)電流光電測(cè)量系統(tǒng)。高頻感應(yīng)傳能絕緣子包括復(fù)合空心絕緣子I、等距離繞制在復(fù)合空心絕緣子I周邊或傘群中的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L及電容C。其中，復(fù)合空心絕緣子中最下方的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈兩端連接低壓側(cè)的高頻驅(qū)動(dòng)電源3的輸出；復(fù)合空心絕緣子中最上方的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈兩端連接高電壓側(cè)的AC/DC電源變換器4的輸 A ;復(fù)合空心絕緣子中其它的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈兩端均連接相同的電容器C。高頻驅(qū)動(dòng)電源3產(chǎn)生的高頻電能通過(guò)高頻感應(yīng)傳能絕緣子I從低電壓側(cè)傳輸?shù)礁邏簜?cè)，再由AC/DC電源變換器4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5供電。電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L和連接在其兩端的電容器C對(duì)高頻驅(qū)動(dòng)電源3的頻率產(chǎn)生電磁感應(yīng)諧振，電磁感應(yīng)線(xiàn)圈的感抗、電容器的容抗和高頻驅(qū)動(dòng)電源3的輸出阻抗等要達(dá)到阻抗匹配，該高頻感應(yīng)傳能絕緣子通過(guò)無(wú)線(xiàn)高頻電磁感應(yīng)諧振能把特定頻率(1MHZ-10MHZ)的高頻交流電能從低電壓側(cè)感應(yīng)傳送到高電壓側(cè)，而且具有很好的交直流高壓絕緣能力。電流光電測(cè)量系統(tǒng)由一個(gè)高壓電流測(cè)量及數(shù)據(jù)光電傳輸模塊5,光纖8和低電壓側(cè)的電流數(shù)據(jù)二次處理模塊6組成，高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊5利用低功率電流互感器或(Rogowski)線(xiàn)圈通過(guò)電磁感應(yīng)對(duì)一次電流母線(xiàn)7中的高壓電流進(jìn)行測(cè)量，并把測(cè)量得到的電流信息轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，經(jīng)光纖8把電流信息傳送到低電壓側(cè)的電流數(shù)據(jù)二次處理模塊6進(jìn)行數(shù)據(jù)二次處理，獲得電流測(cè)量的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電流的測(cè)量。如圖2所示，高頻驅(qū)動(dòng)電源3包括一個(gè)AC-DC變換電路、一個(gè)高頻信號(hào)發(fā)生器、一個(gè)鎖相環(huán)頻率跟蹤器、一個(gè)功率放大器。AC-DC變換電路把50HZ交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能， AC-DC變換電路輸出連接高頻信號(hào)發(fā)生器、鎖相環(huán)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；高頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生高頻信號(hào)輸出連接功率放大器，進(jìn)行功率放大產(chǎn)生高頻功率電壓；功率放大器的輸出連接在高頻感應(yīng)傳能絕緣子中最下方的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L兩端，驅(qū)動(dòng)高頻感應(yīng)傳能絕緣子產(chǎn)生高頻電磁感應(yīng)諧振；鎖相環(huán)頻率跟蹤器采集功率放大器的輸出電壓和電流，根據(jù)電壓和電流的相位判斷，動(dòng)態(tài)的跟蹤高頻感應(yīng)傳能絕緣子中的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L和電容器C的電磁諧振頻率變化，并調(diào)控高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)頻率動(dòng)態(tài)跟蹤和匹配。如圖3所示，所述的AC/DC電源變換器4包括一個(gè)與高頻感應(yīng)傳能絕緣子中最上方的電磁線(xiàn)圈兩端連接的高頻整流濾波電路和一個(gè)DC-DC變換器；高頻整流濾波電路把從高頻感應(yīng)傳能絕緣子中的高電壓側(cè)的電磁線(xiàn)圈兩端獲得的高頻電能轉(zhuǎn)換成直流電能，高頻整流濾波電路的輸出連接一個(gè)DC-DC變換器，再通過(guò)DC-DC變換器進(jìn)行穩(wěn)壓變換輸出穩(wěn)定的直流供電電源，向光電互感器高壓側(cè)的電流光電測(cè)量系統(tǒng)中的高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊提供直流供電。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器，包括一個(gè)電流光電測(cè)量系統(tǒng)，該電流光電測(cè)量系統(tǒng)由一個(gè)高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊、光纖和電流數(shù)據(jù)二次處理模塊構(gòu)成， 其中，高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊置于高電壓側(cè)，通過(guò)電磁感應(yīng)對(duì)一次電流母線(xiàn)的高壓電流進(jìn)行測(cè)量，并把電流信息轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，經(jīng)光纖把電流信息傳送到低電壓側(cè)的電流數(shù)據(jù)二次處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)二次處理；其特征在于，所述有源光電電流互感器還包括一個(gè)高頻感應(yīng)傳能絕緣子、一個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)電源和一個(gè)AC/DC電源變換器，該高頻感應(yīng)傳能絕緣子通過(guò)無(wú)線(xiàn)高頻電磁感應(yīng)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電壓側(cè)感應(yīng)傳送到高電壓側(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所述的無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器，其特征在于，所述的高頻感應(yīng)傳能絕緣子由復(fù)合空心絕緣子制成，在復(fù)合空心絕緣子的周邊或大小傘群中等距離的繞制有電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L，其中，復(fù)合空心絕緣子中最下方的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈兩端連接低電壓側(cè)的高頻驅(qū)動(dòng)電源；復(fù)合空心絕緣子中最上方的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈兩端連接高電壓側(cè)的AC/DC 電源變換器；復(fù)合空心絕緣子中的其它電磁感應(yīng)線(xiàn)圈兩端均連接有電容器C。
3.如權(quán)利要求2所述的無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器，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，該AC-DC變換電路輸出與一個(gè)高頻信號(hào)發(fā)生器、一個(gè)鎖相環(huán)頻率跟蹤器和一個(gè)功率放大器連接，高頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生高頻信號(hào)輸出連接功率放大器，經(jīng)過(guò)功率放大產(chǎn)生高頻功率電壓；功率放大器的輸出連接復(fù)合空心絕緣子中最下方的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L兩端；鎖相環(huán)頻率跟蹤器采集功率放大器的輸出電壓和電流，動(dòng)態(tài)的判斷和跟蹤電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L和電容器C的電磁感應(yīng)諧振頻率，并調(diào)控高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)頻率動(dòng)態(tài)跟蹤和匹配。
4.如權(quán)利要求2所述的無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器，其特征在于，所述的AC/ DC電源變換器包括一個(gè)與復(fù)合空心絕緣子中最上方的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈L兩端連接的高頻整流濾波電路，該高頻整流濾波電路把高頻交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，通過(guò)一個(gè)DC-DC變換器輸出穩(wěn)定的直流供電電源，向高電壓側(cè)的電流光電測(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。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線(xiàn)感應(yīng)供電的有源光電電流互感器，包括一個(gè)電流光電測(cè)量系統(tǒng)，該電流光電測(cè)量系統(tǒng)由一個(gè)高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊、光纖和電流數(shù)據(jù)二次處理模塊構(gòu)成，高壓電流測(cè)量數(shù)據(jù)光電傳輸模塊通過(guò)電磁感應(yīng)對(duì)一次母線(xiàn)的高壓電流進(jìn)行測(cè)量，并把電流信息轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，經(jīng)光纖把電流信息傳送到低電壓側(cè)的電流數(shù)據(jù)二次處理模塊，其特征在于，所述有源光電電流互感器還包括一個(gè)高頻感應(yīng)傳能絕緣子，該高頻感應(yīng)傳能絕緣子通過(guò)無(wú)線(xiàn)高頻電磁感應(yīng)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電壓側(cè)感應(yīng)傳送到高電壓側(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)H02J7/02GK102590576SQ20121004100
公開(kāi)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)