專利名稱：一種一體化電子式互感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種一體化電子式互感器裝置，屬于電子式互感器技術(shù)領(lǐng)域，是一種把數(shù)據(jù)合并單元同電流、電壓信號采集轉(zhuǎn)換單元、通信單元、工作電源、備用電源都集中布置在一體式電子互感器的一個指定相的高電位端的裝置，其二次輸出為符合IEC61850規(guī)約的數(shù)字信號。
背景技術(shù)：
目前在工程上常用的對電壓和電流信號進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換的方法有很多種。主要的有以下三種類型第一種，用各自獨立的傳統(tǒng)的電磁式電流互感器、電壓互感器將高電壓、大電流降低成為通用的低電壓、小電流(例如額定電流5安或1A、額定電壓100伏)，然后用設(shè)置在低壓端的信號轉(zhuǎn)換裝置將低電壓和小電流的模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號。這種技術(shù)的·優(yōu)點在于它是一種成熟的技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。它的缺點主要有電磁式電流互感器和電壓互感器存在體積大、占用空間大，耗費材料，特別是耗費大量的金屬材料的問題，不符合當(dāng)前國際國內(nèi)節(jié)能降耗的要求。第二，信號采集裝置設(shè)置在低電位，由于二次接線過長，使干擾信號對二次電流、二次電壓的小模擬量信號的影響很大，容易引入干擾，使繼電保護誤動和影響測量精度。第三，電磁式電壓互感器在某些運行方式下可能產(chǎn)生鐵磁諧振，從而誘發(fā)電力系統(tǒng)重大事故。第四，電磁式電流互感器由于通常使用硅鋼片作為鐵芯，在事故電流很大的情況下會發(fā)生磁飽和，使繼電保護裝置拒動。第五，電磁式電流互感器、電壓互感器絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其造價隨電壓等級的提高呈指數(shù)關(guān)系上升。為了克服上述缺點，近幾年開始推廣使用的電子式互感器新技術(shù)可以較好地解決上述問題。第二種，用非傳統(tǒng)的小信號輸出的電壓和電流互感器(被國際電工組織定義為電子式互感器的一種類型，其輸出為數(shù)十毫安電流和數(shù)伏電壓的小模擬量信號)替代傳統(tǒng)電磁型互感器，供就近安裝的繼電保護裝置或信號轉(zhuǎn)換裝置使用。這一類技術(shù)的特點是，信號采集轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理(合并打包)和通信都是在低壓側(cè)完成的。它的優(yōu)點在于電流、電壓互感器小型化，使體積減小和材料節(jié)省。同時由于它的輸出值很小，使得其后的信號采集轉(zhuǎn)換單元的可以直接使用其輸出值，而不用對模擬量進行二次轉(zhuǎn)換，簡化了信號采集轉(zhuǎn)換單元結(jié)構(gòu)。它的缺點在于，這種轉(zhuǎn)換技術(shù)在本質(zhì)上與傳統(tǒng)的技術(shù)原理是相似的，技術(shù)并沒有本質(zhì)的進步。其次，由于其二次輸出的模擬量很小，更容易受到干擾，只能就地轉(zhuǎn)換和使用，限制了使用范圍。第三種，按相把由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和計算機芯片構(gòu)成的信號采集轉(zhuǎn)換單元與非傳統(tǒng)的電流和/或電壓傳感器一同置于高電位端。在高壓側(cè)獲取單相的電壓和/或電流信號，A、B、C三相分別通過絕緣性能很好的光纖將高壓側(cè)采集轉(zhuǎn)換得到的電壓和電流的數(shù)字信號傳輸?shù)降蛪簜?cè)的合并單元，合并單元將收到的各相信號按IEC 61850規(guī)約打包傳送到數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)或者監(jiān)測儀表、控制裝置和繼電保護裝置。這是典型的電子式電壓互感器或電子式電流互感器。這種技術(shù)的主要特點是第一、電子式電壓互感器或電子式電流互感器的絕緣結(jié)構(gòu)大大簡化，體積小、重量輕，電壓等級越高其性價比優(yōu)勢越明顯。第二、電壓和電流信號的采集轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和通信都是在高壓側(cè)完成的。使用光纜而不是電纜作為信號傳輸工具，實現(xiàn)了高低壓的徹底隔離，不存在電磁式電壓互感器二次回路短路或電磁式電流互感器二次回路開路給設(shè)備和人身造成的危害，安全性和可靠性大大提高。第三、非常規(guī)互感器在原理上與傳統(tǒng)互感器有著本質(zhì)的區(qū)別，一般不用硅鋼片鐵芯做磁稱合。因此消除了磁飽和及鐵磁諧振現(xiàn)象，從而使互感器運行的暫態(tài)響應(yīng)好，動態(tài)范圍大，測量精度高，頻率響應(yīng)范圍寬。第四、輸出采用光纖，數(shù)據(jù)傳輸抗干擾能力強。沒有常規(guī)的銅芯二次導(dǎo)線，它可以使材料特別是金屬材料大量的節(jié)省。第五、這種技術(shù)可以使傳感器和采集處理單元完全融合，很容易進行整體誤差校驗。它的缺點在于第一、三相電壓和三相電流的信號是由分別在A、B、C三相的信號采集轉(zhuǎn)換單元單獨進行的，對信號同步采集的要求較高。第二、轉(zhuǎn)換后三相電壓和電流數(shù)字信號要分別用光纖傳送到指定位置的合并單元，進行數(shù)據(jù)打包后向網(wǎng)絡(luò)傳送，這會導(dǎo)致相間光纖通信通道的增加，使通信單元和合并單元的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加很多電光/光電轉(zhuǎn)換接口，功耗增加，技術(shù)實現(xiàn)難度較大。第三、除了增加生產(chǎn)制造成本外，這 種結(jié)構(gòu)還會增加高壓信號采集裝置的故障發(fā)生概率。這是一種近年來逐漸普及的新技術(shù)，尤其在IlOkV及以上電壓等級中經(jīng)濟技術(shù)優(yōu)勢明顯。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是解決上述技術(shù)問題，提供一種3_35kV —體化電子式互感器裝置，將電流信號采集部分、電壓信號采集部分直接傳送至一體式電子互感器某一相的高電位端，在該高電位端，將信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，由合并單元對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號按IEC 61850的規(guī)約要求進行合并打包，由通信單元通過光纖或者其它媒介將信號包傳送到低壓端(或其它高壓端)的測量儀表、儀器、繼電保護、控制裝置或者數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。本實用新型的技術(shù)方案本實用新型的一種一體化電子式互感器裝置包括電流信號米集部分、電壓信號米集部分、信號處理單兀、工作電源，在3-35kV三相交流電中確定一個指定相，其它兩相為非指定相；信號處理單元、工作電源直接集成在指定相的高壓電位端；電流信號采集部分包括三相電流傳感器La、Lb、Lc，三相電流傳感器La、Lb、Lc的一次側(cè)分別串接在三相高壓電流回路中，三相電流傳感器的二次線圈連接到指定相上的信號處理單元；電壓信號采集部分包括第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相之間，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2的低壓臂與指定相相連接，高壓臂與非指定相連接，分壓信號接入到指定相上的信號處理單元。所述相間分壓器使用非鐵磁型傳感器，如電容分壓器或電阻分壓器或阻容分壓器。所述的一體化電子式互感器裝置，每相電流傳感器有一個或兩個二次電流線圈，使用非鐵磁型線圈，如羅氏線圈和低功耗電流互感器(LPCT);指定相上的電流傳感器的一、二次側(cè)處在同一電位，非指定相上的電流傳感器的一、二次之間絕緣隔離，耐壓水平是按照相間電壓水平設(shè)計的。所述信號處理單元的工作電能由取能分壓器供給，取能分壓器包括第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4，第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4的分壓臂都連接到工作電源的輸入端，取能分壓器分別連接在兩個非指定相與指定相之間。所述的信號處理單元包括依次連接的信號采集轉(zhuǎn)換單元、中央處理器、合并單元、通信單元，信號處理單元工作在指定相的高電位點，以指定相高電位為基準，對電流和電壓信號進行同步采集，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號按照IEC 61850的規(guī)約打包，由通信單元使用光纖或其它媒介發(fā)送。所述的一體化電子式互感器裝置，在指定相的高電位點設(shè)有鋰電池和/或超級電容器作為備用電源。所述的一體化電子式互感器裝置，將信號處理單元、工作電源、備用電源用金屬盒進行電磁屏蔽。所述的一體化電子式互感器裝置，將電流信號采集部分、電壓信號采集部分、信號 處理單元、工作電源及其連接導(dǎo)線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成一個一體化的電子式互感器裝置。所述的一體化電子式互感器裝置，將電流信號采集部分、電壓信號采集部分、取能分壓器、信號處理單元、工作電源及其連接導(dǎo)線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成一個一體化的電子式互感器裝置。所述的一體化電子式互感器裝置，將將信號處理單元、工作電源、備用電源用金屬盒進行電磁屏蔽，將電流信號采集部分、電壓信號采集部分、取能分壓器、金屬屏蔽盒及其連接導(dǎo)線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成一個一體化的電子式互感器裝置。本實用新型的優(yōu)點本實用新型與現(xiàn)有的電子式互感器技術(shù)相比較具有以下創(chuàng)新
占-
^ \\\ ·I、把合并單元同信號采集轉(zhuǎn)換單元、通信單元、工作電源、備用電源直接集成一個指定相(例如B相)的高電位點；非指定相(例如A相和C相)的電流傳感器二次電流傳送到指定相(例如B相)的高電位，這為本實用新型的方案設(shè)計奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。2、在指定相的高電位上實現(xiàn)對三相計量電流信號、三相保護電流信號、三個相間電壓信號的同步采集、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號按IEC 61850規(guī)約的要求進行合并打包，通過光纖(或其它媒介)傳輸?shù)降蛪憾嘶蚱渌邏憾说臄?shù)據(jù)使用裝置或數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。3、簡化了信號處理單元(包括信號采集轉(zhuǎn)換單元、中央處理器、合并單元和通信單元)的硬件和軟件設(shè)計。省掉許多電光/光電轉(zhuǎn)換接口電路，使電子電路的結(jié)構(gòu)更簡單，功耗更小，運行更穩(wěn)定。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下優(yōu)勢I、本實用新型的結(jié)構(gòu)更簡單、裝置體積更小、占用空間更小。2、本實用新型可以安裝在不能提供低壓工作電源的戶外桿塔上、環(huán)網(wǎng)柜或者廂式變壓器中，滿足特殊條件下的運行要求。3、本實用新型節(jié)省材料，降低電子式互感器的總體生產(chǎn)成本。4、本實用新型更容易通過各種高低壓型式試驗。5、本實用新型的電流、電壓互感器三相電流、電壓各信號之間的同步誤差更小，準確度更高。
圖I是本實用新型一體化電子式互感器裝置的原理框圖。
具體實施方式
本實用新型把信號處理單元直接設(shè)置在3_35kV的一個指定相的高壓端，其二次輸出為符合IEC 61850規(guī)約的數(shù)字信號。不同于現(xiàn)有的在三相各設(shè)置一個信號采集轉(zhuǎn)換單元，在低壓側(cè)設(shè)置合并單元的構(gòu)造方法。本實用新型包括電流信號采集部分、電壓信號采集部分、信號處理單元、工作電源，在3-35kV三相交流電中確定一個指定相，其它兩相為非指定相；信號處理單元、工作電源直接集成在指定相的高壓電位端；電流信號采集部分包括三相 電流傳感器La、Lb、Lc，三相電流傳感器La、Lb、Lc的一次側(cè)分別串接在三相高壓電流回路中，三相電流傳感器的二次線圈連接到指定相上的信號處理單元；電壓信號采集部分包括第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相之間，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2的低壓臂與指定相相連接，高壓臂與非指定相連接，分壓信號接入到指定相上的信號處理單元。本實用新型對三相計量電流信號(IA1、I B1、IC1)、三相保護電流信號(IA2、I B2、IC2)、三個相間電壓信號(U AB,U BC、U CA)集中進行同步采集、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號按IEC61850規(guī)約的要求進行合并打包，通過光纖(或其它媒介)傳輸?shù)降蛪憾?或其它高壓端)的數(shù)據(jù)使用裝置或者數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。 本實用新型的電流傳感器使用羅氏線圈和低功耗電流互感器(LPCT )構(gòu)成，指定相(例如B相)的電流傳感器Lb的一、二次電流處在同一電位，非指定相(例如A相和C相)的電流傳感器La、Lc 一、二次電流是絕緣隔離的，電流傳感器的二次電流都連接到指定相高電位的信號采集轉(zhuǎn)換單元的電流輸入端。本實用新型通過相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2在指定相)的高點位點獲取非指定相與指定相之間的相間電壓信號(例如U AB, U BC)。本實用新型的信號處理單元包括信號采集轉(zhuǎn)換單元、中央處理器、合并單元和通信單元，信號處理單元工作在指定相(例如=B相)的高電位端，信號采集轉(zhuǎn)換單元以指定相的電位作為參考電位，對六個電流信號、三個電壓信號進行同步采集，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理、合并，對轉(zhuǎn)換后的電流和電壓的數(shù)字信號按照IEC 61850的規(guī)約合并打包，通信單元使用光纖或小無線或GPRS或載波或紅外作為通信媒介將打包后的信號傳送到低壓端(也不排出其他的高電位端)的測量儀表、儀器、繼電保護、控制裝置或者數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。本實用新型的信號處理單元部分的工作電源由取能分壓器供給，取能分壓器包括第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4，第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4的分壓臂都連接到工作電源的輸入端，取能分壓器分別連接在兩個非指定相與指定相之間。取能分壓器利用專用分壓器(例如電容分壓器)為處在指定相高電位的信號采集轉(zhuǎn)換單元、中央處理器。合并單元和通訊單元提供工作能量。本實用新型將信號采集轉(zhuǎn)換單元、中央處理器CPU、合并單元、通訊單元、供電電源、備用電源用金屬盒進行電磁屏蔽，將三相電流傳感器La、Lb、Lc (含三相計量電流傳感器、三相保護電流傳感器)、第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2、第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4和金屬屏蔽盒及其連接導(dǎo)線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成一個一體化電子式互感器裝置，其二次輸出為符合IEC 61850規(guī)約的數(shù)字信號。如圖I所示，在指定相(例如B相)的高電位端得到了上述電壓二次信號和電流二次信號之后，由信號采集轉(zhuǎn)換單元以指定相(例如B相)的電位作為參考電位，集中進行六個電流量、三個電壓量的同步采樣、轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。信號處理單元的構(gòu)成原理和方法與低壓端信號采集轉(zhuǎn)換裝置相同。在高電位運行的信號處理單元與低壓端信號采集裝置的運行環(huán)境不同，需要對信號處理單元進行專門的的電磁屏蔽保護設(shè)計。此外，信號處理單元的功耗也要設(shè)計得小于傳統(tǒng)的低壓端信號采集轉(zhuǎn)換單元的功耗。如圖I所示，在本實用新型信號處理單元都處在指定相(例如B相)的高電位上。所以，信號處理單元的結(jié)果需要通過通信信道傳遞到低電位端(也不排出其他的高電位端)指定的裝置或者網(wǎng)絡(luò)，提供給信號采集轉(zhuǎn)換結(jié)果的需要者?？梢允褂霉饫w或小無線或GPRS或載波或紅外作為通信媒介同指定裝置或者網(wǎng)絡(luò)完成通信，把采集到的三相計量電流、三 相保護電流、三相電壓電氣量的結(jié)果發(fā)往目的物，從而完成采集結(jié)果從高電位端到低電位端的通信傳遞。本實用新型可以安裝在3_35kV變配電站的戶內(nèi)或戶外或線路桿塔上或環(huán)網(wǎng)柜或廂式變壓器中。
權(quán)利要求1.一種一體化電子式互感器裝置，包括電流信號采集部分、電壓信號采集部分、信號處理單元、工作電源，其特征在于在3-35kV三相交流電中確定一個指定相，其它兩相為非指定相；信號處理單元、工作電源直接集成在指定相的高壓電位端；電流信號采集部分包括三相電流傳感器La、Lb、Lc，三相電流傳感器La、Lb、Lc的一次側(cè)分別串接在三相高壓電流回路中，三相電流傳感器的二次線圈連接到指定相上的信號處理單元；電壓信號采集部分包括第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相之間，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2的低壓臂與指定相相連接，高壓臂與非指定相連接，分壓信號接入到指定相上的信號處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一體化電子式互感器裝置，其特征在于相間分壓器使用非鐵磁型傳感器，如電容分壓器或電阻分壓器或阻容分壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特征在于每相電流傳感器有一個或兩個二次電流線圈，使用非鐵磁型線圈，如羅氏線圈和低功耗電流互感器；指定相上的電流傳感器的一、二次側(cè)處在同一電位，非指定相上的電流傳感器的一、二次之間絕緣隔離，耐壓水平是按照相間電壓水平設(shè)計的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特征在于信號處理單元的工作電能由取能分壓器供給，取能分壓器包括第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4，第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4的分壓臂都連接到工作電源的輸入端，取能分壓器分別連接在兩個非指定相與指定相之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特征在于信號處理單元包括依次連接的信號采集轉(zhuǎn)換單元、中央處理器、合并單元、通信單元，信號處理單元工作在指定相的高電位點，以指定相高電位為基準，對電流和電壓信號進行同步采集，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號按照IEC 61850的規(guī)約打包，由通信單元使用光纖或其它媒介發(fā)送。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特征在于在指定相的高電位點設(shè)有鋰電池和/或超級電容器作為備用電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特征在于將信號處理單元、工作電源用金屬盒進行電磁屏蔽。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特征在于將電流信號采集部分、電壓信號采集部分、信號處理單元、工作電源及其連接導(dǎo)線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成一個一體化的電子式互感器裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一體化電子式互感器裝置，其特征在于將電流信號采集部分、電壓信號采集部分、取能分壓器、信號處理單元、工作電源及其連接導(dǎo)線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成一個一體化的電子式互感器裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一體化電子式互感器裝置，其特征在于將信號處理單元、工作電源、備用電源用金屬盒進行電磁屏蔽，將電流信號采集部分、電壓信號采集部分、取能分壓器、金屬屏蔽盒及其連接導(dǎo)線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成一個一體化的電子式互感器裝置。
專利摘要本實用新型提供一種一體化電子式互感器裝置，包括電流信號采集部分、電壓信號采集部分、信號處理單元、工作電源，在3-35kV三相交流電中確定一個指定相，其它兩相為非指定相；信號處理單元、工作電源直接集成在指定相的高電位端；電流信號采集包括三相電流傳感器，三相電流傳感器的一次側(cè)分別串接在三相高壓電流回路中，三相電流傳感器的二次線圈連接到指定相上的信號處理單元；電壓信號采集部分包括第一相間分壓器U1和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器U1和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相之間，第一相間分壓器U1和第二相間分壓器U2的低壓臂與指定相相連接，高壓臂與非指定相連接，分壓信號接入到指定相上的信號處理單元。
文檔編號G01R19/00GK202600024SQ20122024230
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者侯鐵信, 卜正良 申請人:武漢國測恒通智能儀器有限公司