一種用于集成式智能隔離斷路器的無源電子式電流互感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明用于集成式智能隔離斷路器的無源電子式電流互感器，由一次電流傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、高壓光信號傳輸模塊構(gòu)成，一次電流傳感器模塊采用晶體磁光閥做測量和保護(hù)線圈，用環(huán)氧樹脂將線圈封裝在開合式均壓環(huán)內(nèi)；數(shù)據(jù)采集模塊由具有圓弧式倒角設(shè)計的光纖終端箱、數(shù)據(jù)采集單元和呼吸器組成，一次電流傳感器模塊將一次大電流傳變?yōu)楣鈴?qiáng)信號，數(shù)據(jù)采集單元就地采樣，將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，通過光纖將采樣數(shù)據(jù)傳送至二次接收裝置，數(shù)據(jù)采集單元安裝于光纖終端箱內(nèi)；高壓光信號傳輸模塊采用嵌入光纖式懸式絕緣子作為高壓光信號的傳輸通道，嵌入光纖式懸式絕緣子由芯棒、傘裙、多根耐高溫緊包單模及多模光纖、端部金具構(gòu)成。
【專利說明】一種用于集成式智能隔離斷路器的無源電子式電流互感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變電站電網(wǎng)技術(shù)，具體而言，涉及一種用于集成式智能隔離斷路器的無源電子式電流互感器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，變電站智能化同步推進(jìn)，智能一次設(shè)備朝著集成化、小型化、低碳化、高效化的方向發(fā)展。將隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器以及斷路器集成在一起的集成式智能斷路器(又稱隔離斷路器)得到推廣應(yīng)用。本發(fā)明公開了一種用于集成式智能隔離斷路器的新型無源電子式電流互感器，其直接套裝在斷路器滅弧室復(fù)合套管與支撐絕緣子之間的連接法蘭上，而不需要改變斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0003]在傳統(tǒng)的變電站架構(gòu)中斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器相互獨立，不僅一次設(shè)備的一體化程度低，缺少廠內(nèi)一體化調(diào)試,而且變電站整體占地面積大,建設(shè)成本高，已經(jīng)越來越不適應(yīng)變電站的發(fā)展要求。因此，一種將斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器集成在一起的集成式智能斷路器(又稱隔離斷路器)應(yīng)運而生，并逐步得到推廣應(yīng)用。
[0004]隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)電磁式互感器固有的CT飽和、鐵磁諧振等現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，需要采用新型的互感器來解決這些問題。與此同時，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及光纖技術(shù)的發(fā)展，無源電子式互感器的研究和應(yīng)用取得長足進(jìn)步。無源電子式互感器具有無磁飽和、頻率響應(yīng)范圍寬、精度高，暫態(tài)特性好、完全電隔離、安全性高等優(yōu)點。
[0005]用于集成式智能隔離斷路器的無源電流互感器采用晶體磁光閥作為測量元件，傳感頭與合并單元之間采用常規(guī)的多模光纖相連接而非保偏光纖。晶體磁光閥安裝于互感器殼體內(nèi)，套在斷路器套管外側(cè)。電子模塊安裝于盒體內(nèi)，固定在互感器殼體外側(cè)。光纜穿插在懸式絕緣子內(nèi)組成光纖絕緣子，將電子模塊的采樣信號傳送給保護(hù)、測控等裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明公開了一種用于集成式智能隔離斷路器的新型無源電子式電流互感器，其采用的技術(shù)方案為:它由一次電流傳感器模塊10、數(shù)據(jù)采集模塊20、高壓光信號傳輸模塊30構(gòu)成，
[0007]所述一次電流傳感器模塊采用晶體磁光閥做測量和保護(hù)線圈，用環(huán)氧樹脂將線圈封裝在開合式均壓環(huán)內(nèi)；
[0008]所述數(shù)據(jù)采集模塊由具有圓弧式倒角設(shè)計的光纖終端箱、數(shù)據(jù)采集單元和呼吸器組成，所述一次電流傳感器模塊將一次大電流傳變?yōu)楣鈴?qiáng)信號，數(shù)據(jù)采集單元就地采樣，將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，通過光纖將采樣數(shù)據(jù)傳送至二次接收裝置，所述數(shù)據(jù)采集單元安裝于所述具有圓弧式倒角設(shè)計的光纖終端箱內(nèi)；
[0009]所述高壓光信號傳輸模塊采用嵌入光纖式懸式絕緣子作為高壓光信號的傳輸通道，所述嵌入光纖式懸式絕緣子由芯棒、傘裙、多根耐高溫緊包單模及多模光纖、端部金具構(gòu)成。
[0010]上述的無源電子式電流互感器，其進(jìn)一步特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元與所述具有圓弧式倒角設(shè)計的光纖終端箱之間加裝緩沖墊。所述具有圓弧式倒角設(shè)計的光纖終端箱上加裝有所述呼吸器，所述呼吸器是由膨體聚四氟乙烯(EPTFE)薄膜、聚丙烯面料、網(wǎng)格加強(qiáng)筋通過高溫?zé)崛鄱傻姆浪笟饽づc外殼通過加工結(jié)合而成。所述防水透氣膜具有微孔結(jié)構(gòu)，其微孔直徑為0.02?3.0 μ m。
[0011]上述的無源電子式電流互感器，其進(jìn)一步特征在于:所述高壓光信號傳輸模塊是通過對所述芯棒外表面沿軸向螺旋刻槽的方式，將耐高溫緊包光纖埋入槽中，在真空狀態(tài)下將硅橡膠通過高溫硫化生產(chǎn)工藝固化在所述芯棒表面以及光線槽中形成無氣泡無縫隙的所述傘裙。所述一次電流傳感模塊套裝在集成式智能隔離斷路器高壓套管外側(cè)，整體與斷路器高壓側(cè)等電位。所述嵌入光纖式懸式絕緣子采用無氣泡無縫隙的光纖刻槽真空高溫硫化硅橡膠光纖絕緣子。
[0012]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0013]I) 一次電流傳感模塊整體與智能隔離斷路器高壓套管等電位，絕緣簡單可靠。
[0014]2)磁光晶體閥互感器具有無磁飽和、頻率響應(yīng)范圍寬、精度高，暫態(tài)特性好、完全電隔離安全性好等優(yōu)點。
[0015]3) 一次電流傳感器封裝在開合式均壓環(huán)內(nèi)，數(shù)據(jù)采集終端箱具有圓弧式倒角設(shè)計。如此，大大改善了集成式智能隔離斷路器高壓套管外側(cè)的電場分布，提高了產(chǎn)品的安全性。
[0016]4)數(shù)據(jù)采集終端箱裝有大透氣量、細(xì)密多孔結(jié)構(gòu)的EPTFEE(膨體聚四氟乙烯)的防水透氣閥(呼吸器)，通過不斷透氣或氣體交換來保持殼體內(nèi)外兩側(cè)的壓力平衡，阻止外界液態(tài)水的侵入，降低密封條、殼體所承受的應(yīng)力。
[0017]5)斷路器在分合的時候會產(chǎn)生比較大的振動，數(shù)據(jù)采集單元與終端箱之間緩沖墊的設(shè)計有效的降低了振動對數(shù)據(jù)采集單元的影響，提高了數(shù)據(jù)采集單元的可靠性。
[0018]6)嵌入光纖式懸式絕緣子一體化程度高，絕緣安全性高，其將互感器的一二次隔離，沒有電氣聯(lián)系，安全裕度大大提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明集成式智能隔離斷路器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明集成式智能隔離斷路器配套用新型無源電子式電流互感器外形圖。
[0021]圖3為本發(fā)明集成式智能隔離斷路器配套用新型無源電子式電流互感器剖面圖。
[0022]圖中，100、集成式智能斷路器；200、無源電子式電流互感器；10、一次電流傳感器模塊；20、數(shù)據(jù)采集模塊；30、高壓光信號傳輸模塊；1、開合式均壓環(huán)；2、無源電子式電流互感器；3、具有圓弧式倒角設(shè)計的光纖終端箱；4、嵌入光纖式懸式絕緣子；5、防水透氣閥(呼吸器)。

【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]斷路器的結(jié)構(gòu)決定了電流互感器需安裝在其高壓側(cè)滅弧室套管上，而互感器殼體上的棱邊、尖角等曲率半徑小的地方容易造成套管處的外電場分布不均勻，造成局放過大，對套管的絕緣性能造成影響。同樣，遠(yuǎn)端電子模塊的盒體其棱邊、尖角等曲率半徑小的地方也會造成集成式智能隔離斷路器的外電場分布不均勻。
[0025]電流互感器需滿足在戶外惡劣環(huán)境下長期可靠運行的要求，特別是無源電子式電流互感器，其遠(yuǎn)端電子模塊安裝于密閉的殼體內(nèi)，頻繁承受著外界溫度和氣壓變化帶來的交變外力的負(fù)面影響，會導(dǎo)致殼體內(nèi)產(chǎn)生一個低于外界氣壓的負(fù)壓，甚至更大的真空。這樣，空氣或潮氣便通過密封間隙進(jìn)入殼體內(nèi)部，潮氣附著在殼體內(nèi)凝結(jié)成水珠，一旦液態(tài)水進(jìn)入密封腔體，就不容易被及時排出，在腔體內(nèi)腐蝕靈敏的電子元器件，嚴(yán)重影響產(chǎn)品性能。溫度的不斷變化引發(fā)的負(fù)壓還會使密封膠條隨著應(yīng)力作用而反復(fù)變化，最終使密封膠條產(chǎn)生疲勞，甚至失效。
[0026]懸式絕緣子主要由芯棒(內(nèi)絕緣)、傘群護(hù)套(外絕緣)、端部金具組成，對芯棒沿軸向開孔，后將光纜從孔中穿過，并對上下接口處進(jìn)行密封便組合成了光纖絕緣子，光纜與孔壁間可能會存在細(xì)小的縫隙，特別是電壓等級越高、光纖絕緣子越長，縫隙存在的可能性就越高，嚴(yán)重時會引發(fā)內(nèi)壁的沿面閃絡(luò)，導(dǎo)致光纖絕緣子被擊穿。
[0027]本實施例采用晶體磁光閥作為一次電流的傳感元件；采用具有圓弧式倒角設(shè)計的箱體作為電子元器件的密閉殼體；采用嵌入光纖式復(fù)合懸式絕緣子作為數(shù)據(jù)采樣值的傳輸媒介。如此，大大提高了集成式智能隔離斷路器的可靠性。
[0028]本實施例的用于集成式智能隔離斷路器的新型無源電子式電流互感器，具體實現(xiàn)的外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，為集成式智能隔離斷路器結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明安裝于集成式智能隔離斷路器滅弧室高壓套管外側(cè)，與高壓側(cè)等電位。
[0029]如圖2所示，本發(fā)明共由三部分構(gòu)成，分別是一次電流傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、高壓光信號傳輸模塊，以下是對這三部分的詳細(xì)說明。
[0030]如圖3所示，一次電流傳感器采用晶體磁光閥做測量和保護(hù)線圈，用環(huán)氧樹脂將線圈封裝在開合式均壓環(huán)(I)內(nèi)。2為無源電子式電流互感模塊。
[0031]如圖3所示，一次電流傳感器將一次大電流傳變?yōu)楣鈴?qiáng)信號，數(shù)據(jù)采集單元就地采樣，將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，通過光纖將采樣數(shù)據(jù)傳送至二次接收裝置。數(shù)據(jù)采集單元安裝于具有圓弧式倒角設(shè)計的光纖終端箱(3)內(nèi)。
[0032]為了降低斷路器分合造成的振動對數(shù)據(jù)采集單元的影響，數(shù)據(jù)采集單元與光纖終端箱(3)之間加裝了緩沖墊。
[0033]光纖終端箱(3)上加裝了防水透氣閥(5)以提高數(shù)據(jù)采集模塊的可靠性。防水透氣閥又稱呼吸器(5)，是由膨體聚四氟乙烯(EPTFE)薄膜、聚丙烯面料、網(wǎng)格加強(qiáng)筋通過高溫?zé)崛鄱傻姆浪笟饽づc外殼通過特殊工藝結(jié)合而成。防水透氣膜具有獨特的微孔結(jié)構(gòu)，其微孔直徑為0.02?3.0 μ m,能有效地阻止液體、微塵顆粒通過，并且具有高效的透氣性，能夠讓氣體迅速通過，借助氣體的遷移或交換，達(dá)到內(nèi)外氣壓平衡。
[0034]如圖3所示，采用嵌入光纖式懸式絕緣子(4)作為高壓光信號的傳輸通道，嵌入光纖式懸式絕緣子由芯棒(內(nèi)絕緣)、傘裙(外絕緣)、多根耐高溫緊包單模及多模光纖、端部金具構(gòu)成。其生產(chǎn)制造過程是通過對芯棒外表面沿軸向螺旋刻槽的方式，將耐高溫緊包光纖埋入槽中，在真空狀態(tài)下將硅橡膠通過高溫硫化等生產(chǎn)工藝固化在芯棒表面以及光線槽中形成無氣泡無縫隙的傘裙。
[0035]本實施例的用于集成式智能隔離斷路器的新型無源電子式電流互感器，一次電流傳感模塊套裝在集成式智能隔離斷路器高壓套管外側(cè)，整體與斷路器高壓側(cè)等電位；一次電流傳感器采用晶體磁光閥提供測量和保護(hù)數(shù)據(jù)，光學(xué)非接觸測量，高壓絕緣方便安全，無絕緣用油、氣等易燃易爆材料；由于傳感器與合并器之間采用了常規(guī)的多模光纖，相對于全光纖互感器采用保偏光纖使得晶體磁光閥的互感器精度受光纖熔接、震動和溫度的影響的問題不復(fù)存在，大大提高了互感器運行的穩(wěn)定性和可靠性。
[0036]一次電流傳感器封裝在開合式均壓環(huán)內(nèi)，大大改善了智能隔離斷路器高壓電場分布；數(shù)據(jù)采集終端箱設(shè)計有圓弧式倒角，加裝了膨體聚四氟乙烯(EPTFE)薄膜的防水透氣閥(呼吸器)；數(shù)據(jù)采集單元與終端箱之間設(shè)計有緩沖墊；采用嵌入光纖式懸式絕緣子作為高壓光信號傳輸通道。嵌入光纖式懸式絕緣子采用無氣泡無縫隙的光纖刻槽真空高溫硫化娃橡膠光纖絕緣子。
[0037]本實施例的一次電流傳感器模塊采用晶體磁光閥做測量和保護(hù)線圈，用環(huán)氧樹脂將線圈封裝在開合式均壓環(huán)內(nèi)。
[0038]晶體光閥光學(xué)電流互感器利用光學(xué)晶體內(nèi)部磁疇結(jié)構(gòu)的法拉第磁光效應(yīng)，及磁疇與磁場相互作用的物理特性來實現(xiàn)對磁場進(jìn)而對電流的傳感。通過合理的光學(xué)設(shè)計，光學(xué)晶體內(nèi)部的磁化方向相反的磁疇可以起到光閥的作用。當(dāng)一束光通過此種光閥時部分光透過、部分光被攔截。光閥開合的大小受磁場控制。因而建立了磁場與透光率的對應(yīng)關(guān)系。檢測光閥透光率的變化,即可感知磁場或產(chǎn)生磁場的電流的變化。
[0039]晶體光閥光學(xué)電流互感器(CV0CT:0pticalCurrent Transducer with CrystalValve)是采用晶體光閥原理通過全封閉光纖光路系統(tǒng)建構(gòu)的全光電流互感器(OCT)。CTOCT通常由若干集成晶體光閥光學(xué)頭、一個光學(xué)磁場校正標(biāo)尺、普通單模傳輸光纖和光電解調(diào)單元構(gòu)成。電流測量時，光學(xué)頭被放置在產(chǎn)生電流的導(dǎo)桿周圍；光學(xué)頭通過全封閉的光纖光路系統(tǒng)與光電解調(diào)單兀連接；光學(xué)磁場校正標(biāo)尺與光學(xué)頭連接；光學(xué)磁場校正標(biāo)尺產(chǎn)生的恒定幅值的定標(biāo)磁場和被測電流產(chǎn)生的磁場一起被光學(xué)頭感應(yīng)；光電解調(diào)單元發(fā)出的激光通過光學(xué)頭感應(yīng)磁場后被傳回的光電解調(diào)單元；光電解調(diào)單元比較被測磁場信號和定標(biāo)磁場信號實時分析出導(dǎo)桿上的電流信號。
[0040]晶體光閥光學(xué)電流互感器(CTOCT)采用的物理結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定的晶體光閥機(jī)全封閉的光纖光路系統(tǒng)有效保證了在惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定運行的可靠性；晶體光閥的高零敏度、高響應(yīng)速度、高線性度保證了優(yōu)良傳變特性，特別對小信號和高次波測量具有特別的優(yōu)勢；采用光學(xué)標(biāo)尺的相對測量技術(shù)保證了互感器在溫度、壓力等環(huán)境條件變化情況下的高精度測量，同時保證設(shè)備免校正、免維護(hù)、長時間的低成本運行；CT0CT完全采用光纖通信行業(yè)的通用工藝制作光學(xué)頭，并采用通信行業(yè)批量生產(chǎn)通用元器件，保證了高性價比、高可靠性的元器件供應(yīng)；特別是普通單模光纖和連接器的應(yīng)用提供了現(xiàn)場安裝、施工的極大便利。
[0041]晶體光閥光學(xué)電流互感器(CTOCT)預(yù)期以羅氏線圈電子式互感器(ECT)相當(dāng)?shù)牟牧铣杀?，提供?yōu)于全光纖光學(xué)電流互感器(FOCT)傳感性能。由于其高性價比、高可靠性、免維護(hù)、施工安裝方便、低成本運行等特別優(yōu)點，晶體光閥光學(xué)電流互感器(CTOCT)是目前世界上唯一適合在超高電壓(220kV)、中高電壓(60KV-110kV)，甚至中電壓(<60kV)各領(lǐng)域全面推廣的解決方案。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，應(yīng)理解該實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改或應(yīng)用范圍的拓展均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于集成式智能隔離斷路器的無源電子式電流互感器，其特征在于:它由一次電流傳感器模塊(10)、數(shù)據(jù)米集模塊(20)、高壓光信號傳輸模塊(30)構(gòu)成， 所述一次電流傳感器模塊采用晶體磁光閥做測量和保護(hù)線圈，用環(huán)氧樹脂將線圈封裝在開合式均壓環(huán)內(nèi)； 所述數(shù)據(jù)采集模塊由具有圓弧式倒角設(shè)計的光纖終端箱、數(shù)據(jù)采集單元和呼吸器組成，所述一次電流傳感器模塊將一次大電流傳變?yōu)楣鈴?qiáng)信號，數(shù)據(jù)采集單元就地采樣，將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，通過光纖將采樣數(shù)據(jù)傳送至二次接收裝置，所述數(shù)據(jù)采集單元安裝于所述具有圓弧式倒角設(shè)計的光纖終端箱內(nèi)； 所述高壓光信號傳輸模塊采用嵌入光纖式懸式絕緣子作為高壓光信號的傳輸通道，所述嵌入光纖式懸式絕緣子由芯棒、傘裙、多根耐高溫緊包單模及多模光纖、端部金具構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源電子式電流互感器，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元與所述具有圓弧式倒角設(shè)計的光纖終端箱之間加裝緩沖墊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源電子式電流互感器，其特征在于:所述具有圓弧式倒角設(shè)計的光纖終端箱上加裝有所述呼吸器，所述呼吸器是由膨體聚四氟乙烯(EPTFE)薄膜、聚丙烯面料、網(wǎng)格加強(qiáng)筋通過高溫?zé)崛鄱傻姆浪笟饽づc外殼通過加工結(jié)合而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無源電子式電流互感器，其特征在于:所述防水透氣膜具有微孔結(jié)構(gòu)，其微孔直徑為0.02?3.0 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源電子式電流互感器，其特征在于:所述高壓光信號傳輸模塊是通過對所述芯棒外表面沿軸向螺旋刻槽的方式，將耐高溫緊包光纖埋入槽中，在真空狀態(tài)下將硅橡膠通過高溫硫化生產(chǎn)工藝固化在所述芯棒表面以及光線槽中形成無氣泡無縫隙的所述傘裙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源電子式電流互感器，其特征在于:所述一次電流傳感模塊套裝在集成式智能隔離斷路器高壓套管外側(cè)，整體與斷路器高壓側(cè)等電位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源電子式電流互感器，其特征在于:所述嵌入光纖式懸式絕緣子采用無氣泡無縫隙的光纖刻槽真空高溫硫化硅橡膠光纖絕緣子。
【文檔編號】G01R15/18GK104360124SQ201410648959
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】蔣明杰, 王昱丹, 戚慶 申請人:國電南京自動化股份有限公司, 江蘇西電南自智能電力設(shè)備有限公司