一種在線自供能電子式電流互感器的制造方法
【專利摘要】一種在線自供能電子式電流互感器，包括一次側(cè)傳感單元、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、傳輸單元、二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元、二次側(cè)輸出合并單元。一次側(cè)傳感單元連接信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路連接A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接傳輸單元，傳輸單元連接二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元，二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元連接二次側(cè)輸出合并單元。本實用新型一種在線自供能電子式電流互感器，通過在二次數(shù)據(jù)輸出部分加設(shè)反饋單元，對輸出進(jìn)行反饋調(diào)整，是輸出的數(shù)字信號不失真，提高精度。通過在供電部分加設(shè)后備電源單元和外界溫度探測，可以提高激光其光源的使用壽命，并增設(shè)人機對話窗口，更加方便檢修和維護(hù)。
【專利說明】
一種在線自供能電子式電流互感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種電流互感器，具體是一種在線自供能電子式電流互感器。
【背景技術(shù)】
[0002]電流互感器是電力系統(tǒng)中連接一次設(shè)備與二次設(shè)備的重要元件，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保證。目前電子式電流互感器已有多種類型，其供能方式單一，且在母線電流處于空載等小電流狀態(tài)時電源供電不穩(wěn)定，以及在母線處于超過額定電流的大電流狀態(tài)甚至短路故障電流狀態(tài)時，電源系統(tǒng)供點可能會中斷，嚴(yán)重時會造成危險。激光取能雖然能解決上述問題，但激光的發(fā)光波長及輸出功率都受溫度影響，且該方法制作成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種在線自供能電子式電流互感器，通過在二次數(shù)據(jù)輸出部分加設(shè)反饋單元，對輸出進(jìn)行反饋調(diào)整，是輸出的數(shù)字信號不失真，提高精度。通過在供電部分加設(shè)后備電源單元和外界溫度探測，可以提高激光其光源的使用壽命，并增設(shè)人機對話窗口，更加方便檢修和維護(hù)。
[0004]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種在線自供能電子式電流互感器，包括一次側(cè)傳感單元、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、傳輸單元、二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元、二次側(cè)輸出合并單元。一次側(cè)傳感單元連接信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路連接A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接傳輸單元，傳輸單元連接二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元，二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元連接二次側(cè)輸出合并單元。
[0006]所述一次側(cè)傳感單元包括接于高壓側(cè)的Rogowski線圈；
[0007]所述傳輸單元包括光纖、RS-485通信接口、接口轉(zhuǎn)換器；
[0008]所述二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元包括單片機模塊；
[0009 ]所述二次側(cè)輸出合并單元包括LD光源、波形發(fā)生器、光電池、DC-DC轉(zhuǎn)換器、傳輸光纖，
[0010]LD光源連接波形發(fā)生器，波形發(fā)生器通過傳輸光纖連接光電池，光電池連接DC-DC轉(zhuǎn)換器；
[0011]DC-DC轉(zhuǎn)換器連接后備電源單元，后備電源單元連接MCU控制單元，M⑶控制單元通過驅(qū)動及保護(hù)電路連接LD光源。
[0012]所述M⑶控制單元連接溫控保護(hù)電路，所述溫控保護(hù)電路包括紅外溫度傳感器，紅外溫度傳感器用于對LD光源、外界環(huán)境溫度進(jìn)行采集，并反饋至MCU控制單元。
[0013]所述信號調(diào)理電路由積分電路、放大電路、濾波電路、移相電路依次連接組成。
[0014]所述傳輸單元通過電光變換模塊與高壓側(cè)的A/D轉(zhuǎn)換電路連接;所述傳輸單元通過光電變換模塊與二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元連接。
[0015]所述M⑶控制單元連接人機對話模塊。
[0016]所述光電池為娃光電池。
[0017]所述DC-DC轉(zhuǎn)換器為MAX639轉(zhuǎn)換芯片。
[0018]本實用新型一種在線自供能電子式電流互感器，優(yōu)點在于:
[0019]1:通過在二次數(shù)據(jù)輸出部分加設(shè)反饋單元，對輸出進(jìn)行反饋調(diào)整，是輸出的數(shù)字?目號不失真，提尚精度。
[0020]2:通過在供電部分加設(shè)后備電源單元和外界溫控保護(hù)電路，可以提高激光其光源的使用壽命，并增設(shè)人機對話模塊，更加方便檢修和維護(hù)。
[0021]3:設(shè)置反饋模塊，使輸出數(shù)字信號不失真，精度得到提高；
[0022]4:設(shè)置的外界溫度探測器部分，記錄外界溫度，排除干擾；
[0023]5:后備電源單元，檢修時可短暫對電流互感進(jìn)行供能。
[0024]6:人機對話模塊，可控制M⑶控制單元達(dá)到控制整個激光供電電路的控制。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型的模塊連接示意圖。
[0026]圖2為本實用新型的Rogowski線圈基本原理圖。
[0027]圖3為本實用新型的信號調(diào)理電路圖。
[0028]圖4為本實用新型的系統(tǒng)框圖。
[0029]圖5為本實用新型的激光器驅(qū)動電路圖。
[0030]圖6為本實用新型的保護(hù)電路圖。
[0031 ]圖7為本實用新型的過溫保護(hù)電路圖。
【具體實施方式】
[0032]如圖1所示，一種在線自供能電子式電流互感器，包括一次側(cè)傳感單元、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、傳輸單元、二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元、二次側(cè)輸出合并單元。
[0033]一次側(cè)傳感單元連接信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路連接A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接傳輸單元，傳輸單元連接二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元，二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元連接二次側(cè)輸出合并單元；
[0034]所述一次側(cè)傳感單元包括接于高壓側(cè)的Rogowski線圈；
[0035]所述傳輸單元包括光纖、RS-485通信接口、接口轉(zhuǎn)換器；
[0036]所述二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元包括單片機模塊；
[0037 ]所述二次側(cè)輸出合并單元包括LD光源、波形發(fā)生器、光電池、DC-DC轉(zhuǎn)換器、傳輸光纖，
[0038]LD光源連接波形發(fā)生器，波形發(fā)生器通過傳輸光纖連接光電池，光電池連接DC-DC轉(zhuǎn)換器；
[0039]DC-DC轉(zhuǎn)換器連接后備電源單元，后備電源單元連接MCU控制單元，M⑶控制單元通過驅(qū)動及保護(hù)電路連接LD光源。
[0040]所述M⑶控制單元連接溫控保護(hù)電路，所述溫控保護(hù)電路包括紅外溫度傳感器，紅外溫度傳感器用于對LD光源、外界環(huán)境溫度進(jìn)行采集，并反饋至MCU控制單元。
[0041]所述傳輸單元通過電光變換模塊與高壓側(cè)的A/D轉(zhuǎn)換電路連接;所述傳輸單元通過光電變換模塊與二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元連接。
[0042]所述M⑶控制單元連接人機對話模塊。
[0043]—次側(cè)采用Rogowski線圈直接接于高壓側(cè)，它的輸出信號是電流對時間的微分。與帶鐵芯的傳統(tǒng)互感器相比，Rogowski線圈具有測量范圍寬，精度高，穩(wěn)定可靠，響應(yīng)頻帶寬，同時具有測量和繼電保護(hù)功能，體積小、重量輕、安全且符合環(huán)保要求。利用線圈采集高壓側(cè)信號，并利用穩(wěn)壓管對采集側(cè)進(jìn)行電壓穩(wěn)定，防止過電壓，基本原理如圖2所示。
[0044]所采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號調(diào)理電路，由積分電路、放大電路、濾波電路、移相電路依次連接組成。運算放大器選用741系列的高增益運算放大器，A/D轉(zhuǎn)換電路采用逐次逼近型ADS8325，單極性輸入，串行原碼輸出，具有極低的功耗，可使用2.7V至5.5V的單電源供電。選擇高性能的4.096V電壓基準(zhǔn)，其主要技術(shù)指標(biāo)包括:低溫漂，低噪聲，低靜態(tài)電流，未校準(zhǔn)時輸出精度為12位。其調(diào)理電路如圖3所示。
[0045]所述傳輸單元包括光纖、RS-485通信接口、接口轉(zhuǎn)換器。采用光纖進(jìn)行通信，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用西門子SCALANCE W761的RJ-45接口，借助接口轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適宜于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
[0046]二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元主要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，本實用新型二次側(cè)CPU采用89S51型單片機模塊，片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路;32根I/O線；外部存貯器尋址范圍為R0M、RAM64K，2個16位的定時器/計數(shù)器，5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級，并且采用全雙工串行口，雙工UART串行通道使數(shù)據(jù)傳輸速度加快，采用布爾處理器，計算性能高。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC選用MAX547，是一款八通道13位電壓輸出并行數(shù)據(jù)DAC。
[0047]二次側(cè)輸出合并單元采用激光取能和后備電源單元組合，共同對電子式電流互感器進(jìn)行供電，主要有人機對話模塊、MCU控制單元、驅(qū)動及保護(hù)電路、后備電源單元、溫控保護(hù)電路、LD光源(激光器)、波形發(fā)生器、光電池、DC-DC轉(zhuǎn)換器和傳輸光纖組成，其原理框圖如圖4。
[0048]由電流源單元輸出電流，經(jīng)過放大濾波反饋等環(huán)節(jié)后輸出一持續(xù)穩(wěn)定的LD光源工作電流，并對激光器輸出光進(jìn)行調(diào)制，因此選擇大功率的半導(dǎo)體激光器，激光器其各項技術(shù)指標(biāo)如下:連續(xù)輸出功率為500mW，中心波長為800-820nm，波長溫度系數(shù)為0.28nm/C，波譜寬度<3nm。光束發(fā)散角〈0.15N.A，光纖芯徑尺寸為50μπι，光纖電流系數(shù)>0.75W/A。然后經(jīng)光纖傳送到光電池，由其轉(zhuǎn)換為電流輸送給DC-DC轉(zhuǎn)換器，經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換器變換后給高壓側(cè)信號采集單元供電。M⑶控制單元通過溫控保護(hù)電路，對LD光源和外界環(huán)境的溫度進(jìn)行采集，并反饋給MCU控制單元，MCU控制單元檢測到溫度信號不在激光器的高效率工作范圍時，給驅(qū)動及保護(hù)電路一個脈沖信號，使其停止對激光器輸出，其驅(qū)動及保護(hù)電路如圖5所示，考慮半導(dǎo)體激光器本身易因為高頻干擾而損壞，如圖6中在半導(dǎo)體激光管并聯(lián)一個小電容Cl，可以濾掉流過LD電流中的高頻干擾，避免LD由于高頻干擾而受到損壞。同時并聯(lián)一個反向二極管Dl，以此來防止激光管兩端受過大的反向電壓(即反向浪涌)而損壞。與激光管并聯(lián)幾個前向?qū)ǖ亩O管(D2、D3和D4)可以大大提高激光管的壽命。Dl選擇為1N746A，此二極管為0.5W齊納穩(wěn)壓器，輸出電壓誤差為5%到10%，范圍為2.4V到12ν<^2、03和D4選擇為ΒΑ682。其導(dǎo)通電阻的差別很小，電容小，扭轉(zhuǎn)阻抗大。在25 °C時最大的反向電壓為35V，最大的前向電流為100mA。
[0049]外界溫度探測采用SAJ75-ABT-60，采用紅外線脈沖可調(diào)式，2光束同時遮斷檢知式電源電壓DC13.8V-24V AC11V-18V，工作環(huán)境溫度范圍廣_25°C?+55°C，其溫度保護(hù)電路如圖7所示。
[0050]光電池采用硅光電池，光電變換器件PPC-6E，該器件可以將波長在780nm?850nm之間的光能轉(zhuǎn)化為6V電壓的電能，其工作溫度范圍在-60oC?+100C之間，轉(zhuǎn)換效率大約為40%，與之耦合的光纖為200μπι的芯徑。
[0051 ] DC-DC轉(zhuǎn)換器采用ΜΑΧ639轉(zhuǎn)換芯片，高壓側(cè)一次轉(zhuǎn)換系統(tǒng)采用低功耗微控制器，工作電壓5 V左右，模擬、調(diào)制電路也都采用低功耗元件，單電源5 V供電。
[0052]電光變換模塊采用鈮酸鋰電光調(diào)制器，采用HVA200高電壓放大器來驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)電光調(diào)制器。它在100毫安的連續(xù)電流下有±200伏輸出，I兆赫茲的帶寬，低噪聲。
[0053]后備電源單元采用大容量鋰電池串聯(lián)供電。連通后備電源單元給高壓側(cè)采集單元供電。
[0054]工作原理:
[0055]本實用新型電子式互感器，包含對數(shù)據(jù)處理模塊的改進(jìn)，一次傳感單元用于將一次側(cè)的高電壓、大電流等信號轉(zhuǎn)換為適合采集單元采集的小電壓、小電流信號，一次數(shù)據(jù)采集和處理單元用于對傳感單元的輸出進(jìn)行信號調(diào)理、濾波、轉(zhuǎn)換等，傳輸單元是利用微處理控制器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，按照MCU中的固定的主等級和附屬等級方式進(jìn)行排列組合，通過光纖等傳輸介質(zhì)發(fā)送給二次側(cè)系統(tǒng)，二次數(shù)據(jù)處理是將高壓側(cè)傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分類，然后對多個采集單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，經(jīng)過反饋環(huán)節(jié)，最后由數(shù)字通道和模擬通道輸出精確地數(shù)字量和模擬量，傳輸?shù)缴衔粰C上顯示。
[0056]當(dāng)高壓側(cè)傳感器采集到高壓線路上的多個電流值及溫度，由傳感器將這些采集量送至信號處理單元，Rogowski線圈通過一個對輸出的電壓信號進(jìn)行積分的電路，就可以真實還原輸入電流。其不含鐵磁性材料，無磁滯效應(yīng)，幾乎為零的相位誤差;無磁飽和象，因而測量范圍廣；結(jié)構(gòu)簡單，并且和被測電流之間沒有直接的電路聯(lián)系；響應(yīng)頻帶寬0.1H ζ -1MHz。經(jīng)信號放大濾波后，利用A/D轉(zhuǎn)換電路將通過微控制器將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)按一定的格式進(jìn)行組幀，通過光纖等傳輸介質(zhì)發(fā)送給二次處理模塊和二次轉(zhuǎn)換器模擬輸出，二次轉(zhuǎn)換CPU將光信號轉(zhuǎn)換為低電壓信號，并利用A/D轉(zhuǎn)換經(jīng)電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將數(shù)字信號通過反饋單元，反饋單元通過就接收到的數(shù)字信號進(jìn)行反饋式對比和分析，將反饋結(jié)果再反饋到二次側(cè)轉(zhuǎn)換CHJ中，通過CPU判斷調(diào)整直至滿足輸出的精度要求，形成反饋機制，保證信號的準(zhǔn)確度和精度，提高電流互感器工作效率，選用89S51型單片機，其具有ISP在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，最高工作頻率為33MHz，從而具有了更快的計算速度。內(nèi)部集成看門狗計時器，雙數(shù)據(jù)指示器，電源關(guān)閉標(biāo)識，向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如805U89C51等等早期MCS-51兼容產(chǎn)品，并將數(shù)據(jù)傳輸給上位機輸出。
[0057]然后由反饋模塊將反復(fù)校驗后的數(shù)字信號，輸出到信號輸出二次側(cè)輸出合并單元，由二次側(cè)輸出合并單元將數(shù)字信號將一定格式的數(shù)字信號發(fā)送給后續(xù)的計量設(shè)備、繼保設(shè)備和交換機等;其次二次轉(zhuǎn)換器模擬量電壓輸出電壓，判斷設(shè)備是否運行正常以及提出是否進(jìn)行維修申請等。
[0058]供電系統(tǒng)工作原理:MCU控制單元控制驅(qū)動及保護(hù)電路向激光器電光源輸送穩(wěn)定的電壓信號，激光器光源接收到上一級的電壓信號，并通過激光二極管將電信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光信號輸出到電光調(diào)制器，電光調(diào)制器對輸入的光信號進(jìn)行調(diào)制，并將調(diào)制后的光信號經(jīng)光纖將輸出到高壓側(cè)光電池，利用光電池將光信號還原成電信號，將電能量經(jīng)DC-DC變換后向高壓側(cè)信號采集及處理部分提供穩(wěn)定的電源輸出。溫控保護(hù)電路由MCU控制單元控制溫控保護(hù)對激光器光源進(jìn)行溫度檢測，激光器光源隨時將溫度反饋給MCU控制單元，檢測光敏元件溫度狀況，當(dāng)溫度超過某一設(shè)定值，MCU控制單元分別向驅(qū)動及保護(hù)電路和后備電源單元發(fā)送一個脈沖信號，使驅(qū)動及保護(hù)電路停止對激光器電路輸出電壓，并且啟動后備電源單元對高壓側(cè)信號采集與處理模塊進(jìn)行供電。當(dāng)激光器光源的光學(xué)元件發(fā)生故障后，可通過人機對話模塊強制向總控制單元發(fā)出指令，使得驅(qū)動及保護(hù)電路停止對激光器電路輸出電壓，并啟動后備電源單元對高壓側(cè)信號采集與處理模塊進(jìn)行供電，從而對激光器光源進(jìn)行檢修。外界溫度探測是通過記錄電流互感器所處環(huán)境的溫度，從而排除光學(xué)元件的溫度過高使控制單元誤判。
【主權(quán)項】
1.一種在線自供能電子式電流互感器，包括一次側(cè)傳感單元、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、傳輸單元、二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元、二次側(cè)輸出合并單元，其特征在于:一次側(cè)傳感單元連接信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路連接A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接傳輸單元，傳輸單元連接二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元，二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元連接二次側(cè)輸出合并單元;所述一次側(cè)傳感單元包括接于高壓側(cè)的Rogowski線圈；所述傳輸單元包括光纖、RS-485通信接口、接口轉(zhuǎn)換器;所述二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元包括單片機模塊;所述二次側(cè)輸出合并單元包括LD光源、波形發(fā)生器、光電池、DC-DC轉(zhuǎn)換器、傳輸光纖，LD光源連接波形發(fā)生器，波形發(fā)生器通過傳輸光纖連接光電池，光電池連接DC-DC轉(zhuǎn)換器;DC-DC轉(zhuǎn)換器連接后備電源單元，后備電源單元連接MCU控制單元，MCU控制單元通過驅(qū)動及保護(hù)電路連接LD光源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在線自供能電子式電流互感器，其特征在于:所述MCU控制單元連接溫控保護(hù)電路，所述溫控保護(hù)電路包括紅外溫度傳感器，紅外溫度傳感器用于對LD光源、外界環(huán)境溫度進(jìn)行采集，并反饋至MCU控制單元。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在線自供能電子式電流互感器，其特征在于:所述信號調(diào)理電路由積分電路、放大電路、濾波電路、移相電路依次連接組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在線自供能電子式電流互感器，其特征在于:所述傳輸單元通過電光變換模塊與高壓側(cè)的A/D轉(zhuǎn)換電路連接;所述傳輸單元通過光電變換模塊與二次側(cè)數(shù)據(jù)處理單元連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在線自供能電子式電流互感器，其特征在于:所述MCU控制單元連接人機對話模塊。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在線自供能電子式電流互感器，其特征在于:所述光電池為硅光電池。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在線自供能電子式電流互感器，其特征在于:所述DC-DC轉(zhuǎn)換器為MAX639轉(zhuǎn)換芯片。
【文檔編號】G01R19/25GK205679682SQ201620582544
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620582544.8, CN 201620582544, CN 205679682 U, CN 205679682U, CN-U-205679682, CN201620582544, CN201620582544.8, CN205679682 U, CN205679682U
【發(fā)明人】黃悅?cè)A, 李曉敏, 程江洲, 陳晨, 張迪, 袁雪珺
【申請人】三峽大學(xué)