專利名稱：光電式直流電流互感器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電子式電流互感器技術領域，具體涉及一種光電式直流 電流互感器。
背景技術：
目前在電力系統中廣泛應用的是電磁式電壓、電流互感器。但是，隨著 電力系統向大容量、髙電壓的方向發展，廠、站、和系統數字化測量、保護、 調度和控制已成為發展的趨勢。對電力設備提出的小型化、智能化、髙可靠 性的要求也越來越髙。現有電磁式互感器由于其結構特點和存在的不足已不 能滿足這種要求。
直流電流互感器是直流輸電系統中測量和繼電保護的最基本單元，目 前，國內許多直流輸電系統采用的仍然是傳統的電磁式電流互感器，其難以 直接完成計算機技術對電流完整信息進行數字化處理的要求，難以實現電網 對電量參數變化的在線監測，阻礙了電力系統自動化向更髙水平發展，因此 尋求一種能與數字化網絡配套使用的新型電流互感器成為電網安全髙效運 行的迫切需要。
傳統的直流電流互感器通常基于鐵心線圈的電磁效應，這使得它難以準 確反映暫態電流，此外，當系統出現較大的故障電流時。該互感器可能會飽 和，準確度下降。另一方面，隨著電壓的升髙，它的體積和重量大大增加。 絕緣成本升高，價格昂貴。
早在上世紀50年代，國外如ABB、 SIMENS、 ALSTOM等公司開始進 行新式互感器的研究，光電互感器就是主要的一種。90年代初，國外已應 用到電力系統中。特別是九十年代后期IEC60044-7《電子式電壓互感器》、 IEC60044-8《電子式電流互感器》、IEC61850《變電站網絡和系統》等標準 的相繼頒布，規范了電子式互感器的技術要求，為電子式互感器的推廣應用 奠定了基礎。光電互感器是髙壓、超髙壓電子式互感器的主力設備，也必須 在這些標準的規范下進行設計和制造、試驗和運行。然而這些研究尚未得到 突出的進展，本發明由此而來。發明內容
本實用新型主要目的在于提供一種光電式直流電流互感器，解決了現有技 術中直流電流互感器的電流完整信息不能為計算機所監測以及直流電流互 感器準確度不高、絕緣成本較高；現有技術中光電互感器研發尚不成熟不能 滿足市場需求等缺點。
為了解決現有技術中的這些問題，本實用新型提供的技術方案如下
一種光電式直流電流互感器，包括釆集器和合并器，其特征在于所述采 集器和合并器間通過光纖傳輸數據和能量，所述采集器接收分流器和空心線
圈兩路模擬量輸入，完成模數轉換后通過光纖發送給合并器；所述合并器接 受采集器的信號，并通過以太網輸出給目的設備。
優選的，所述的采集器為數個采集器，每個采集器通過兩根光纖與合并 器進行能量和數據的傳遞。
優選的，所述采集器用來對模擬量輸入進行采樣、模數轉換并通過光纖 傳送數據到合并器所述合并器通過光纖給采集器提供能量。
優選的，所述采集器內設置數個采樣點，所述采樣點同步采樣，釆集器 設置采樣頻率。
優選的，所述的空心線圈為羅格夫斯基線圈。
優選的，所述采集器和合并器可以是一對一、一對多或多對一組合形式。 優選的，所述合并器還由同步時鐘輸入接收同步信號，并可以接收模擬 量輸入信號。
優選的，所述合并器具有兩個以太網電/光100base—Fx/10Base-FL數
據接口，把從采集器接收的數據處理后，以IEC61850標準協議傳輸發送采
說脅報 樣奴據。
優選的，所述合并器設置16路模擬量信號輸入接口。 優選的，所述采集器采用低功耗CPU。更為優選的，采用超低功耗16 位RISC體系的CPU。
本發明優選技術方案中采集器可通過分流器采集主直流電流信號，空心 線圈采集直流紋波信號，激光取能為采集器提供電源。單臺合并器可以接收 并處理來自8個采集器的數字信號外，還可以處理電磁式互感器提供的直流電流模擬量輸入，兼顧電子式互感器與傳統互感器混合應用。單臺合并器具 有2個以太網電/光lOObase —Fx/10Base-FL數據接口 ，把從采集器接收的數 據處理后，以IEC61850標準協議發送采集數據。
本發明技術方案中電子式互感器采用光纖傳輸數據，電氣絕緣性能好； 輸出使用標準的IEC61850協議，實現數據多終端共享，具有良好的通用性 與適用性；增加了模擬量信號輸入接口，可兼容傳統的電磁式互感器采樣； 采集器采用低功耗設計和抗EMC設計，適用于在各種惡劣的外部環境下良 好工作。本發明主要適用于+800KV電壓等級直流髙電壓大電流的傳變，并 以數字信號形式通過光纖提供給保護、測量等相應裝置。
本實用新型采用由合并器統一控制各采集器每個采樣點同步時刻的方 式，完美的處理了同步采樣及采樣頻率這一棘手問題。合并器可以接收外部 的秒脈沖同步信號同步，也可以向外部發送秒脈沖同步信號。本實用新型采 用采樣頻率可設置的方式，用戶可通過合并器設置采集器采樣頻率，達到與
其他電子式互感器數據兼容的目的。
本實用新型采用標準的IEC61850協議轉發采樣數據，具有較強的適用 性、可擴展性及前瞻性。
由于目前很多的供配電場所對電流采樣，主要還是使用傳統的電磁式電 流互感器，本實用新型的合并器裝置增加了 16路模擬量信號輸入接口，可 以對16路的電流信號進行采樣、處理及傳送，解決了在傳統采集系統中的 兼容性問題。
本實用新型的采集器采用低功耗技術設計，全部耗電功耗低于50mW, 利于其在髙低溫等惡劣環境下的長時間工作，對激光電源及取能線圈的功率 要求比較低利于系統的可靠實現。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述
圖1為本發明實施例光電式直流電流互感器的結構示意圖。 其中l為分流器，2為空心線圈，3為采集器，4為合并器，5為光纖， 6為同步時鐘，7為模擬量輸入，8為目的設備。
具體實施方式
為了更詳盡的表述上述發明的技術方案，以下本發明人列舉出具體的實 施例來明技術效果；需要強調的是，這些實施例是用于說明本發明而不限于 限制本發明的范圍。實施例如圖，該光電式直流電流互感器包括8個采集器3和1個合并 器4,采集器和合并器間通過光纖5傳輸數據和能量，采集器接收分流器1 和空心線圈2兩路模擬量輸入，完成模數轉換后通過光纖發送給合并器；采 集器內設置數個采樣點，所述采樣點同步采樣，采集器設置采樣頻率。采集 器采用超低功耗16位RISC體系的CPU。采集器用來對模擬量輸入進行采 樣、模數轉換并通過光纖傳送數據到合并器合并器通過光纖給采集器提供 能量。通過分流器采集主直流電流信號，空心線圈采集電流紋波信號，激光 取能為采集器提供電源。采集器用來對模擬量輸入進行采樣、模數轉換并通過光纖傳送數據到合 并器。采集器與合并器制之間僅通過兩根光纖進行能量和數據的傳遞。采集器提供兩路模擬量輸入，分別是保護電流和測量電流，經低通濾波進入模數 轉換回路。模數轉換回路采用高精度的、高采樣率的16位AD轉換器，其 信噪比可以達到90分貝。采集器采用超低功耗16位RISC體系的CPU,保 證在較低的功率消耗下，取得良好的性能。電子式互感器對各個采集器采樣時刻的同步要求非常嚴格，一般采用對 各采樣數據加時標的方法實現，但是該方法造成數據量增加，數據處理復雜， 時標對時誤差等問題。電子式互感器的采樣數據因為采樣頻率不一致(例如 一個采用80fr另一個采用200fr速度采樣)，造成用戶數據處理比較麻煩， 一般采用插值法進行采樣補償計算，但是插值法會造成數據運算量增加，引 入干擾數據等問題。本裝置中各采集器每個采樣點同步采樣，可設置采集器 采樣頻率解決了這個問題。由于激光電源比較穩定，目前電子式互感器的供能，主要采用激光從低 電位側通過光纖將光能量傳送到髙電位側，再由光電轉換器件(光電池)將光 能量轉換為電能量，給高壓側采集器供能。但是對于激光電源的使用壽命沒 有真實的實際檢驗，對于其持久性的工作能力沒有有效的說服力。本裝置通 過合并器通過光纖給采集器提供能量。另外對采集器做低功耗設計，滿足激光供電的功率要求。傳感頭部件包括分流器、空心線圈；傳感頭部件與電力設備的髙壓部分 等電位，轉變后的電壓和電流模擬量由采集器就地轉換成數字信號并通過光 纖傳送到合并器單元，合并器單元接收并轉換成符合IEC61850-9格式的數 據通過光纖以太網提供給保護、測量等設備。空心線圈為羅格夫斯基線圈，羅哥夫斯基線圈是由非磁性材料為骨架構 成的空心線圈，因此不會出現磁飽和以及磁滯現象，這些特點決定了羅哥夫 斯基線圈做傳感器具有良好的線性度和暫態特性。所以羅哥夫斯基線圈輸出 的電壓信號用于保護最具有優越性。合并器設置16路模擬量信號輸入接口，合并器接受采集器的信號，并 通過以太網輸出給目的設備8。合并器由同步時鐘6輸入接收同步信號，并 可以接收模擬量輸入信號7。合并器具有兩個以太網電/光 100base-Fx/10Base-FL數據接口，把從采集器接收的數據處理后，以及把來 自其它模擬式互感器的信號量轉換成數字信號，以IEC61850-9標準協議傳 輸發送采樣數據。單臺合并器可以接收并處理來自8個采集器的數字信號 外，還可以處理電磁式互感器提供的電流模擬量輸入，兼顧電子式互感器與 傳統互感器混合應用。外絕緣采用了硅橡膠復合有機絕緣，增強了設備的抗環境變化的能力。 采用了無油化，無氣體的設計方案。整個傳感器和信號柱都用特種絕緣脂真 空灌封。設備絕緣強度髙。無漏油、漏氣的隱患，可靠性強。采集器處于和 被測高電壓等電位的密閉而屏蔽的傳感頭中，采集器和合并器的信號、能量 傳輸通過光纜來進行，增加了設備的抗電磁干擾能力，數據可靠性大大提髙。 光電互感器具有自檢功能，在通訊故障或互感器其他故障時，因收不到校樣 碼正確的數據而發出互感器故障報警信號。采用分流器作傳感頭，體積小、成本低。髙、低壓電路間信號用光纖傳 輸，絕緣問題容易解決，整個系統也具有體積小、重量輕、成本低的特點。 光電互感器僅為傳統直流電流互感器的1/40,使用光纖連接，髙、低壓問沒 有電氣連接，具有良好的動態性能。另外它無電磁干擾、無鐵磁損耗、安全 可靠、與電力自動化系統網絡兼容。主要適用于+800KV電壓等級直流髙電 壓大電流的傳變，并以數字信號形式通過光纖提供給保護、測量等相應裝置。數字化變電站中對電流進行采 樣、分析、傳送。上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技 術的人是能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護 范圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的 保護范圍之內。
權利要求1.一種光電式直流電流互感器，包括采集器和合并器，其特征在于所述采集器和合并器間通過光纖傳輸數據和能量，所述采集器接收分流器和空心線圈兩路模擬量輸入，完成模數轉換后通過光纖發送給合并器；所述合并器接受采集器的信號，并通過以太網輸出給目的設備。
2、 根據權利要求1所述的光電式直流電流互感器，其特征在于所述的 采集器為數個采集器，每個采集器通過兩根光纖與合并器進行能量和數據的 傳遞。
3、 根據權利要求1所述的光電式直流電流互感器，其特征在于所述采 集器用來對模擬量輸入進行采樣、模數轉換并通過光纖傳送數據到合并器； 所述合并器通過光纖給采集器提供能量。
4、 根據權利要求3所述的光電式直流電流互感器，其特征在于所述采 集器內設置數個采樣點，所述采樣點同步采樣，采集器設置采樣頻率。
5、 根據權利要求1所述的光電式直流電流互感器，其特征在于所述的 空心線圏為羅格夫斯基線圈。
6、 根據權利要求1所述的光電式直流電流互感器，其特征在于所述采 集器和合并器可以是一對一、 一對多或多對一組合形式。
7、 根據權利要求1所述的光電式直流電流互感器，其特征在于所述合 并器還由同步時鐘輸入接收同步信號，并可以接收模擬量輸入信號。
8、 根據權利要求1所述的光電式直流電流互感器，其特征在于所述合 并器具有兩個以太網電/光100base-Fx或10Base-FL數據接口，把從采集器 接收的數據處理后，以IEC61850標準協議傳輸發送采樣數據。
9、 根據權利要求1所述的光電式直流電流互感器，其特征在于所述合 并器設置16路模擬量信號輸入接口。
10、 根據權利要求1 9中任意一項所述的光電式直流電流互感器，其 特征在于所述采集器采用低功耗CPU。
專利摘要本實用新型公開了一種光電式直流電流互感器，包括采集器和合并器，其特征在于所述采集器和合并器間通過光纖傳輸數據和能量，所述采集器接收分流器和空心線圈兩路模擬量輸入，完成模數轉換后通過光纖發送給合并器；所述合并器接受采集器的信號，并通過以太網輸出給目的設備。本裝置具有電氣絕緣性能好；輸出使用標準的IEC61850協議，實現數據多終端共享，具有良好的通用性與適用性；可兼容傳統的電磁式互感器采樣；可以應用在數字化變電站中對電流進行采樣、分析、傳送。
文檔編號G01R15/24GK201392731SQ200920035920
公開日2010年1月27日 申請日期2009年3月12日 優先權日2009年3月12日
發明者杭 張 申請人:西安交通大學蘇州研究院