基于光學電流互感器的差動保護裝置的制造方法
【專利摘要】基于光學電流互感器的差動保護裝置，屬于電力系統繼電保護領域，本發明為解決現有繼電保護裝置需要將電流互感器檢測的電流信息以同步采樣方式傳輸給數字化保護裝置，在變電站中必須要配置完備同步裝置的問題。差動保護裝置的兩個光電轉換電路分別接收本側光學電流互感器和對側光學電流互感器測量的電流信息，轉換成電信號，分別經過兩個前置濾波放大電路處理后輸送至微處理器，獲得差動保護判斷結果，判斷結果經由I/O口，通過第一電光轉換電路傳輸至執行單元；微處理器將獲得的被測電流信息經由I/O口發送給顯示電路顯示，被測電流信息同時通過第二電光轉換電路轉換成光脈沖信號，傳輸至合并單元。本發明用于電力系統的繼電保護。
【專利說明】
基于光學電流互感器的差動保護裝置
技術領域
[0001] 本發明屬于電力系統繼電保護領域，具體涉及一種差動保護裝置。
【背景技術】
[0002] 基于法拉第磁光效應原理的光學電流互感器，能獲取準確的、無時延的、同步的電 流波形，能解決常規電磁式互感器存在磁飽和與頻帶受限等原理性問題，提高電網的暫態 電流測量能力。目前，光學電流互感器技術已趨于成熟，相應的產品在智能變電站中也得到 了越來越多的應用。光學電流互感器優良的測量性能在繼電保護領域逐步得到應用，新原 理和新技術保護裝置的研究也逐步展開。
[0003] 當前，電力系統中的繼電保護裝置，都是將電流互感器檢測到的電流信息以電信 號的方式傳遞給繼電保護裝置，在繼電保護裝置中進行故障判據的運算和結果判定，電信 號易受電磁干擾。在智能變電站中，都是將電流互感器檢測到的電流信息以同步采樣的方 式傳輸給數字化保護裝置，在變電站中必須要配置完備的同步裝置以實現保護裝置接收信 息的同步。
【發明內容】
[0004] 本發明目的是為了解決現有繼電保護裝置需要將電流互感器檢測到的電流信息 以同步采樣的方式傳輸給數字化保護裝置，在變電站中必須要配置完備的同步裝置的問 題，提供了一種基于光學電流互感器的差動保護裝置。
[0005] 本發明所述基于光學電流互感器的差動保護裝置，差動保護裝置通過光纖接收本 側光學電流互感器和對側光學電流互感器測量的電流信息，差動保護裝置將獲得的差動保 護判斷結果通過光纖輸出至執行單元，差動保護裝置將獲得的被測電流信息通過光纖以串 口通信形式傳輸至合并單元，差動保護裝置通過光纖接收激光器的激光能量，將光能轉換 成電能；
[0006] 差動保護裝置包括第一光電轉換電路、第二光電轉換電路、第一前置濾波放大電 路、第二前置濾波放大電路、微處理器、第一電光轉換電路、第二電光轉換電路、顯示電路、 光電池和電源管理電路;第一光電轉換電路和第二光電轉換電路分別通過光纖接收本側光 學電流互感器和對側光學電流互感器測量的電流信息，并將接收到的光信號轉換成電信 號，然后將電信號分別經過第一前置濾波放大電路和第二前置濾波放大電路處理后輸送至 微處理器，微處理器內的ADC將接收到的信號轉換成數字信號，微處理器根據保護判據獲得 差動保護判斷結果，差動保護判斷結果經由微處理器的I/O 口，通過第一電光轉換電路轉換 成光脈沖信號，由光纖傳輸至保護的執行單元;微處理器將獲得的被測電流信息經由微處 理器的I/O 口發送給顯示電路顯示，被測電流信息同時通過第二電光轉換電路轉換成光脈 沖信號，通過光纖以串口通信形式傳輸至合并單元;光電池通過光纖接收激光器的激光能 量，光電池將光能轉換成電能，通過電源管理電路給差動保護裝置的各電路模塊提供電能。
[0007] 本發明的優點：本發明的差動保護裝置直接接收光學電流互感器的光信號，沒有 智能變電站保護系統的信號同步問題，簡化了保護系統的構成，同時差動保護裝置對外全 部采用光纖接口，增強了抗干擾電磁能力;本發明的差動保護裝置基于光學電流互感器，直 接利用光學電流互感器測量得到的全電流，無需任何濾波環節，實現實時動作，從而使從故 障發生到保護動作的時間大大縮短。本發明的差動保護裝置在采用光學電流互感器的智能 電網中將有良好的應用前景。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發明所述基于光學電流互感器的差動保護裝置的結構示意圖；
[0009] 圖2是應用本發明的基于光學電流互感器的差動保護裝置的線路電流差動保護系 統示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0010] 一:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述基于光學電流互 感器的差動保護裝置，差動保護裝置3通過光纖接收本側光學電流互感器1和對側光學電流 互感器2測量的電流信息，差動保護裝置3將獲得的差動保護判斷結果通過光纖輸出至執行 單元5，差動保護裝置3將獲得的被測電流信息通過光纖以串口通信形式傳輸至合并單元6， 差動保護裝置3通過光纖接收激光器4的激光能量，將光能轉換成電能；
[0011] 差動保護裝置3包括第一光電轉換電路3-1、第二光電轉換電路3-2、第一前置濾波 放大電路3-3、第二前置濾波放大電路3-4、微處理器3-5、第一電光轉換電路3-6、第二電光 轉換電路3-7、顯示電路3-8、光電池 3-9和電源管理電路3-10;第一光電轉換電路3-1和第二 光電轉換電路3-2分別通過光纖接收本側光學電流互感器1和對側光學電流互感器2測量的 電流信息，并將接收到的光信號轉換成電信號，然后將電信號分別經過第一前置濾波放大 電路3-3和第二前置濾波放大電路3-4處理后輸送至微處理器3-5,微處理器3-5內的ADC將 接收到的信號轉換成數字信號，微處理器3-5根據保護判據獲得差動保護判斷結果，差動保 護判斷結果經由微處理器3-5的I/O口，通過第一電光轉換電路3-6轉換成光脈沖信號，由光 纖傳輸至保護的執行單元5;微處理器3-5將獲得的被測電流信息經由微處理器3-5的I/O 口 發送給顯示電路3-8顯示，被測電流信息同時通過第二電光轉換電路3-7轉換成光脈沖信 號，通過光纖以串口通信形式傳輸至合并單元6;光電池3-9通過光纖接收激光器4的激光能 量，光電池 3-9將光能轉換成電能，通過電源管理電路3-10給差動保護裝置3的各電路模塊 提供電能。
[0012] 本實施方式中，被測電流信息同時通過第二電光轉換電路3-7轉換成光脈沖信號， 通過光纖以串口通信形式傳輸至合并單元6，以供遠端監測使用。
[0013] 本實施方式中，所述的微處理器3-5選擇德州儀器(TI)公司生產MSP430系列的超 低功耗、高性能的16位微處理器的MSP430F149,它可以在超低功耗模式下工作，可靠性高， 在加強電干擾時運行不受影響，適應工業級的運行環境;它內部包含8路12位模數轉換模塊 (ADC)，并具有連續轉換功能，可以在多次轉換完成后再去處理結果，多次轉換結果平滑后 輸出，能起到提高模數轉換位數的效果。
[0014]本實施方式中，所述的差動保護裝置3采用微功耗設計，其功率消耗可由激光供 給，激光器(4)通過光纖將激光能量傳輸至光電池 3-9,光電池 3-9將光能轉換成電能，通過 電源管理電路3-10給差動保護裝置3的各電路模塊供能。
[00?5]【具體實施方式】二:本實施方式對實施方式一作進一步說明，本側光學電流互感器1 和對側光學電流互感器2采用相同的光學電流互感器，第一光電轉換電路3-1和第二光電轉 換電路3-2采用相同的光電轉換電路，第一前置濾波放大電路3-3和第二前置濾波放大電路 3-4采用相同的濾波放大電路。
【具體實施方式】 [0016] 三:本實施方式對實施方式二作進一步說明，光學電流互感器的數 量為大于等于2的正整數;光電轉換電路和濾波放大電路的數量均與光學電流互感器的數 量相同。
[0017] 本發明中，圖2為應用本發明的基于光學電流互感器的差動保護裝置的線路電流 差動保護系統示意圖。本側光學電流互感器1測得的電流信息^通過光纖傳輸至差動保護 裝置3,同時對側的對側光學電流互感器2測量的電流信息^通過光纖傳輸至差動保護裝置 3，差動保護裝置3基于光學電流互感器測量的全電流信息，按照全電流差動保護判據一：
[0019]
為全電流差動保護判據的動作量
電流差動保護判據的制動量，im、in為線路兩側同相電流采樣瞬時值，tl為計算初始時刻，Δ t為積分時間窗口，KS(3t為制動系數定值，Idw為最小動作電流門檻定值。
[0020] 或者，按照全電流差動保護判據二：
[0022]
為差動保護的動作量， 差動保護的制動量。
[0023]根據上述判據進行判定，如果滿足判據，則判定為本相線路區內故障，本相差動保 護動作，否則為本相線路區外故障，本相差動保護不動作。
【主權項】
1. 基于光學電流互感器的差動保護裝置，其特征在于，差動保護裝置(3)通過光纖接收 本側光學電流互感器（1)和對側光學電流互感器(2)測量的電流信息，差動保護裝置(3)將 獲得的差動保護判斷結果通過光纖輸出至執行單元(5)，差動保護裝置(3)將獲得的被測電 流信息通過光纖以串口通信形式傳輸至合并單元(6)，差動保護裝置(3)通過光纖接收激光 器(4)的激光能量，將光能轉換成電能； 差動保護裝置(3)包括第一光電轉換電路(3-1)、第二光電轉換電路(3-2)、第一前置濾 波放大電路(3-3)、第二前置濾波放大電路(3-4)、微處理器(3-5)、第一電光轉換電路(3-6)、第二電光轉換電路(3-7)、顯示電路(3-8)、光電池(3-9)和電源管理電路(3-10);第一光 電轉換電路(3-1)和第二光電轉換電路(3-2)分別通過光纖接收本側光學電流互感器(1)和 對側光學電流互感器(2)測量的電流信息，并將接收到的光信號轉換成電信號，然后將電信 號分別經過第一前置濾波放大電路(3-3)和第二前置濾波放大電路(3-4)處理后輸送至微 處理器(3-5)，微處理器(3-5)內的ADC將接收到的信號轉換成數字信號，微處理器(3-5)根 據保護判據獲得差動保護判斷結果，差動保護判斷結果經由微處理器(3-5)的I/O口，通過 第一電光轉換電路(3-6)轉換成光脈沖信號，由光纖傳輸至保護的執行單元(5);微處理器 (3-5)將獲得的被測電流信息經由微處理器(3-5)的I/O 口發送給顯示電路(3-8)顯示，被測 電流信息同時通過第二電光轉換電路(3-7)轉換成光脈沖信號，通過光纖以串口通信形式 傳輸至合并單元(6);光電池(3-9)通過光纖接收激光器(4)的激光能量，光電池(3-9)將光 能轉換成電能，通過電源管理電路(3-10)給差動保護裝置(3)的各電路模塊提供電能。2. 根據權利要求1所述的基于光學電流互感器的差動保護裝置，其特征在于，本側光學 電流互感器（1)和對側光學電流互感器(2)采用相同的光學電流互感器，第一光電轉換電路 (3-1)和第二光電轉換電路(3-2)采用相同的光電轉換電路，第一前置濾波放大電路(3-3) 和第二前置濾波放大電路(3-4)采用相同的濾波放大電路。3. 根據權利要求2所述的基于光學電流互感器的差動保護裝置，其特征在于，光學電流 互感器的數量為大于等于2的正整數;光電轉換電路和濾波放大電路的數量均與光學電流 互感器的數量相同。
【文檔編號】H02H3/26GK106026049SQ201610590354
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月25日
【發明人】劉志清, 尹東, 王興振, 高貴生, 王國朋, 張國慶, 于文斌, 郭志忠, 王貴忠, 汪興, 岳恒先, 張保華, 劉俊方, 邵志宇, 張健, 王運劭, 呂春暉
【申請人】國網山東省電力公司聊城供電公司, 國家電網公司, 哈爾濱工業大學, 哈工大（張家口）電力科學技術研究所