專利名稱：電子式電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力系統(tǒng)的電力測(cè)量、保護(hù)和分析設(shè)備，具體地說(shuō)是 電子式電流互感器。
技術(shù)背景
電流互感器是電力系統(tǒng)中較重要的高壓設(shè)備之一，它被廣泛地應(yīng)用于繼電 保護(hù)、電流測(cè)量和電力系統(tǒng)分析之中。隨著超高壓輸變電的發(fā)展，由于繼電保 護(hù)、電氣設(shè)備自動(dòng)化程度及電力系統(tǒng)絕緣等級(jí)的提高，以及超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的 大規(guī)模建設(shè)，電磁式電流互感器的缺點(diǎn)也越來(lái)越明顯體積大，不便于安裝， 造價(jià)也越來(lái)越高。因此一種基于現(xiàn)代光電、半導(dǎo)體技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)成就而發(fā) 展的電氣測(cè)量的新方法應(yīng)運(yùn)而生，即為電子式電流互感器，新型的電子式電流 互感器具有測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)電流范圍大、頻率測(cè)量特性寬和絕緣性能高等特 點(diǎn)，能夠滿足表計(jì)和繼電保護(hù)的數(shù)字化。兩種電子式電流互感器無(wú)源式電子 式電流互感器由于其穩(wěn)定性問(wèn)題目前還沒有走出實(shí)驗(yàn)室，而有源式電子式電流 互感器也存在著一些技術(shù)問(wèn)題供電電源問(wèn)題、測(cè)量的安全性問(wèn)題及絕緣隔離 問(wèn)題；并且電子元件在運(yùn)行過(guò)程中受電磁干擾的影響，輸出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生漂移或 失真，所測(cè)量結(jié)果與實(shí)際數(shù)值相差很大。 實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是針對(duì)以上不足而提供一種電子式電流 互感器，該電子式電流互感器采用線圈供能和激光供能復(fù)合供能方式，提供了 穩(wěn)定的工作電源；采用光纖絕緣子，絕緣性能好，抗電磁干擾能力強(qiáng)，使用壽 命長(zhǎng)；采用了積分移相電路，解決了測(cè)量結(jié)果與實(shí)際數(shù)值相差很大的問(wèn)題。本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是
一種電子式電流互感器，主要由采樣線圈、保護(hù)線圈、傳感頭組件、光纖 絕緣子、激光器組件和低壓側(cè)信號(hào)處理單元構(gòu)成，傳感頭組件包括依次連接的
光電轉(zhuǎn)換器、DC—DC轉(zhuǎn)換電路、1/8MUX、邏輯控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和LED， 其中采樣線圈、保護(hù)線圈連接在母線上，采樣線圈將采集的能量經(jīng)過(guò)依次連 接的1/8MUX、邏輯控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、LED、光纖絕緣子后輸入到低壓側(cè) 信號(hào)處理單元進(jìn)行處理；激光器組件將采集的能量經(jīng)過(guò)依次連接的光纖絕緣子、 光電轉(zhuǎn)換器、DC—DC轉(zhuǎn)換電路、1/8MUX、邏輯控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、LED后 再通過(guò)光纖絕緣子輸入到低壓側(cè)信號(hào)處理單元進(jìn)行處理。
所述的低壓側(cè)信號(hào)處理單元還與微電腦或示波器連接，用以顯示輸出信號(hào) 進(jìn)行監(jiān)控。
所述的激光器組件由激光器、光源調(diào)節(jié)器和電源構(gòu)成，電源與激光器連接， 用于向激光器供電，光源調(diào)節(jié)器與激光器連接，用以調(diào)節(jié)激光器輸出光源的大 小。
所述的低壓側(cè)信號(hào)處理單元包括依次連接的D/A轉(zhuǎn)換電路和連接積分移相 電路，經(jīng)過(guò)光纖絕緣子傳輸?shù)男盘?hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后送入積分移相電路，完成積 分移相功能，實(shí)現(xiàn)多級(jí)過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)。
所述的光纖絕緣子主要由光纖、芯棒、護(hù)套、傘裙和金具構(gòu)成，芯棒的兩 端設(shè)有金具，芯棒的中部穿接有光纖，芯棒的外側(cè)具有護(hù)套，芯棒的兩側(cè)設(shè)有 傘裙。
所述的芯棒的中部設(shè)有方形槽，光纖穿接在方形槽中。 所述的光纖為2-4根，且必須將外層纖維和塑料保護(hù)層剝離，而使得光纖 涂覆層裸露。所述的方形槽內(nèi)的光纖由硅橡膠直接粘接。
所述的積分移相電路由運(yùn)算放大器u及其外圍電路構(gòu)成，運(yùn)算放大器u的
正向輸入端與地之間串接有電阻R2;運(yùn)算放大器U的負(fù)向輸入端串接有電阻R0， 運(yùn)算放大器U的負(fù)向輸入端與輸出端之間并接有電阻R1和電容C。 本實(shí)用新型所能達(dá)到的有益效果是
1、 本實(shí)用新型采用激光供能和線圈供能復(fù)合供能方式，.為傳感頭提供穩(wěn)定 可靠的電源，同時(shí)兩種供能方式的自動(dòng)切換，有效的保護(hù)了激光器，延長(zhǎng)了激 光器的使用壽命。
2、 本實(shí)用新型采用了光纖絕緣子，電絕緣性能好、抗電磁干擾強(qiáng)、動(dòng)態(tài)測(cè) 量范圍大、頻率響應(yīng)范圍寬，還可和計(jì)算機(jī)、示波器連接，實(shí)現(xiàn)多功能，智能 化的要求。
3、 本實(shí)用新型的積分移相電路能夠很方便地調(diào)整輸入、輸出信號(hào)間的夾角， 可同時(shí)完成積分再移相的功能，使得輸出信號(hào)不易產(chǎn)生漂移和失真，測(cè)量值與 真實(shí)值之間的誤差小。


圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型復(fù)合供能方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型光纖絕緣子的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型積分移相電路的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述
如圖l、圖2、圖3、圖4所示該電子式電流互感器，主要由采樣線圈l、
保護(hù)線圈2、傳感頭組件、光纖絕緣子6、激光器組件和低壓側(cè)信號(hào)處理單元構(gòu)成，傳感頭組件包括依次連接的光電轉(zhuǎn)換器7、 DC—DC轉(zhuǎn)換電路8、 1/8MUX、邏 輯控制電路9、 A/D轉(zhuǎn)換電路10和LED11，采樣線圈l、保護(hù)線圈2連接在母線 上，釆樣線圈1將采集的能量經(jīng)過(guò)依次連接的1/8MUX、邏輯控制電路9、 A/D轉(zhuǎn) 換電路IO、 LEDll、光纖絕緣子6后輸入到低壓側(cè)信號(hào)處理單元進(jìn)行處理；激光 器組件將采集的能量經(jīng)過(guò)依次連接的光纖絕緣子6、光電轉(zhuǎn)換器7、 DC—DC轉(zhuǎn)換 電路8、 1/8MUX、邏輯控制電路9、 A/D轉(zhuǎn)換電路10、 LED11后再通過(guò)光纖絕緣 子6輸入到低壓側(cè)信號(hào)處理單元進(jìn)行處理。其中激光器組件由激光器4、光源 調(diào)節(jié)器5和電源3構(gòu)成，電源3與激光器4連接，用于向激光器4供電，光源 調(diào)節(jié)器5與激光器4連接，用以調(diào)節(jié)激光器4輸出光源的大??；低壓側(cè)信號(hào)處 理單元包括依次連接的D/A轉(zhuǎn)換電路12和連接積分移相電路13，經(jīng)過(guò)光纖絕緣 子6傳輸?shù)男盘?hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后送入積分移相電路13，完成積分移相功能，實(shí) 現(xiàn)多級(jí)過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)，積分移相電路13還與PC機(jī)14連接，用以顯示輸出信 號(hào)進(jìn)行監(jiān)控。由于電源供應(yīng)部分是有源式電子式電流互感器系統(tǒng)的核心部分， 其作用就是給傳感頭組件提供穩(wěn)定的電源，并且能保證提供給傳感頭組件電子 線路足夠的能量，它能否可靠穩(wěn)定的提供工作電源決定了電子式電流互感器能 否可靠運(yùn)行工作。激光器供能的啟動(dòng)電流很小，并且激光器供能具有穩(wěn)定性高 等特點(diǎn)，考慮到激光器的使用壽命問(wèn)題，選用激光供能和線圈供能復(fù)合供能方 式作為電源的供應(yīng)，這種優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)電子式電流互感器的供能，當(dāng)母線電 流大于最小啟動(dòng)電流時(shí)，使用采樣線圈1供能方式；當(dāng)母線電流低于最小啟動(dòng) 電流時(shí)，使用激光供能方式。并且當(dāng)母線電流在最小啟動(dòng)電流變化時(shí)，能實(shí)現(xiàn) 兩種供能方式的自動(dòng)切換。
光纖絕緣子6主要由光纖61、芯棒65、護(hù)套66、傘裙63和金具62構(gòu)成， 芯棒65的兩端設(shè)有金具62，芯棒65的中部的方形槽64內(nèi)穿接有四根光纖61，芯棒65的外側(cè)具有護(hù)套66，芯棒65的兩側(cè)設(shè)有傘裙63。需要說(shuō)明的是光纖 61必須將外層纖維和塑料保護(hù)層剝離，而使得光纖61涂覆層裸露，光纖61由 硅橡膠直接粘接。傳感頭組件安裝在高壓側(cè)，處于高電位，而低壓側(cè)信號(hào)處理 單元卻在地面上，處于低電位，高低壓側(cè)通過(guò)光纖61來(lái)傳遞信號(hào)，若光纖61 直接暴露在空氣中，則由于受外界因素(氣候、灰塵等)的影響，很可能造成 光纖61表面的沿面放電，因此本方案釆用了裸光纖61鑲?cè)虢^緣子的方法，絕 緣子選用的是220kV等級(jí)的合成絕緣子，它由芯棒65、傘裙63和金具62組成， 將裸光纖61鑲?cè)虢^緣子的方法是在芯棒65的邊緣沿芯棒65的軸線銑出一個(gè) 方形槽64，然后在方形槽64內(nèi)放入四根裸光纖61 (兩根為備用光纖61)，再在 芯棒65的外層壓制硅橡膠護(hù)套66和傘裙63，必須指出的是， 一般來(lái)說(shuō)所購(gòu)的 光纖61,因?yàn)槁愎饫w61涂覆層外面有纖維和塑料保護(hù)層，這樣兩層之間就有空 氣，然而空氣在高電壓下比有機(jī)硅或有機(jī)樹脂更容易被擊穿，造成爬電。為此 必須將外層剝離，而使得裸光纖61涂覆層的材料與硅橡膠直接粘接，不產(chǎn)生氣 隙，從而增強(qiáng)了絕緣和抗干擾能力。
積分移相電路由運(yùn)算放大器U及其外圍電路構(gòu)成，運(yùn)算放大器U的正向輸 入端與地之間串接有電阻R2;運(yùn)算放大器U的負(fù)向輸入端串接有電阻RO，運(yùn) 算放大器U的負(fù)向輸入端與輸出端之間并接有電阻R1和電容C。通過(guò)對(duì)電阻R1、 電容C參數(shù)的調(diào)整很方便地改變工頻輸入、輸出信號(hào)間的夾角，可同時(shí)完成積 分再移相的功能，使得輸出信號(hào)不易產(chǎn)生漂移和失真。
權(quán)利要求1、一種電子式電流互感器，主要由采樣線圈(1)、保護(hù)線圈(2)、傳感頭組件、光纖絕緣子(6)、激光器組件和低壓側(cè)信號(hào)處理單元構(gòu)成，傳感頭組件包括依次連接的光電轉(zhuǎn)換器(7)、DC-DC轉(zhuǎn)換電路(8)、1/8MUX、邏輯控制電路(9)、A/D轉(zhuǎn)換電路(10)和LED(11)，其特征在于采樣線圈(1)、保護(hù)線圈(2)連接在母線上，采樣線圈(1)將采集的能量經(jīng)過(guò)依次連接的1/8MUX、邏輯控制電路(9)、A/D轉(zhuǎn)換電路(10)、LED(11)、光纖絕緣子(6)后輸入到低壓側(cè)信號(hào)處理單元進(jìn)行處理；激光器組件將采集的能量經(jīng)過(guò)依次連接的光纖絕緣子(6)、光電轉(zhuǎn)換器(7)、DC-DC轉(zhuǎn)換電路(8)、1/8MUX、邏輯控制電路(9)、A/D轉(zhuǎn)換電路(10)、LED(11)后再通過(guò)光纖絕緣子(6)輸入到低壓側(cè)信號(hào)處理單元進(jìn)行處理。
2、 如權(quán)利要求l所述的電子式電流互感器，其特征在于低壓側(cè)信號(hào)處 理單元還與PC機(jī)(14)連接，用以顯示輸出的信號(hào)并進(jìn)行監(jiān)控。
3、 如權(quán)利要求l所述的電子式電流互感器，其特征在于激光器組件由 激光器(4)、光源調(diào)節(jié)器(5)和電源(3)構(gòu)成，電源(3)與激光器(4) 連接，用于向激光器(4)供電，光源調(diào)節(jié)器(5)與激光器(4)'連接，用以 調(diào)節(jié)激光器(4)輸出光源的大小。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的電子式電流互感器，其特征在于低壓側(cè)信 號(hào)處理單元包括依次連接的D/A轉(zhuǎn)換電路(12)和連接積分移相電路(13)， 經(jīng)過(guò)光纖絕緣子(6)傳輸?shù)男盘?hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后送入積分移相電路(13)， 完成積分移相功能，實(shí)現(xiàn)多級(jí)過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)。
5、 如權(quán)利要求1所述的電子式電流互感器，其特征在于光纖絕緣子(6) 主要由光纖(61)、芯棒(65)、護(hù)套(66)、傘裙(63)和金具(62)構(gòu)成，芯棒(65)的兩端設(shè)有金具(62)，芯棒(65)的中部穿接有光纖(61)，芯 棒(65)的外側(cè)具有護(hù)套(66)，芯棒(65)的兩側(cè)設(shè)有傘裙(63)。
6、 如權(quán)利要求5所述的電子式電流互感器，其特征在于芯棒(65)的 中部設(shè)有方形槽(64)，光纖(61)穿接在方形槽(64)中。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的電子式電流互感器，其特征在于光纖(61) 為2-4根，光纖(61)的涂覆層裸露。
8、 如權(quán)利要求7所述的電子式電流互感器，其特征在于方形槽(64) 內(nèi)的光纖(61)由硅橡膠直接粘接。
9、 如權(quán)利要求4所述的電子式電流互感器，其特征在于積分移相電路 由運(yùn)算放大器(U)及其外圍電路構(gòu)成，運(yùn)算放大器(U)的正向輸入端與地 之間串接有電阻(R2);運(yùn)算放大器(U)的負(fù)向輸入端串接有電阻(R0)，運(yùn) 算放大器(U)的負(fù)向輸入端與輸出端之間并接有電阻(Rl)和電容(C)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種電子式電流互感器，主要由采樣線圈、保護(hù)線圈、傳感頭組件、光纖絕緣子、激光器組件和低壓側(cè)信號(hào)處理單元構(gòu)成，采樣線圈、保護(hù)線圈連接在母線上，采樣線圈將采集的能量經(jīng)過(guò)依次連接的1/8MUX、邏輯控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、LED、光纖絕緣子后輸入到低壓側(cè)信號(hào)處理單元進(jìn)行處理；激光器組件將采集的能量經(jīng)過(guò)依次連接的光纖絕緣子、光電轉(zhuǎn)換器、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、1/8MUX、邏輯控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、LED后再通過(guò)光纖絕緣子輸入到低壓側(cè)信號(hào)處理單元進(jìn)行處理。本實(shí)用新型采用激光供能和線圈供能復(fù)合供能方式，為傳感頭提供穩(wěn)定可靠的電源；光纖絕緣子的電絕緣性能好、抗電磁干擾強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01R15/00GK201146102SQ20072009237
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月25日
發(fā)明者付迎栓, 劉發(fā)展, 呂利敏, 張偉政, 牛建中, 王正剛, 博 胡 申請(qǐng)人:河南省電力公司鄭州供電公司;鄭州祥和集團(tuán)電氣設(shè)備有限公司;鄭州祥宇科技開發(fā)有限公司