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      一種測量高壓電流的裝置及其方法

      文檔序號:5839161閱讀:151來源:國知局
      專利名稱:一種測量高壓電流的裝置及其方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及DECS數(shù)字式電子電流傳感器、測量系統(tǒng),特別涉及一種測量高壓電流的裝 置及其方法。
      技術(shù)背景現(xiàn)有的主流電流互感器主要應(yīng)用電磁感應(yīng)原理,屬于特殊變壓器的一種。主要由線圈、 鐵心、外殼、引線和絕緣構(gòu)件組成。通過不同匝數(shù)比的線圈組,將大電流轉(zhuǎn)換為可測量的電 流(<5A)。由于變壓器(電機)的工作特性所決定,存在測量范圍窄、量程內(nèi)誤差非線性分 布、不能測量故障信號、體積與重量龐大(以220kv級1250A電流互感器互感器為例,體積 850*650*3580mm,總重約1200kg,其中變壓器油重約350kg)等缺點,特別是對地絕緣處 理困難,導(dǎo)致使用、維護(hù)復(fù)雜、壽命短、原材料消耗巨大,同時也使電力行業(yè)的重要火災(zāi)隱 患。另外,現(xiàn)有的主流電流互感器只是電流測量系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換裝置,需要其他的儀表和設(shè)備與 之配套才能形成電流測量功能,自身只是系統(tǒng)中的一個部件。新近開發(fā)出的應(yīng)用"偏振光在電場中產(chǎn)生相位變化"原理的"無源光電式電流互感器"。由 于偏振光學(xué)晶體加工難度大,導(dǎo)致量產(chǎn)時產(chǎn)品的一致性差、調(diào)校技術(shù)復(fù)雜,精度與電磁式互 感器相比沒有改觀,價格昂貴。"Rogowski空心線圈原理"電流互感器。Rogowski空心線圈原理提出伊始就是為了開發(fā) 電流互感器,但由于電壓信號動態(tài)范圍大、功率小、穩(wěn)定性差,故未廣泛應(yīng)用。由于技術(shù)進(jìn) 步,可對信號進(jìn)行動態(tài)補償,但全系統(tǒng)的精度和可靠性受原始信號影響大,差強人意。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、精度高、量程寬、體 積小、重量輕、安全可靠、使用壽命長、安裝維護(hù)簡便的測量高壓電流的裝置。 本發(fā)明還提供了一種利用上述測量裝置測量高壓電流的方法。為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取的技術(shù)方案是 一種測量高壓電流的裝置,該裝置包括 高壓部分和地面接收部分,所述的高壓部分通過專用光纜連接地面接收部分,所述地面接收 部分將信號通過電纜傳輸給監(jiān)控系統(tǒng);所述的高壓部分包括高壓線上的傳感器部分,所述的 傳感器部分包括信號采集、中央處理控模塊路,所述的信號采集、中央處理控制模塊連接有載流電阻和光電轉(zhuǎn)換電路;所述的地面接收部分包括數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊,所述的數(shù)據(jù) 處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接有光電轉(zhuǎn)換模塊和信號輸出接口 。
      所述的信號采集、中央處理控制模塊連接有電源管理模塊,所述的數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換 模塊與電源管理電路連接。
      所述的載流電阻串聯(lián)在被測電路中。
      所述的中央處理控制模包括
      轉(zhuǎn)換單元,用于接收信號采集電路模塊發(fā)送的模擬電壓信號,將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù) 字電壓信號,并發(fā)送數(shù)字電壓信號;
      封包單元,用于接收轉(zhuǎn)換單元發(fā)送的數(shù)字電壓信號,并將數(shù)字電壓信號組成數(shù)字電壓數(shù) 據(jù)包,發(fā)送數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包;
      數(shù)字加密單元,用于接收封包單元發(fā)送的數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包,并對數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包進(jìn)行 4B5B編碼,發(fā)送經(jīng)過4B5B編碼的數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包。
      所述的載流電阻采用空心結(jié)構(gòu)。
      所述的信號采集、中央處理控制模塊、光電轉(zhuǎn)換電路、電源管理模塊設(shè)置在所述載流電 阻的空心結(jié)構(gòu)內(nèi)。
      本發(fā)明還提供了一種測量高壓電流的方法,包括以下的步驟 步驟11:采集高壓傳輸線上的載流電阻兩端的模擬電壓信號; 步驟12:對模擬電壓信號進(jìn)行數(shù)字化處理,得到數(shù)字電壓信號;
      步驟13:將數(shù)字電壓信號組成數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包,并對數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)字加密;
      步驟14:將經(jīng)過數(shù)字加密的電壓數(shù)據(jù)包承載到光信號中,并發(fā)送光信號。
      步驟15:接收到步驟14傳下的光信號后,進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,發(fā)送至數(shù)字處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模
      塊;
      步驟16:數(shù)字處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊將下傳信號進(jìn)行解密、IP識別、數(shù)據(jù)包解壓縮、信號 還原、信號處理、信號分劈,將各類信號分發(fā)致輸出接口,輸出。 本發(fā)明的有益效果可概括為
      O在樸素的理論上創(chuàng)新。電流流經(jīng)電阻產(chǎn)生壓降原理、導(dǎo)體內(nèi)部電場、磁場為零原理是 經(jīng)典的電學(xué)基礎(chǔ)原理。電流流經(jīng)電阻產(chǎn)生壓降值在大電流環(huán)境中,由于干擾嚴(yán)重,被測信號 淹沒在背景噪聲中,難于測量。加之其他方面的技術(shù)原因,以上兩原理在國內(nèi)外的同行業(yè)中 的大電流測量方面沒有應(yīng)用案例。本發(fā)明將以上兩原理同時應(yīng)用于大電流的測量和電磁環(huán)境 的凈化,同時開發(fā)、應(yīng)用了UV直接測量技術(shù)、數(shù)字加密抗干擾技術(shù)以及微電子技術(shù)、光傳輸技術(shù)等。
      2) 測量精度高,參數(shù)多,量程寬,直接采用數(shù)字化技術(shù)。除可測量傳統(tǒng)電流互感器測量 的電流參數(shù)外,系統(tǒng)還可以檢測波形、頻率、裝置內(nèi)溫度參數(shù),還可進(jìn)行溫度系數(shù)整定。精 度較傳統(tǒng)設(shè)備提高一個數(shù)量級。單一規(guī)格量程可涵蓋目前所有同類產(chǎn)品。也可使電力部門在 電能計量方面更精確、更合理、更公平,提高電力部門的管理和經(jīng)營水平。
      3) 結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、安全可靠、安裝維護(hù)簡便、使用壽命長。與傳統(tǒng)設(shè)備相 比較,由于體積、重量大幅度減小。其中線上部分的傳感器整機與傳統(tǒng)的電流互感器相比, 重量由噸級減至十千克級(其中絕大部分重量是為了滿足電流通過所需得導(dǎo)體重量)。線下部 分的終端設(shè)備與傳統(tǒng)的互感器配套的儀表和設(shè)備相比,由立方米級的空間占用減小到 480*45*300mm (為便于安裝和布置,采用19英寸1U標(biāo)準(zhǔn)插箱,即標(biāo)準(zhǔn)機柜插箱的最小規(guī) 格)。大量節(jié)省了原材料,省去了安裝過程中的起吊作業(yè);由于采用干式結(jié)構(gòu),省去了體積龐 大的陶體絕緣體和變壓器油,安全可靠,大幅度減少了日常巡視的工作量,杜絕了由互感器 引起的火災(zāi);由于本身自成系統(tǒng),省去了與傳統(tǒng)互感器配套使用的儀表和其他配套設(shè)備
      4) 由于體積、重量的大幅度縮小和本身的結(jié)構(gòu)特點,大幅度的減少了鋼材、有色金屬的 材料消耗,省去了加工困難、制造時對環(huán)境污染大的陶瓷絕緣塔和絕緣油料,全系統(tǒng)中除電 子元器件和線路板外,絕大部分材料可以方便的回收再利用或在自然環(huán)境中毀滅、分解。在 節(jié)能降耗、減輕環(huán)境污染壓力、可持續(xù)發(fā)展等方面性能優(yōu)異。
      因此本發(fā)明具有系統(tǒng)創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)簡單、精度高、量程寬、體積小、重量輕、安全可靠、 使用壽命長、安裝維護(hù)簡便、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。


      圖1是本發(fā)明測量高壓電流的裝置示意圖2是本發(fā)明測量高壓電流的裝置高壓部分的安裝示意圖3是本發(fā)明測量高壓電流方法的流程圖。
      圖中l(wèi)高壓部分,101光電轉(zhuǎn)換電路,102信號采集、中央處理控制模塊,1021中央處
      理控制模塊,1022信號采集模塊,103載流電阻,104電源管理模塊,105備用電池,106供 電線路,2地面接收部分,201數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊,202光電轉(zhuǎn)換模塊,203信號輸出 接口, 204電源管理電路,205顯示、打印、鍵盤、鼠標(biāo)接口。
      具體實施例方式
      下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明,但不作為對本發(fā)明的限定。
      參見圖1, 一種測量高壓電流的裝置,包括高壓部分1和地面接收部分2,高壓部分1通過專用光纜連接地面接收部分2,地面接收部分2將信號通過電纜傳輸給監(jiān)控系統(tǒng);所述的 高壓部分1包括高壓線上的傳感器部分,傳感器部分固定在高壓線或母線、開關(guān)等設(shè)備上; 傳感器部分包括信號采集、中央處理控制模塊102,信號采集、中央處理控制模塊102連接 有載流電阻103、光電轉(zhuǎn)換電路IOI、電源管理模塊104,載流電阻103串聯(lián)在被測電路中; 地面接收部分2包括數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊201,數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊201連接有光 電轉(zhuǎn)換模塊202和信號輸出接口 203、電源管理電路204,數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊201還可 以根據(jù)需要連接顯示、打印、鍵盤、鼠標(biāo)接口 205,電源管理模塊104和電源管理電路203 分別還連接有備用電池105,地面接收部分2布置于變配電站的控制室或其他的合適空間內(nèi)。 參見圖2,載流電阻103為空心結(jié)構(gòu),兩端串聯(lián)在被測電路中,載流電阻103兩個連接端 的引出線分別與信號采集模塊1022連接,載流電阻的阻值可以根據(jù)需要來進(jìn)行選定,中央處 理控制模塊1021、光電轉(zhuǎn)換電路101、電源管理模塊104都置于載流電阻103內(nèi)部,中央處 理控制模塊1021、分別與信號采集模塊1022、光電轉(zhuǎn)換電路101和電源管理模塊104連接; 電源管理模塊104分別連接備用電池105與供電線路106,光電轉(zhuǎn)換電路101連接地面接收 部分2。
      高壓端電子電路及附屬電子設(shè)備可布置于載流電阻元件的空心結(jié)構(gòu)內(nèi),也可布置在電、 磁雙重屏蔽的箱體或筒體內(nèi)。
      信號采集模塊1022,用于采集載流電阻兩端產(chǎn)生的模擬電壓信號,并發(fā)送模擬電壓信號; 在中央處理模塊的控制下,信號采集電路按照設(shè)定的時間間隔,采集電壓信號,所以,采集 到的模擬電壓信號由時間分量和電壓分量構(gòu)成。時間分量具體是指采集模擬電壓信號的時刻, 電壓分量具體是指在模擬電壓信號采集時刻的載流電阻兩端的電壓值;采集模擬電壓信號的 時間間隔是可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置的,例如20ms/28=78.13us。
      中央處理控制模塊1021,用于控制信號采集模塊的信號采集和接收信號采集模塊發(fā)送的 模擬電壓信號,將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號,并對數(shù)字電壓信號進(jìn)行封包和加密處 理,發(fā)送經(jīng)過封包和加密處理的數(shù)字電壓信號。
      光電轉(zhuǎn)換電路IOI,用于接收中央處理控制模塊發(fā)送的數(shù)字電壓信號,并將數(shù)字電壓信號 轉(zhuǎn)換為光信號,發(fā)送光信號。
      電源管理模塊104,用于向中央處理控制模塊提供工作電源;電源管理模塊從高壓傳輸線 上獲得電能。
      備用電池105,用于向電源管理模塊和電源管理電路提供備用電源。 中央處理控制模塊包括轉(zhuǎn)換單元、封包單元和數(shù)字加密單元;轉(zhuǎn)換單元,用于接收信號采集電路模塊發(fā)送的模擬電壓信號,將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù) 字電壓信號,并發(fā)送數(shù)字電壓信號;
      封包單元,用于接收轉(zhuǎn)換單元發(fā)送的數(shù)字電壓信號,并將數(shù)字電壓信號組成數(shù)字電壓數(shù) 據(jù)包,發(fā)送數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包;
      數(shù)字加密單元,用于接收封包單元發(fā)送的數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包,并對數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包進(jìn)行 4B5B編碼,發(fā)送經(jīng)過4B5B編碼的數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包。
      參見圖3,本發(fā)明還提供了一種測量高壓電流的方法,具體包括以下步驟
      步驟11:采集高壓傳輸線上的載流電阻兩端的模擬電壓信號;
      載流電阻兩端的模擬電壓信號是連續(xù)的,為了方便的進(jìn)行數(shù)字化,信號采集電路模塊在 中央模塊的控制下按照設(shè)定的時間間隔,進(jìn)行電壓信號的采集。采集后的電壓信號由時間分 量和電壓分量構(gòu)成;時間分量具體是指采集模擬電壓信號的時刻,電壓分量具體是指在模擬 電壓信號采集時刻的載流電阻兩端的電壓值;采集模擬電壓信號的時間間隔是可以根據(jù)需要 進(jìn)行設(shè)置的,例如20ms/28=78.13uS;包含兩個分量的電壓信號,在復(fù)原后可以形成一個以時 間為X軸的電壓分量點組成的波形,電壓分量點對應(yīng)Y軸的高度既是電壓分量數(shù)值。
      步驟12:對模擬電壓信號進(jìn)行數(shù)字化處理,得到數(shù)字電壓信號;
      步驟13:將數(shù)字電壓信號組成數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包,并對數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)字加密; 數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包的組包格式中,包頭為目的IP地址,包尾為CRC檢驗碼,中間部分為 數(shù)字電壓數(shù)據(jù);目的IP地址標(biāo)識了數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包所要到達(dá)的目的地;CRC校驗碼是用來校 驗數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包是否為需要的數(shù)據(jù)包;數(shù)字電壓數(shù)據(jù)具體由經(jīng)過數(shù)字化處理的時間分量和 電壓分量構(gòu)成;
      將數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)字加密具體是將數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包進(jìn)行4B5B編碼。 步驟14:將經(jīng)過數(shù)字加密的電壓數(shù)據(jù)包承載到光信號中,并發(fā)送光信號; 以上步驟完成了高壓部分,以下是地面接收部分
      步驟15:接收到高壓部分即步驟14傳下的光信號,進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,發(fā)送至數(shù)字處理、協(xié) 議轉(zhuǎn)換模塊;
      步驟16:數(shù)字處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊將下傳信號進(jìn)行解密、IP識別、數(shù)據(jù)包解壓縮、信號 還原、信號處理、信號分劈,將各類信號分發(fā)致輸出接口,輸出。還可以根據(jù)需要配置顯示、 打印、鍵盤、鼠標(biāo)接口等設(shè)備。
      以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之 內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
      權(quán)利要求
      1.一種測量高壓電流的裝置,其特征在于該裝置包括高壓部分和地面接收部分,所述的高壓部分通過專用光纜連接地面接收部分,所述地面接收部分將信號通過電纜傳輸給監(jiān)控系統(tǒng);所述的高壓部分包括高壓線上的傳感器部分,所述的傳感器部分包括信號采集、中央處理控模塊路,所述的信號采集、中央處理控制模塊連接有載流電阻和光電轉(zhuǎn)換電路;所述的地面接收部分包括數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊,所述的數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接有光電轉(zhuǎn)換模塊和信號輸出接口。
      2. 按權(quán)利要求l所述的測量高壓電流的裝置,其特征在于所述的信號采集、中央處理 控制模塊連接有電源管理模塊,所述的數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊與電源管理電路連接。
      3. 按權(quán)利要求l所述的測量高壓電流的裝置,其特征在于所述的載流電阻串聯(lián)在被測 電路中。
      4. 按權(quán)利要求1所述的測量高壓電流的裝置,其特征在于所述的中央處理控制模包括 轉(zhuǎn)換申-元,用于接收信號采集電路模塊發(fā)送的模擬電壓信號,將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號,并發(fā)送數(shù)字電壓信號;封包單元,用于接收轉(zhuǎn)換單元發(fā)送的數(shù)字電壓信號,并將數(shù)字電壓信號組成數(shù)字電壓數(shù) 據(jù)包,發(fā)送數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包;數(shù)字加密單元,用于接收封包單元發(fā)送的數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包,并對數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包進(jìn)行4B5B 編碼,發(fā)送經(jīng)過4B5B編碼的數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包。
      5. 按權(quán)利要求l-4任一項所述的測量高壓電流的裝置,其特征在于所述的載流電阻采 用空心結(jié)構(gòu)。
      6. 按權(quán)利要求5所述的測量高壓電流的裝置,其特征在于所述的信號采集、中央處理 控制模塊、光電轉(zhuǎn)換電路、電源管理模塊設(shè)置在所述載流電阻的空心結(jié)構(gòu)內(nèi)。
      7. —種測量高壓電流的方法,包括以下的步驟步驟11:采集高壓傳輸線上的載流電阻兩端的模擬電壓信號; 步驟12:對模擬電壓信號進(jìn)行數(shù)字化處理,得到數(shù)字電壓信號;步驟13:將數(shù)字電壓信號組成數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包,并對數(shù)字電壓數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)字加密; 步驟14:將經(jīng)過數(shù)字加密的電壓數(shù)據(jù)包承載到光信號中,并發(fā)送光信號; 步驟15:接收步驟14傳下的光信號后,進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,發(fā)送至數(shù)字處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊; 步驟16:數(shù)字處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊將下傳信號進(jìn)行解密、IP識別、數(shù)據(jù)包解壓縮、信號 還原、信號處理、信號分劈,將各類信號分發(fā)致輸出接口,輸出。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種測量高壓電流的裝置及其方法,該裝置包括高壓部分和地面接收部分,高壓部分包括信號采集、中央處理控制模塊,信號采集、中央處理控制模塊連接載流電阻和光電轉(zhuǎn)換電路;地面接收部分包括數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊,數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接光電轉(zhuǎn)換電路和信號輸出接口。本發(fā)明使用電子電路對載流電阻兩端的壓降進(jìn)行采樣、分析、模擬,再進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換、調(diào)制、加密、光電轉(zhuǎn)換,經(jīng)光纖或光纜傳致地面接收部分;地面接收部分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,將信號傳遞給控制計算機。另分劈出數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換,傳遞給傳統(tǒng)的模擬類設(shè)備。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、量程寬、體積小、重量輕、安全可靠、使用壽命長、安裝維護(hù)簡便的優(yōu)點。
      文檔編號G01R19/25GK101320059SQ20081011706
      公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
      發(fā)明者潘新愿, 平 王, 蘇明義, 震 董 申請人:董 震;潘新愿
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