本發(fā)明涉及一種光纖電流互感器用雙采樣雙解調(diào)故障告警裝置及方法，屬于電力設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光纖電流互感器是電力系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，用于測量電流大小，為電能計量、測控保護提供測量信息，具有絕緣簡單、體積小、安全可靠、數(shù)字化、智能化及計量、測量、保護一體化等優(yōu)點，已經(jīng)在智能化變電站中批量應(yīng)用，代表互感器發(fā)展方向。光纖電流互感器基于磁光法拉第效應(yīng)及安培環(huán)路定律，即偏振光在電流產(chǎn)生的磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即相位發(fā)生改變，偏轉(zhuǎn)角與電流大小成正比。光纖電流互感器利用互易光路干涉原理，將電流引起的相位變化轉(zhuǎn)化為光強度變化，光強信號經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號后，再由ad采樣，由解調(diào)模塊對信號進行解調(diào)，解調(diào)后輸出電流信號，同時產(chǎn)生偏置信號、反饋階梯波，最后將偏置信號、階梯波疊加后共同施加到y(tǒng)波導(dǎo)器件上，完成數(shù)字閉環(huán)控制。

當(dāng)前光纖電流互感器采用單ad采樣、單解調(diào)方法，被測電流信號輸出值都是由一個ad采樣解調(diào)所得，在電力系統(tǒng)單套配置應(yīng)用時，能夠滿足使用要求。但在新一代智能智能化變電站應(yīng)用中，用戶考慮變電站的可靠性，對部分電流繼電保護配置進行冗余設(shè)計，并給出配置應(yīng)用規(guī)范，要求繼電保護用電流互感器雙重化配置、雙ad采樣，同一測量點輸出4路獨立采樣保護數(shù)據(jù)，也即同一電流保護測量點需要配置兩套獨立的電流互感器，每套互感器需要兩路獨立ad采樣并解調(diào)獨立輸出保護數(shù)據(jù)，一旦一個ad發(fā)生故障，另一路ad還能正常采樣，給出保護數(shù)據(jù)。

當(dāng)前光纖電流互感器在應(yīng)用時，為了滿足配置要求，需要在同一測量點裝配4套獨立光纖電流互感器，給出4路獨立保護數(shù)據(jù)，因此現(xiàn)有光纖電流互感器在進行雙配置方案設(shè)計時所需成本較高、結(jié)構(gòu)安裝不便，不利于工程應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光纖電流互感器用雙采樣雙解調(diào)故障告警裝置及方法，在不增加光路復(fù)雜程度的情況下，實現(xiàn)雙重化配置輸出及核心器件、調(diào)制解調(diào)模塊故障告警功能。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種光纖電流互感器用雙采樣雙解調(diào)故障告警裝置，該裝置包括兩個ad模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、電流對比輸出模塊，其中：

兩個ad模塊，在采樣時鐘的控制下，對光纖電流互感器光電探測器輸出電壓信號獨立進行采樣，得到第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)，并將其第一ad采樣數(shù)據(jù)第二ad采樣數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)處理模塊；

數(shù)據(jù)處理模塊，生成時鐘信號發(fā)送至ad模塊和da轉(zhuǎn)換模塊；按照光路本征周期，分別對兩個ad模塊輸出的第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)進行解調(diào)得到第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)，并將其輸出至電流對比輸出模塊；根據(jù)第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)，對兩個ad模塊進行故障判斷，并根據(jù)無故障電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生階梯波信號；按照光路本征周期生成偏置信號；將階梯波信號和偏置信號進行疊加，再通過da轉(zhuǎn)換成模擬信號，反饋至光纖電流互感器的y波導(dǎo)調(diào)制器，實現(xiàn)閉環(huán)控制；

電流對比輸出模塊，將第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)輸出；同時，分別將第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)進行比對，當(dāng)?shù)谝浑娏鲾?shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)之差超過預(yù)設(shè)的第二閾值時，輸出數(shù)據(jù)處理模塊故障告警信號。

所述數(shù)據(jù)處理模塊包括時序控制模塊、ad數(shù)據(jù)對比模塊、解調(diào)模塊、偏置調(diào)制波生成模塊、階梯波生成模塊、信號疊加模塊、da轉(zhuǎn)換模塊，其中：

時序控制模塊，根據(jù)光路本征周期，產(chǎn)生兩個ad模塊和da轉(zhuǎn)換模塊工作時鐘，控制ad、da器件工作運行時序；

ad數(shù)據(jù)對比模塊，根據(jù)第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)對兩個ad模塊進行故障判斷，當(dāng)同一個調(diào)制幅值內(nèi)的第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)累加平均值之差超過預(yù)設(shè)的第一閾值時，認為其中一個ad模塊存在故障，否則，認為兩個ad模塊均無故障；當(dāng)同一個ad模塊在同一調(diào)制幅值內(nèi)得到的采樣數(shù)據(jù)累加平均值在預(yù)設(shè)的合理范圍之內(nèi)時，認為該ad模塊存在故障，否則，認為該ad模塊正常，發(fā)出ad模塊故障報警信號；

解調(diào)模塊，對兩路ad采樣數(shù)據(jù)進行并行處理，獨立解調(diào)得到第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)，當(dāng)兩個ad模塊均無故障時，將第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)相加平均得到的電流數(shù)據(jù)輸出至階梯波生成模塊，當(dāng)一路ad模塊出現(xiàn)故障時，根據(jù)正常的ad模塊輸出的電流數(shù)據(jù)輸出至階梯波生成模塊；

階梯波生成模塊，根據(jù)解調(diào)模塊輸入的電流信號生成階梯波信號；

偏置調(diào)制波生成模塊，根據(jù)光路本征周期，生成偏置信號；

信號疊加模塊，將偏置信號和階梯波信號進行疊加得到反饋信號，輸出至da轉(zhuǎn)換模塊；

da轉(zhuǎn)換模塊，將反饋信號進行da轉(zhuǎn)換，并施加于光纖電流互感器的y波導(dǎo)調(diào)制器，形成閉環(huán)控制。

所述偏置信號為方波、四態(tài)波或者隨機四態(tài)波。

所述偏置信號的偏置點取值范圍為π/2～π3/4。

在光纖電流互感器同一個調(diào)制幅值內(nèi)，所述兩路ad模塊間隔交替采樣。

數(shù)據(jù)處理模塊采用可編程邏輯器件實現(xiàn)。

本發(fā)明另一個技術(shù)解決方案是：一種光纖電流互感器用雙采樣雙解調(diào)故障告警方法，該方法包括如下步驟：

(1)、采用兩路獨立的ad采樣模塊對光纖電流互感器光電探測器輸出的信號進行采樣，得到第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)；

(2)、根據(jù)第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)對兩個ad模塊進行故障判斷，當(dāng)同一個調(diào)制幅值內(nèi)的第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)累加平均值之差超過預(yù)設(shè)的第一閾值時，認為其中一個ad模塊存在故障，否則，認為兩個ad模塊均無故障；當(dāng)同一個ad模塊在同一調(diào)制幅值內(nèi)得到的采樣數(shù)據(jù)累加平均值在預(yù)設(shè)的合理范圍內(nèi)時，認為該ad模塊存在故障，否則，認為該ad模塊正常；當(dāng)兩個ad模塊均無故障時，根據(jù)第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)相加平均得到的電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生階梯波信號，當(dāng)一路ad模塊出現(xiàn)故障時，根據(jù)正常的ad模塊輸出的電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生階梯波信號，否則，根據(jù)上一個光路本征周期的電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生階梯波信號。

(3)、按照光路本征周期生成偏置信號，進入步驟(4)；

(4)、將階梯波信號和偏置信號進行疊加，之后，通過da轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號，反饋至光纖電流互感器的y波導(dǎo)調(diào)制器；

(5)、將第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)輸出，同時，分別將第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)進行比對，當(dāng)?shù)谝浑娏鲾?shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)之差超過預(yù)設(shè)的第二閾值時，輸出數(shù)據(jù)解調(diào)模塊故障告警信號。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)、本發(fā)明實現(xiàn)了單套電流互感器輸出兩路獨立ad采樣保護數(shù)據(jù)的功能，有效降低應(yīng)用成本，簡化應(yīng)用、安裝復(fù)雜程度；

(2)、本發(fā)明實現(xiàn)關(guān)鍵電子器件、核心解調(diào)模塊的故障判斷及告警功能，能夠有效避免產(chǎn)品自身故障引起保護誤操作；

(3)、本發(fā)明能夠有效提高產(chǎn)品智能化程度，降低產(chǎn)品故障檢測成本，簡化線路運行巡檢工作方式；

(4)、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本低、智能化程度高。

附圖說明

圖1為光纖電流互感器用雙采樣雙解調(diào)故障告警方法原理圖；

圖2為本發(fā)明實施例雙ad采樣時序圖；

圖3為本發(fā)明實施例數(shù)據(jù)處理模塊原理圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明涉及的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。

本發(fā)明涉及一種光纖電流互感器用雙采樣雙解調(diào)故障告警方法及裝置，所述光纖電流互感器包括光路及電路兩部分，原理圖如圖1所示。

光路主要包括光源、耦合器a、耦合器b、光電探測器、y波導(dǎo)調(diào)制器、延遲線圈、波片、敏感環(huán)和反射鏡。

光路工作原理為：光源在驅(qū)動制冷電路作用下，發(fā)出的光經(jīng)過耦合器a而進入集成光學(xué)器件，經(jīng)y波導(dǎo)集成光學(xué)器件對光進行相位調(diào)制后，輸出兩束線偏振光，其中一束光受到了相位調(diào)制，兩束線偏振光經(jīng)過經(jīng)耦合器b后，分別沿保偏光纖快軸和慢軸進入延遲線，再經(jīng)過λ/4波片轉(zhuǎn)變?yōu)閮墒鴪A偏振光，其中一束左旋，另一束右旋，進入光纖環(huán)的敏感光纖傳播，在faraday磁光效應(yīng)和被測電流共同作用下兩束橢圓偏振光產(chǎn)生相位差(其中n為圈數(shù)、v是石英維爾德常數(shù)、i為電流大小)。兩束橢圓偏振光傳播到反射鏡被反射后再次進入敏感光纖，原左旋光變?yōu)橛倚?，原右旋光變?yōu)樽笮?，再次在faraday磁光效應(yīng)和被測電流共同作用下產(chǎn)生了相位差此時總相位差變?yōu)?imgfile="bda0001332622430000052.gif"wi="307"he="62"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>兩束攜帶了電流信息的橢圓偏振光又一次經(jīng)過λ/4波片轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光，同時原來沿慢軸傳播的線偏振光變?yōu)檠乜燧S傳播，原來沿慢軸傳播的線偏振光變?yōu)檠芈S傳播，最后回到y(tǒng)波導(dǎo)集成光學(xué)器件發(fā)生干涉，干涉可將相位變換轉(zhuǎn)化為光功率變化，干涉光再由耦合器a輸出到達光電探測器，光電探測器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，信號經(jīng)前置放大即可經(jīng)電路進行信號采集、信號解調(diào)。

雙采樣雙解調(diào)故障告警裝置即為光纖電流互感器的電路部分，包括兩個ad模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、電流對比輸出模塊，其中：

兩個ad模塊，在采樣時鐘的控制下，對光纖電流互感器光電探測器輸出電壓信號獨立進行采樣，得到第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)，并將其第一ad采樣數(shù)據(jù)第二ad采樣數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)處理模塊；

數(shù)據(jù)處理模塊，生成時鐘信號發(fā)送至ad模塊和da轉(zhuǎn)換模塊；按照光路本征周期，分別對兩個ad模塊輸出的第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)進行解調(diào)得到第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)，并將其輸出至電流對比輸出模塊；根據(jù)第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)，對兩個ad模塊進行故障判斷，并根據(jù)無故障電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生階梯波信號；按照光路本征周期生成偏置信號；將階梯波信號和偏置信號進行疊加，再通過da轉(zhuǎn)換成模擬信號，反饋至光纖電流互感器的y波導(dǎo)調(diào)制器，實現(xiàn)閉環(huán)控制；

電流對比輸出模塊，將第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)輸出；兩路數(shù)據(jù)均采自同一光電探測器，在ad數(shù)據(jù)對比模塊對兩路ad判斷無故障的情況下，兩路解調(diào)電流數(shù)據(jù)應(yīng)相差不大，解調(diào)電流相差不應(yīng)超過設(shè)定閾值，因此，該模塊分別將第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)進行比對，當(dāng)?shù)谝浑娏鲾?shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)之差超過預(yù)設(shè)的第二閾值時，輸出數(shù)據(jù)處理模塊故障告警信號，防止裝置關(guān)鍵器件損壞造成電流數(shù)據(jù)異常，引起保護誤操作，如果數(shù)據(jù)正常，則按照用戶指定的通信協(xié)議發(fā)送兩路電流數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)雙重化配置要求。該模塊優(yōu)先采用單片機器件實現(xiàn)。所述第二閾值小于第一電流數(shù)據(jù)或者第二電流數(shù)據(jù)的1％。

數(shù)據(jù)處理模塊是電路核心部分，通過時序控制ad采樣、da偏置，進行數(shù)據(jù)判斷，給出告警信息；進行并行數(shù)據(jù)解調(diào)，控制偏置波形施加、階梯波反饋閉環(huán)控制，實現(xiàn)雙采樣、雙輸出、故障告警等功能，滿足電力工程應(yīng)用雙重化配置要求。

數(shù)據(jù)處理模塊采用可編程邏輯器件及數(shù)據(jù)處理算法實現(xiàn)，原理機構(gòu)如圖3所示，數(shù)據(jù)解調(diào)模塊包括時序控制模塊、ad數(shù)據(jù)對比模塊、解調(diào)模塊、偏置調(diào)制波生成模塊、階梯波生成模塊、信號疊加模塊、da轉(zhuǎn)換模塊，其中：

時序控制模塊，根據(jù)光路本征周期，產(chǎn)生兩個ad模塊和da轉(zhuǎn)換模塊工作時鐘，控制ad、da器件工作運行時序，確保在da施加偏置信號后，在同一調(diào)制幅值內(nèi)實現(xiàn)兩路ad對光電探測器信號進行交替采樣，保證兩路采樣值同步。雙ad采樣、da偏置調(diào)制時序如圖2所示，在da施加偏置波形后，在同一調(diào)制幅值內(nèi)，ad1、ad2并行采集光電探測器電信號，為避免兩個ad采樣相互影響，ad1、ad2采樣脈沖交叉間隔進行，既避免采樣影響，又能保證同一調(diào)制復(fù)制內(nèi)采樣數(shù)據(jù)大小足夠接近。

ad數(shù)據(jù)對比模塊，根據(jù)第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)對兩個ad模塊進行故障判斷，當(dāng)同一個調(diào)制幅值內(nèi)的第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)累加平均值之差超過預(yù)設(shè)的第一閾值時，認為其中一個ad模塊存在故障，否則，認為兩個ad模塊均無故障；當(dāng)同一個ad模塊在同一調(diào)制幅值內(nèi)得到的采樣數(shù)據(jù)累加平均值在預(yù)設(shè)的合理范圍之內(nèi)時，認為該ad模塊存在故障，否則，認為該ad模塊正常，發(fā)出ad模塊故障報警信號；所述第一閾值主要考察同一調(diào)制幅值內(nèi)采樣差別，由于采樣為同一探測器信號，采樣時鐘間隔交替進行，采樣數(shù)據(jù)足夠接近，兩個ad芯片差異較小，采樣接近，因此，一般情況下，第一閾值設(shè)定為20lsb。所述預(yù)設(shè)的合理范圍主要時考察ad工作中，正常采樣與故障采樣的差別，合理范圍取正常采樣經(jīng)驗值，是ad正常工作運行時采樣均值，不同產(chǎn)品應(yīng)用閾值不同。

解調(diào)模塊，對兩路ad采樣數(shù)據(jù)進行并行處理，獨立解調(diào)得到第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)，當(dāng)兩個ad模塊均無故障時，將第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)相加平均得到的電流數(shù)據(jù)輸出至階梯波生成模塊，當(dāng)一路ad模塊出現(xiàn)故障時，根據(jù)正常的ad模塊輸出的電流數(shù)據(jù)輸出至階梯波生成模塊；

階梯波生成模塊，根據(jù)解調(diào)模塊輸入的電流信號生成階梯波信號；

偏置調(diào)制波生成模塊，根據(jù)光路本征周期，生成偏置信號；所述偏置信號為方波、四態(tài)波或者隨機四態(tài)波，其偏置點取值范圍為π/2～π3/4，選擇合適的偏置點有利于提高測試線性度及靈敏度。

信號疊加模塊，將偏置信號和階梯波信號進行疊加得到反饋信號，輸出至da轉(zhuǎn)換模塊；

da轉(zhuǎn)換模塊，將反饋信號進行da轉(zhuǎn)換，并施加于光纖電流互感器的y波導(dǎo)調(diào)制器，形成閉環(huán)控制。

一種光纖電流互感器用雙采樣雙解調(diào)故障告警方法，其特征在于：

(1)、采用兩路獨立的ad采樣模塊對光纖電流互感器光電探測器輸出的信號進行采樣，得到第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)；

(2)、根據(jù)第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)對兩個ad模塊進行故障判斷，當(dāng)同一個調(diào)制幅值內(nèi)的第一ad采樣數(shù)據(jù)和第二ad采樣數(shù)據(jù)累加平均值之差超過預(yù)設(shè)的第一閾值時，認為其中一個ad模塊存在故障，否則，認為兩個ad模塊均無故障；當(dāng)同一個ad模塊在同一調(diào)制幅值內(nèi)得到的采樣數(shù)據(jù)累加平均值在預(yù)設(shè)的合理范圍內(nèi)時，認為該ad模塊存在故障，否則，認為該ad模塊正常；當(dāng)兩個ad模塊均無故障時，根據(jù)第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)相加平均得到的電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生階梯波信號，當(dāng)一路ad模塊出現(xiàn)故障時，根據(jù)正常的ad模塊輸出的電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生階梯波信號，否則，根據(jù)上一個光路本征周期的電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生階梯波信號。

(3)、按照光路本征周期生成偏置信號，進入步驟(4)；

(4)、將階梯波信號和偏置信號進行疊加，之后，通過da轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號，反饋至光纖電流互感器的y波導(dǎo)調(diào)制器；

(5)、將第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)輸出，同時，分別將第一電流數(shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)進行比對，當(dāng)?shù)谝浑娏鲾?shù)據(jù)和第二電流數(shù)據(jù)之差超過預(yù)設(shè)的第二閾值時，輸出數(shù)據(jù)解調(diào)模塊故障告警信號。

綜上所述，本發(fā)明裝置及方法能夠?qū)崿F(xiàn)對同一電流互感器光路進行雙采樣雙解調(diào)、閉環(huán)調(diào)制及ad采樣故障告警、數(shù)據(jù)處理模塊故障告警等功能。本發(fā)明的方案具備結(jié)構(gòu)簡單、成本低、智能化程度高的優(yōu)點。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。