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专利名称：光电式直流电流互感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子式电流互感器技术领域，具体涉及一种光电式直流 电流互感器。
背景技术：
目前在电力系统中广泛应用的是电磁式电压、电流互感器。但是，随着 电力系统向大容量、髙电压的方向发展，厂、站、和系统数字化测量、保护、 调度和控制已成为发展的趋势。对电力设备提出的小型化、智能化、髙可靠 性的要求也越来越髙。现有电磁式互感器由于其结构特点和存在的不足已不 能满足这种要求。
直流电流互感器是直流输电系统中测量和继电保护的最基本单元，目 前，国内许多直流输电系统采用的仍然是传统的电磁式电流互感器，其难以 直接完成计算机技术对电流完整信息进行数字化处理的要求，难以实现电网 对电量参数变化的在线监测，阻碍了电力系统自动化向更髙水平发展，因此 寻求一种能与数字化网络配套使用的新型电流互感器成为电网安全髙效运 行的迫切需要。
传统的直流电流互感器通常基于铁心线圈的电磁效应，这使得它难以准 确反映暂态电流，此外，当系统出现较大的故障电流时。该互感器可能会饱 和，准确度下降。另一方面，随着电压的升髙，它的体积和重量大大增加。 绝缘成本升高，价格昂贵。
早在上世纪50年代，国外如ABB、 SIMENS、 ALSTOM等公司开始进 行新式互感器的研究，光电互感器就是主要的一种。90年代初，国外已应 用到电力系统中。特别是九十年代后期IEC60044-7《电子式电压互感器》、 IEC60044-8《电子式电流互感器》、IEC61850《变电站网络和系统》等标准 的相继颁布，规范了电子式互感器的技术要求，为电子式互感器的推广应用 奠定了基础。光电互感器是髙压、超髙压电子式互感器的主力设备，也必须 在这些标准的规范下进行设计和制造、试验和运行。然而这些研究尚未得到 突出的进展，本发明由此而来。发明内容
本实用新型主要目的在于提供一种光电式直流电流互感器，解决了现有技 术中直流电流互感器的电流完整信息不能为计算机所监测以及直流电流互 感器准确度不高、绝缘成本较高；现有技术中光电互感器研发尚不成熟不能 满足市场需求等缺点。
为了解决现有技术中的这些问题，本实用新型提供的技术方案如下
一种光电式直流电流互感器，包括釆集器和合并器，其特征在于所述采 集器和合并器间通过光纤传输数据和能量，所述采集器接收分流器和空心线
圈两路模拟量输入，完成模数转换后通过光纤发送给合并器；所述合并器接 受采集器的信号，并通过以太网输出给目的设备。
优选的，所述的采集器为数个采集器，每个采集器通过两根光纤与合并 器进行能量和数据的传递。
优选的，所述采集器用来对模拟量输入进行采样、模数转换并通过光纤 传送数据到合并器所述合并器通过光纤给采集器提供能量。
优选的，所述采集器内设置数个采样点，所述采样点同步采样，釆集器 设置采样频率。
优选的，所述的空心线圈为罗格夫斯基线圈。
优选的，所述采集器和合并器可以是一对一、一对多或多对一组合形式。 优选的，所述合并器还由同步时钟输入接收同步信号，并可以接收模拟 量输入信号。
优选的，所述合并器具有两个以太网电/光100base—Fx/10Base-FL数
据接口，把从采集器接收的数据处理后，以IEC61850标准协议传输发送采
说胁报 样奴据。
优选的，所述合并器设置16路模拟量信号输入接口。 优选的，所述采集器采用低功耗CPU。更为优选的，采用超低功耗16 位RISC体系的CPU。
本发明优选技术方案中采集器可通过分流器采集主直流电流信号，空心 线圈采集直流纹波信号，激光取能为采集器提供电源。单台合并器可以接收 并处理来自8个采集器的数字信号外，还可以处理电磁式互感器提供的直流电流模拟量输入，兼顾电子式互感器与传统互感器混合应用。单台合并器具 有2个以太网电/光lOObase —Fx/10Base-FL数据接口 ，把从采集器接收的数 据处理后，以IEC61850标准协议发送采集数据。
本发明技术方案中电子式互感器采用光纤传输数据，电气绝缘性能好； 输出使用标准的IEC61850协议，实现数据多终端共享，具有良好的通用性 与适用性；增加了模拟量信号输入接口，可兼容传统的电磁式互感器采样； 采集器采用低功耗设计和抗EMC设计，适用于在各种恶劣的外部环境下良 好工作。本发明主要适用于+800KV电压等级直流髙电压大电流的传变，并 以数字信号形式通过光纤提供给保护、测量等相应装置。
本实用新型采用由合并器统一控制各采集器每个采样点同步时刻的方 式，完美的处理了同步采样及采样频率这一棘手问题。合并器可以接收外部 的秒脉冲同步信号同步，也可以向外部发送秒脉冲同步信号。本实用新型采 用采样频率可设置的方式，用户可通过合并器设置采集器采样频率，达到与
其他电子式互感器数据兼容的目的。
本实用新型采用标准的IEC61850协议转发采样数据，具有较强的适用 性、可扩展性及前瞻性。
由于目前很多的供配电场所对电流采样，主要还是使用传统的电磁式电 流互感器，本实用新型的合并器装置增加了 16路模拟量信号输入接口，可 以对16路的电流信号进行采样、处理及传送，解决了在传统采集系统中的 兼容性问题。
本实用新型的采集器采用低功耗技术设计，全部耗电功耗低于50mW, 利于其在髙低温等恶劣环境下的长时间工作，对激光电源及取能线圈的功率 要求比较低利于系统的可靠实现。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述

图1为本发明实施例光电式直流电流互感器的结构示意图。 其中l为分流器，2为空心线圈，3为采集器，4为合并器，5为光纤， 6为同步时钟，7为模拟量输入，8为目的设备。
具体实施方式
为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下本发明人列举出具体的实 施例来明技术效果；需要强调的是，这些实施例是用于说明本发明而不限于 限制本发明的范围。实施例如图，该光电式直流电流互感器包括8个采集器3和1个合并 器4,采集器和合并器间通过光纤5传输数据和能量，采集器接收分流器1 和空心线圈2两路模拟量输入，完成模数转换后通过光纤发送给合并器；采 集器内设置数个采样点，所述采样点同步采样，采集器设置采样频率。采集 器采用超低功耗16位RISC体系的CPU。采集器用来对模拟量输入进行采 样、模数转换并通过光纤传送数据到合并器合并器通过光纤给采集器提供 能量。通过分流器采集主直流电流信号，空心线圈采集电流纹波信号，激光 取能为采集器提供电源。采集器用来对模拟量输入进行采样、模数转换并通过光纤传送数据到合 并器。采集器与合并器制之间仅通过两根光纤进行能量和数据的传递。采集器提供两路模拟量输入，分别是保护电流和测量电流，经低通滤波进入模数 转换回路。模数转换回路采用高精度的、高采样率的16位AD转换器，其 信噪比可以达到90分贝。采集器采用超低功耗16位RISC体系的CPU,保 证在较低的功率消耗下，取得良好的性能。电子式互感器对各个采集器采样时刻的同步要求非常严格，一般采用对 各采样数据加时标的方法实现，但是该方法造成数据量增加，数据处理复杂， 时标对时误差等问题。电子式互感器的采样数据因为采样频率不一致(例如 一个采用80fr另一个采用200fr速度采样)，造成用户数据处理比较麻烦， 一般采用插值法进行采样补偿计算，但是插值法会造成数据运算量增加，引 入干扰数据等问题。本装置中各采集器每个采样点同步采样，可设置采集器 采样频率解决了这个问题。由于激光电源比较稳定，目前电子式互感器的供能，主要采用激光从低 电位侧通过光纤将光能量传送到髙电位侧，再由光电转换器件(光电池)将光 能量转换为电能量，给高压侧采集器供能。但是对于激光电源的使用寿命没 有真实的实际检验，对于其持久性的工作能力没有有效的说服力。本装置通 过合并器通过光纤给采集器提供能量。另外对采集器做低功耗设计，满足激光供电的功率要求。传感头部件包括分流器、空心线圈；传感头部件与电力设备的髙压部分 等电位，转变后的电压和电流模拟量由采集器就地转换成数字信号并通过光 纤传送到合并器单元，合并器单元接收并转换成符合IEC61850-9格式的数 据通过光纤以太网提供给保护、测量等设备。空心线圈为罗格夫斯基线圈，罗哥夫斯基线圈是由非磁性材料为骨架构 成的空心线圈，因此不会出现磁饱和以及磁滞现象，这些特点决定了罗哥夫 斯基线圈做传感器具有良好的线性度和暂态特性。所以罗哥夫斯基线圈输出 的电压信号用于保护最具有优越性。合并器设置16路模拟量信号输入接口，合并器接受采集器的信号，并 通过以太网输出给目的设备8。合并器由同步时钟6输入接收同步信号，并 可以接收模拟量输入信号7。合并器具有两个以太网电/光 100base-Fx/10Base-FL数据接口，把从采集器接收的数据处理后，以及把来 自其它模拟式互感器的信号量转换成数字信号，以IEC61850-9标准协议传 输发送采样数据。单台合并器可以接收并处理来自8个采集器的数字信号 外，还可以处理电磁式互感器提供的电流模拟量输入，兼顾电子式互感器与 传统互感器混合应用。外绝缘采用了硅橡胶复合有机绝缘，增强了设备的抗环境变化的能力。 采用了无油化，无气体的设计方案。整个传感器和信号柱都用特种绝缘脂真 空灌封。设备绝缘强度髙。无漏油、漏气的隐患，可靠性强。采集器处于和 被测高电压等电位的密闭而屏蔽的传感头中，采集器和合并器的信号、能量 传输通过光缆来进行，增加了设备的抗电磁干扰能力，数据可靠性大大提髙。 光电互感器具有自检功能，在通讯故障或互感器其他故障时，因收不到校样 码正确的数据而发出互感器故障报警信号。采用分流器作传感头，体积小、成本低。髙、低压电路间信号用光纤传 输，绝缘问题容易解决，整个系统也具有体积小、重量轻、成本低的特点。 光电互感器仅为传统直流电流互感器的1/40,使用光纤连接，髙、低压问没 有电气连接，具有良好的动态性能。另外它无电磁干扰、无铁磁损耗、安全 可靠、与电力自动化系统网络兼容。主要适用于+800KV电压等级直流髙电 压大电流的传变，并以数字信号形式通过光纤提供给保护、测量等相应装置。数字化变电站中对电流进行采 样、分析、传送。上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技 术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护 范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的 保护范围之内。
权利要求1.一种光电式直流电流互感器，包括采集器和合并器，其特征在于所述采集器和合并器间通过光纤传输数据和能量，所述采集器接收分流器和空心线圈两路模拟量输入，完成模数转换后通过光纤发送给合并器；所述合并器接受采集器的信号，并通过以太网输出给目的设备。
2、 根据权利要求1所述的光电式直流电流互感器，其特征在于所述的 采集器为数个采集器，每个采集器通过两根光纤与合并器进行能量和数据的 传递。
3、 根据权利要求1所述的光电式直流电流互感器，其特征在于所述采 集器用来对模拟量输入进行采样、模数转换并通过光纤传送数据到合并器； 所述合并器通过光纤给采集器提供能量。
4、 根据权利要求3所述的光电式直流电流互感器，其特征在于所述采 集器内设置数个采样点，所述采样点同步采样，采集器设置采样频率。
5、 根据权利要求1所述的光电式直流电流互感器，其特征在于所述的 空心线圏为罗格夫斯基线圈。
6、 根据权利要求1所述的光电式直流电流互感器，其特征在于所述采 集器和合并器可以是一对一、 一对多或多对一组合形式。
7、 根据权利要求1所述的光电式直流电流互感器，其特征在于所述合 并器还由同步时钟输入接收同步信号，并可以接收模拟量输入信号。
8、 根据权利要求1所述的光电式直流电流互感器，其特征在于所述合 并器具有两个以太网电/光100base-Fx或10Base-FL数据接口，把从采集器 接收的数据处理后，以IEC61850标准协议传输发送采样数据。
9、 根据权利要求1所述的光电式直流电流互感器，其特征在于所述合 并器设置16路模拟量信号输入接口。
10、 根据权利要求1 9中任意一项所述的光电式直流电流互感器，其 特征在于所述采集器采用低功耗CPU。
专利摘要本实用新型公开了一种光电式直流电流互感器，包括采集器和合并器，其特征在于所述采集器和合并器间通过光纤传输数据和能量，所述采集器接收分流器和空心线圈两路模拟量输入，完成模数转换后通过光纤发送给合并器；所述合并器接受采集器的信号，并通过以太网输出给目的设备。本装置具有电气绝缘性能好；输出使用标准的IEC61850协议，实现数据多终端共享，具有良好的通用性与适用性；可兼容传统的电磁式互感器采样；可以应用在数字化变电站中对电流进行采样、分析、传送。
文档编号G01R15/24GK201392731SQ200920035920
公开日2010年1月27日 申请日期2009年3月12日 优先权日2009年3月12日
发明者杭 张 申请人:西安交通大学苏州研究院