一種一體化電子式互感器裝置的製作方法
2023-06-22 23:29:31
專利名稱：一種一體化電子式互感器裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種一體化電子式互感器裝置，屬於電子式互感器技術領域，是ー種把數據合併単元同電流、電壓信號採集轉換單元、通信単元、工作電源、備用電源都集中布置在一體式電子互感器的ー個指定相的高電位端的裝置，其二次輸出為符合IEC61850規約的數位訊號。
背景技術：
目前在工程上常用的對電壓和電流信號進行數位化轉換的方法有很多種。主要的有以下三種類型第一種，用各自獨立的傳統的電磁式電流互感器、電壓互感器將高電壓、大電流降低成為通用的低電壓、小電流(例如額定電流5安或1A、額定電壓100伏)，然後用設置在低壓端的信號轉換裝置將低電壓和小電流的模擬信號轉換為相應的數位訊號。這種技術的 優點在於它是ー種成熟的技術，產品質量穩定。它的缺點主要有電磁式電流互感器和電壓互感器存在體積大、佔用空間大，耗費材料，特別是耗費大量的金屬材料的問題，不符合當前國際國內節能降耗的要求。第二，信號採集裝置設置在低電位，由於二次接線過長，使幹擾信號對二次電流、二次電壓的小模擬量信號的影響很大，容易引入幹擾，使繼電保護誤動和影響測量精度。第三，電磁式電壓互感器在某些運行方式下可能產生鐵磁諧振，從而誘發電カ系統重大事故。第四，電磁式電流互感器由於通常使用矽鋼片作為鐵芯，在事故電流很大的情況下會發生磁飽和，使繼電保護裝置拒動。第五，電磁式電流互感器、電壓互感器絕緣結構複雜，其造價隨電壓等級的提高呈指數關係上升。為了克服上述缺點，近幾年開始推廣使用的電子式互感器新技術可以較好地解決上述問題。第二種，用非傳統的小信號輸出的電壓和電流互感器(被國際電エ組織定義為電子式互感器的ー種類型，其輸出為數十毫安電流和數伏電壓的小模擬量信號)替代傳統電磁型互感器，供就近安裝的繼電保護裝置或信號轉換裝置使用。這ー類技術的特點是，信號採集轉換、數據處理(合併打包)和通信都是在低壓側完成的。它的優點在於電流、電壓互感器小型化，使體積減小和材料節省。同時由於它的輸出值很小，使得其後的信號採集轉換單元的可以直接使用其輸出值，而不用對模擬量進行二次轉換，簡化了信號採集轉換單元結構。它的缺點在幹，這種轉換技術在本質上與傳統的技術原理是相似的，技術並沒有本質的進步。其次，由於其二次輸出的模擬量很小，更容易受到幹擾，只能就地轉換和使用，限制了使用範圍。第三種，按相把由模數轉換晶片和計算機晶片構成的信號採集轉換單元與非傳統的電流和/或電壓傳感器一同置於高電位端。在高壓側獲取単相的電壓和/或電流信號，A、B、C三相分別通過絕緣性能很好的光纖將高壓側採集轉換得到的電壓和電流的數位訊號傳輸到低壓側的合併單元，合併單元將收到的各相信號按IEC 61850規約打包傳送到數據傳輸網絡或者監測儀表、控制裝置和繼電保護裝置。這是典型的電子式電壓互感器或電子式電流互感器。這種技術的主要特點是第一、電子式電壓互感器或電子式電流互感器的絕緣結構大大簡化，體積小、重量輕，電壓等級越高其性價比優勢越明顯。第二、電壓和電流信號的採集轉換、數據處理和通信都是在高壓側完成的。使用光纜而不是電纜作為信號傳輸工具，實現了高低壓的徹底隔離，不存在電磁式電壓互感器二次迴路短路或電磁式電流互感器二次迴路開路給設備和人身造成的危害，安全性和可靠性大大提高。第三、非常規互感器在原理上與傳統互感器有著本質的區別，一般不用矽鋼片鐵芯做磁稱合。因此消除了磁飽和及鐵磁諧振現象，從而使互感器運行的暫態響應好，動態範國大，測量精度高，頻率響應範圍寬。第四、輸出採用光纖，數據傳輸抗幹擾能力強。沒有常規的銅芯二次導線，它可以使材料特別是金屬材料大量的節省。 第五、這種技術可以使傳感器和採集處理單元完全融合，很容易進行整體誤差校驗。它的缺點在於第一、三相電壓和三相電流的信號是由分別在A、B、C三相的信號採集轉換單元單獨進行的，對信號同步採集的要求較高。第二、轉換後三相電壓和電流數位訊號要分別用光纖傳送到指定位置的合併單元，進行數據打包後向網絡傳送，這會導致相間光纖通信通道的増加，使通信単元和合併單元的結構複雜，増加很多電光/光電轉換接ロ，功耗增加，技術實現難度較大。第三、除了増加生產製造成本外，這種結構還會增加高壓信號採集裝置的故障發生概率。這是ー種近年來逐漸普及的新技木，尤其在IlOkV及以上電壓等級中經濟技術優勢明顯。
發明內容
本發明的目的是解決上述技術問題，提供ー種3_35kV —體化電子式互感器裝置，將電流信號採集部分、電壓信號採集部分直接傳送至一體式電子互感器某一相的高電位端，在該高電位端，將信號轉換為相應的數位訊號，由合併單元對轉換後的數位訊號按IEC61850的規約要求進行合併打包，由通信単元通過光纖或者其它媒介將信號包傳送到低壓端(或其它高壓端)的測量儀表、儀器、繼電保護、控制裝置或者數據傳輸網絡。本發明的技術方案本發明的ー種一體化電子式互感器裝置包括電流信號採集部分、電壓信號採集部分、信號處理單元、工作電源，在3_35kV三相交流電中確定ー個指定相，其它兩相為非指定相；信號處理單元、工作電源直接集成在指定相的高壓電位端；電流信號採集部分包括三相電流傳感器La、Lb、Lc，三相電流傳感器La、Lb、Lc的一次側分別串接在三相高壓電流迴路中，三相電流傳感器的二次線圈連接到指定相上的信號處理單元；電壓信號採集部分包括第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相之間，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2的低壓臂與指定相相連接，高壓臂與非指定相連接，分壓信號接入到指定相上的信號處理單元。所述相間分壓器使用非鐵磁型傳感器，如電容分壓器或電阻分壓器或阻容分壓器。所述的一體化電子式互感器裝置，每相電流傳感器有ー個或兩個二次電流線圏，使用非鐵磁型線圈，如羅氏線圈和低功耗電流互感器(LPCT);指定相上的電流傳感器的一、二次側處在同一電位，非指定相上的電流傳感器的一、二次之間絕緣隔離，耐壓水平是按照相間電壓水平設計的。所述信號處理單元的工作電能由取能分壓器供給，取能分壓器包括第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4，第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4的分壓臂都連接到エ作電源的輸入端，取能分壓器分別連接在兩個非指定相與指定相之間。所述的信號處理單元包括依次連接的信號採集轉換單元、中央處理器、合併單元、通信単元，信號處理單元工作在指定相的高電位點，以指定相高電位為基準，對電流和電壓信號進行同步採集，轉換為數位訊號，並將數位訊號按照IEC 61850的規約打包，由通信單元使用光纖或其它媒介發送。所述的一體化電子式互感器裝置，在指定相的高電位點設有鋰電池和/或超級電容器作為備用電源。所述的一體化電子式互感器裝置，將信號處理單元、工作電源、備用電源用金屬盒進行電磁屏蔽。所述的一體化電子式互感器裝置，將電流信號採集部分、電壓信號採集部分、信號處理單元、工作電源及其連接導線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成ー個一體化的電子式互感器裝置。 所述的一體化電子式互感器裝置，將電流信號採集部分、電壓信號採集部分、取能分壓器、信號處理單元、工作電源及其連接導線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成ー個ー體化的電子式互感器裝置。所述的一體化電子式互感器裝置，將將信號處理單元、工作電源、備用電源用金屬盒進行電磁屏蔽，將電流信號採集部分、電壓信號採集部分、取能分壓器、金屬屏蔽盒及其連接導線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成ー個一體化的電子式互感器裝置。本發明的優點本發明與現有的電子式互感器技術相比較具有以下創新點I、把合併單元同信號採集轉換單元、通信単元、工作電源、備用電源直接集成ー個指定相(例如B相)的高電位點；非指定相(例如A相和C相)的電流傳感器二次電流傳送到指定相(例如B相)的高電位，這為本發明的方案設計奠定了技術基礎。2、在指定相的高電位上實現對三相計量電流信號、三相保護電流信號、三個相間電壓信號的同步採集、轉換為數位訊號，並將數位訊號按IEC 61850規約的要求進行合併打包，通過光纖(或其它媒介)傳輸到低壓端或其它高壓端的數據使用裝置或數據傳輸網絡。3、簡化了信號處理單元(包括信號採集轉換單元、中央處理器、合併單元和通信單元)的硬體和軟體設計。省掉許多電光/光電轉換接ロ電路，使電子電路的結構更簡單，功耗更小，運行更穩定。本發明與現有技術相比較具有如下優勢I、本發明的結構更簡單、裝置體積更小、佔用空間更小。2、本發明可以安裝在不能提供低壓工作電源的戶外杆塔上、環網櫃或者廂式變壓器中，滿足特殊條件下的運行要求。3、本發明節省材料，降低電子式互感器的總體生產成本。4、本發明更容易通過各種高低壓型式試驗。5、本發明的電流、電壓互感器三相電流、電壓各信號之間的同步誤差更小，準確度更高。
圖I是本發明一體化電子式互感器裝置的原理框圖。
具體實施例方式本發明把信號處理單元直接設置在3_35kV的ー個指定相的高壓端，其二次輸出為符合IEC 61850規約的數位訊號。不同於現有的在三相各設置ー個信號採集轉換單元，在低壓側設置合併單元的構造方法。本發明包括電流信號採集部分、電壓信號採集部分、信號處理單元、工作電源，在3-35kV三相交流電中確定ー個指定相，其它兩相為非指定相；信號處理單元、工作電源直接集成在指定相的高壓電位端；電流信號採集部分包括三相電流傳感器La、Lb、Lc，三相電流傳感器La、Lb、Lc的一次側分別串接在三相高壓電流迴路中，三相電流傳感器的二次線圈連接到指定相上的信號處理單元；電壓信號採集部分包括第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相 之間，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2的低壓臂與指定相相連接，高壓臂與非指定相連接，分壓信號接入到指定相上的信號處理單元。本發明對三相計量電流信號(IA1、I BI、IC1)、三相保護電流信號(IA2、I B2、IC2)、三個相間電壓信號(U AB,U BC、U CA)集中進行同步採集、轉換為數位訊號，並將數位訊號按IEC61850規約的要求進行合併打包，通過光纖(或其它媒介)傳輸到低壓端(或其它高壓端)的數據使用裝置或者數據傳輸網絡。本發明的電流傳感器使用羅氏線圈和低功耗電流互感器(LPCT)構成，指定相(例如B相)的電流傳感器Lb的一、二次電流處在同一電位，非指定相(例如A相和C相)的電流傳感器La、Lc 一、二次電流是絕緣隔離的，電流傳感器的二次電流都連接到指定相高電位的信號採集轉換單元的電流輸入端。本發明通過相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2在指定相)的高點位點獲取非指定相與指定相之間的相間電壓信號(例如U AB, U BC)。本發明的信號處理單元包括信號採集轉換單元、中央處理器、合併單元和通信單元，信號處理單元工作在指定相(例如B相)的高電位端，信號採集轉換單元以指定相的電位作為參考電位，對六個電流信號、三個電壓信號進行同步採集，轉換為相應的數位訊號，經過數據處理、合井，對轉換後的電流和電壓的數位訊號按照IEC 61850的規約合併打包，通信単元使用光纖或小無線或GPRS或載波或紅外作為通信媒介將打包後的信號傳送到低壓端(也不排出其他的高電位端)的測量儀表、儀器、繼電保護、控制裝置或者數據傳輸網絡。本發明的信號處理單元部分的工作電源由取能分壓器供給，取能分壓器包括第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4，第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4的分壓臂都連接到工作電源的輸入端，取能分壓器分別連接在兩個非指定相與指定相之間。取能分壓器利用專用分壓器(例如電容分壓器)為處在指定相高電位的信號採集轉換單元、中央處理器。合併單元和通訊單元提供工作能量。本發明將信號採集轉換單元、中央處理器CPU、合併單元、通訊單元、供電電源、備用電源用金屬盒進行電磁屏蔽，將三相電流傳感器La、Lb、Lc (含三相計量電流傳感器、三相保護電流傳感器)、第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2、第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4和金屬屏蔽盒及其連接導線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成ー個一體化電子式互感器裝置，其二次輸出為符合IEC 61850規約的數位訊號。如圖I所示，在指定相(例如B相)的高電位端得到了上述電壓二次信號和電流ニ次信號之後，由信號採集轉換單元以指定相(例如B相)的電位作為參考電位，集中進行六個電流量、三個電壓量的同步採樣、轉換為相應的數字量。信號處理單元的構成原理和方法與低壓端信號採集轉換裝置相同。在高電位運行的信號處理單元與低壓端信號採集裝置的運行環境不同，需要對信號處理單元進行專門的的電磁屏蔽保護設計。此外，信號處理單元的功耗也要設計得小於傳統的低壓端信號採集轉換單元的功耗。如圖I所示，在本發明信號處理單元都處在指定相(例如B相)的高電位上。所以，信號處理單元的結果需要通過通信信道傳遞到低電位端(也不排出其他的高電位端)指定的裝置或者網絡，提供給信號採集轉換結果的需要者。可以使用光纖或小無線或GPRS或載波或紅外作為通信媒介同指定裝置或者網絡完成通信，把採集到的三相計量電流、三相 保護電流、三相電壓電氣量的結果發往目的物，從而完成採集結果從高電位端到低電位端的通信傳遞。本發明可以安裝在3_35kV變配電站的戶內或戶外或線路杆塔上或環網櫃或廂式變壓器中。
權利要求
1.一種一體化電子式互感器裝置，包括電流信號採集部分、電壓信號採集部分、信號處理單元、工作電源，其特徵在於在3-35kV三相交流電中確定一個指定相，其它兩相為非指定相；信號處理單元、工作電源直接集成在指定相的高壓電位端；電流信號採集部分包括三相電流傳感器La、Lb、Lc，三相電流傳感器La、Lb、Lc的一次側分別串接在三相高壓電流迴路中，三相電流傳感器的二次線圈連接到指定相上的信號處理單元；電壓信號採集部分包括第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相之間，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2的低壓臂與指定相相連接，高壓臂與非指定相連接，分壓信號接入到指定相上的信號處理單元。
2.根據權利要求I所述的一體化電子式互感器裝置，其特徵在於相間分壓器使用非鐵磁型傳感器，如電容分壓器或電阻分壓器或阻容分壓器。
3.根據權利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特徵在於每相電流傳感器有一個或兩個二次電流線圈，使用非鐵磁型線圈，如羅氏線圈和低功耗電流互感器；指定相上的電流傳感器的一、二次側處在同一電位，非指定相上的電流傳感器的一、二次之間絕緣隔離，耐壓水平是按照相間電壓水平設計的。
4.根據權利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特徵在於信號處理單元的工作電能由取能分壓器供給，取能分壓器包括第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4，第三相間分壓器U3和第四相間分壓器U4的分壓臂都連接到工作電源的輸入端，取能分壓器分別連接在兩個非指定相與指定相之間。
5.根據權利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特徵在於信號處理單元包括依次連接的信號採集轉換單元、中央處理器、合併單元、通信單元，信號處理單元工作在指定相的高電位點，以指定相高電位為基準，對電流和電壓信號進行同步採集，轉換為數位訊號，並將數位訊號按照IEC 61850的規約打包，由通信單元使用光纖或其它媒介發送。
6.根據權利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特徵在於在指定相的高電位點設有鋰電池和/或超級電容器作為備用電源。
7.根據權利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特徵在於將信號處理單元、工作電源用金屬盒進行電磁屏蔽。
8.根據權利要求I或2所述的一體化電子式互感器裝置，其特徵在於將電流信號採集部分、電壓信號採集部分、信號處理單元、工作電源及其連接導線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成一個一體化的電子式互感器裝置。
9.根據權利要求4所述的一體化電子式互感器裝置，其特徵在於將電流信號採集部分、電壓信號採集部分、取能分壓器、信號處理單元、工作電源及其連接導線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成一個一體化的電子式互感器裝置。
10.根據權利要求6所述的一體化電子式互感器裝置，其特徵在於將信號處理單元、工作電源、備用電源用金屬盒進行電磁屏蔽，將電流信號採集部分、電壓信號採集部分、取能分壓器、金屬屏蔽盒及其連接導線利用絕緣材料封裝在一體，從而形成一個一體化的電子式互感器裝置。
全文摘要
本發明提供一種一體化電子式互感器裝置，包括電流信號採集部分、電壓信號採集部分、信號處理單元、工作電源，在3-35kV三相交流電中確定一個指定相，其它兩相為非指定相；信號處理單元、工作電源直接集成在指定相的高電位端；電流信號採集包括三相電流傳感器，三相電流傳感器的一次側分別串接在三相高壓電流迴路中，三相電流傳感器的二次線圈連接到指定相上的信號處理單元；電壓信號採集部分包括第一相間分壓器U1和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器U1和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相之間，第一相間分壓器U1和第二相間分壓器U2的低壓臂與指定相相連接，高壓臂與非指定相連接，分壓信號接入到指定相上的信號處理單元。
文檔編號H01F38/36GK102709044SQ20121016784
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月28日 優先權日2012年5月28日
發明者侯鐵信, 卜正良 申請人:武漢國測恆通智能儀器有限公司