專利名稱：利用傳統(tǒng)的電流互感器與電壓互感器進(jìn)行光纖通信的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力測量領(lǐng)域、涉及一種利用傳統(tǒng)的電流互感器與電壓互感器 進(jìn)行光纖通信的方法及裝置。
技術(shù)背景在傳統(tǒng)的電力測量領(lǐng)域，通常采用電磁式電壓互感器與電流互感器來進(jìn)行電壓與電流測量，對于220KV以上的電壓測量通常使用電容分壓式電壓互感器， 該互感器在電容分壓后也配置有電磁式電壓互感器，因此也可以認(rèn)為它是電磁 式的，低壓電磁式電壓、電流互感器造價較低，但隨著電網(wǎng)輸電電壓等級的提 高，電磁式互感器的造價也越來越高，因此，人們紛紛研究在高壓及超高壓輸 電系統(tǒng)使用的光電互感器，但光電互感器由于價格因素在中、低電壓領(lǐng)域與傳 統(tǒng)互感器相比并不具有優(yōu)勢。目前現(xiàn)有的變電站的電壓測量系統(tǒng)都是采用傳統(tǒng) 的電磁式電壓、電流互感器，這些互感器使用大量的電力電纜，更換與檢修比 較困難，高低壓之間的電氣隔離性能并不很好，在電壓互感器二次側(cè)存在著較 大的壓降誤差，不能夠滿足數(shù)字式電能計量及數(shù)字式繼電保護(hù)的需要等缺陷， 若將這些傳統(tǒng)的電壓、電流互感器進(jìn)行改造，使這些互感器能夠進(jìn)行光纖通信， 且保證其計量精度與保護(hù)要求，則可以克服以上缺陷，從而具有光電互感器的 所有優(yōu)點而且造價很低。因此，在現(xiàn)有的變電站的測量系統(tǒng)中全面更換傳統(tǒng)的電流、電壓互感器來 進(jìn)行變電站數(shù)字化改造的方法是不可取的，它會造成將能夠長期正常運行的造 價很低的電氣設(shè)備強(qiáng)行用一種性能并不優(yōu)越而造價較高的電氣設(shè)備代替的結(jié) 果，而將傳統(tǒng)的電流互感器與電壓互感器進(jìn)行改造使之能夠?qū)崿F(xiàn)光纖通信是一種比較明智的選擇，本發(fā)明提供了一種利用傳統(tǒng)的電流互感器與電壓互感器進(jìn)行光纖通信的方法及實現(xiàn)該方法的裝置。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種利用傳統(tǒng)的電流互感器與電壓互感器進(jìn)行光纖 通信的方法及實現(xiàn)該方法的裝置。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案 一種利用傳統(tǒng)的電磁式電流互感器與電壓互 感器進(jìn)行光纖通信的方法，是在電流互感器的計量用二次繞組與保護(hù)用二次繞組的輸出端(其輸出通常為1A或5A)接入檢測阻抗Z4+JX(其中R為電阻分量， X為電感分量)，在電磁式電壓互感器或電容式電壓互感器的計量用二次繞組 與保護(hù)用二次繞組的輸出端(其輸出電壓通常為100V或100V/V3)接入檢測 用分壓阻抗(Z1， Z2)，電流互感器檢測阻抗檢測的電壓信號及電壓互感器分壓 阻抗的分壓輸出電壓信號分別送入各自的信號處理單元，信號處理單元的輸出 接光纖發(fā)送器，光纖發(fā)送器的輸出經(jīng)光纖傳送到光纖接收器，光纖接收器的輸 出接接收端信號處理單元，由接收端信號處理單元輸出模擬信號與數(shù)字信號， 電流互感器的發(fā)送端信號處理單元與光纖發(fā)送器的主供電電源取自傳統(tǒng)的電 流互感器的未接檢測阻抗的二次繞組，電壓互感器的發(fā)送端的信號處理單元與 光纖發(fā)送器的主供電電源取自傳統(tǒng)的電壓互感器的未接入檢測用分壓阻抗的 二次繞組，對于副邊只有兩個二次繞組的電壓互感器，計量與保護(hù)用繞組所接 信號處理單元與光纖發(fā)送器的主供電電源取自各自繞組，電壓與電流互感器的 發(fā)送端信號處理單元和光纖發(fā)送器利用變電站傳送來的站用直流電源(220V 或110V)經(jīng)過逆變后得到的交流電源作為其備用電源，或直接利用站用直流電 源作為其備用電源，傳統(tǒng)的電流互感器的未被利用的二次繞組短接，電壓互感 器未被利用的二次繞組開路。通過光纖傳送信號的方式可采用各路信號都通過各自的光纖傳送到光纖接收器的多芯光纖傳送模式或多路信號通過光合(分)路器后由單芯光纖傳送 到光纖接收器的單芯光纖傳送模式，也可以采用將某幾路信號通過光合路器共 用單芯光纖的傳送模式，多路信號采用單芯光纖傳送時接收端通常需要使用解 復(fù)用設(shè)備。本發(fā)明實現(xiàn)上述方法的裝置由接入電流互感器檢測與保護(hù)二次繞組的檢測阻抗Z ( I )、接入電壓互感器檢測與保護(hù)二次繞組的檢測用分壓阻抗(II)、 信號處理單元(ni)、光纖發(fā)送器(IV)、通信光纖(V)、光纖接收器(VI)、 接收端信號處理單元(VD)、電源電路(VI)組成，檢測阻抗(I )的電壓輸 出信號與檢測用分壓阻抗(II)的分壓輸出電壓信號接各自的信號處理單元(ni)，信號處理單元(m)的輸出接光纖發(fā)送器(iv)、光纖發(fā)送器(iv) 的輸出接通信光纖(v)、通信光纖(v)的輸出接光纖接收器(vi)，光纖 接收器(vi)輸出接接收端信號處理單元(vii)，信號處理單元(in)與光纖發(fā)送器(IV)的供電由電源電路(VID)提供，電源電路(Vffl)采用雙路電源供電方式。電流互感器的發(fā)送端的信號處理單兀(in)與光纖發(fā)送器(iv)的主供電 電源取自電流互感器的未接檢測阻抗(i)的二次繞組；電壓互感器的發(fā)送端 的信號處理單元(in)與光纖發(fā)送器(iv)的主供電電源取自傳統(tǒng)的電壓互感 器的未接入檢測用分壓阻抗(ii)的二次繞組，對于副邊只有兩個二次繞組的 電壓互感器，計量與保護(hù)用繞組所接信號處理單元(ni)與光纖發(fā)送器(iv) 的主供電電源取自各自繞組。另一路供電電源利用變電站的站用直流電源(220V或110V)經(jīng)過逆變后得到的交流電源，或直接利用站用直流電源充當(dāng)。發(fā)送端信號處理單元(III)包含A/D轉(zhuǎn)換、CPU模塊，CPU模塊用于對信 號進(jìn)行各種處理及變換，其輸出信號接光纖發(fā)送器(IV)。發(fā)送端信號處理單元(III)弓光纖發(fā)送器(IV)可以做在一起。通信光纖(V)可以采用信號一對一傳送的多芯光纖，也可以采用經(jīng)過光合(分)路器的多對一傳送的單芯光纖。接收端信號處理單元(vn)內(nèi)部包含有數(shù)模轉(zhuǎn)換器、cpu模塊，cpu模塊 用于對光纖接收器(vi)傳來的信號進(jìn)行各種處理及變換，然后進(jìn)行數(shù)字輸出， 數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為模擬輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1、 本發(fā)明不需要更換現(xiàn)有變電站的傳統(tǒng)電磁式互感器即可實現(xiàn)光纖通信， 從而為實現(xiàn)變電站的數(shù)字化提供了前提條件，目前的實現(xiàn)變電站數(shù)字化的方法 是將變電站內(nèi)的所有互感器全部拆掉，更換為光電互感器或電子式互感器，這 種方法會造成極大的浪費。2、 本發(fā)明的方法也可以在未完全實現(xiàn)數(shù)字化的變電站內(nèi)進(jìn)行使用，該方 法的模擬輸出通道只需增加一套模擬驅(qū)動接口單元(將輸出線電壓變?yōu)?00V， 輸出電流變?yōu)?A/5A)即可實現(xiàn)與模擬計量裝置、測量儀表、模擬式保護(hù)的接 口。因此，不管變電站是否進(jìn)行數(shù)字化改造，該發(fā)明的利用傳統(tǒng)的電流互感器 與電壓互感器進(jìn)行光纖通信的方法都可以使用。


圖1為木發(fā)明的利用傳統(tǒng)的電流互感器進(jìn)行光纖通信的裝置的各部分連 接關(guān)系示意圖；圖2為本發(fā)明的利用傳統(tǒng)的電壓互感器進(jìn)行光纖通信的裝置的各部分連接 關(guān)系示意圖-，圖3為本發(fā)明的方法在模擬式與數(shù)字式(計量、保護(hù))并存的變電站系統(tǒng)的具體實施例(采用多芯光纖進(jìn)行信號的-一對一傳送)；圖4為本發(fā)明的電源電路(利用變電站站用直流電源經(jīng)過逆變后的交流電
源作為備用電源時)的一種具體實現(xiàn)方案的電路圖；圖5為本發(fā)明的方法在模擬式與數(shù)字式(計量、保護(hù))并存的變電站系統(tǒng)的另一具體實施例(通過光合(分)路器后由單芯光纖進(jìn)行傳送)；圖6為本發(fā)明的電源電路(利用變電站站用直流電源作為備用電源時)的 一種具體實現(xiàn)方案的電路圖具體實施方式
本發(fā)明的利用傳統(tǒng)的電流互感器進(jìn)行光纖通信的裝置的各部分連接關(guān)系 如圖l所示，在電流互感器的計量與保護(hù)二次繞組中并聯(lián)高精度測量電阻(I )， 電阻兩端的電壓正比于互感器的一次電流，該電壓信號被送入發(fā)送端信號處理 單元(III)，在發(fā)送端信號處理單元內(nèi)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由CPU模塊對采樣信號 進(jìn)行各種處理，然后以脈沖形式被送入光纖發(fā)送器(IV),光纖發(fā)送器的輸出 接通信光纖(V)，在接收端，光纖接收器(VI)將通信光纖(V)傳來的光 信號轉(zhuǎn)換為電信號，其輸出傳送到接收端信號處理單元(VII)，接收端信號處理單兀提供模擬輸出信號與數(shù)字輸出信號，發(fā)送端信號處理單元(in)與光纖 發(fā)送器(w)的供電電源取自電流互感器的另一二次繞組(如測量繞組)，對 于電流互感器不用的二次繞組需短接。光纖發(fā)送器(iv)與光纖接收器(VI) 可以用同時具有光纖收發(fā)功能的光纖收發(fā)模塊來代替，也可以把光纖發(fā)送器 (iv)與發(fā)送端信號處理.爭元(in)做成一個模塊。如圖2所示，在電壓互感器的計量與保護(hù)二次繞組中接入檢測用高精度分壓電阻(II)，由分壓電阻兩端取出的電壓信號正比于電壓互感器的原邊電壓， 該電壓信號被送入發(fā)送端信號處理單元(III)，在發(fā)送端信號處理單元內(nèi)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由cra模塊對采樣信號進(jìn)行各種處理，然后以脈沖形式送入光纖發(fā)送器(IV)，光纖發(fā)送器的輸出接通信光纖(V)，在接收端，光纖接收器(VI) 將通信光纖(V)傳來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，其輸出傳送到接收端信號處理
單元(vn)，接收端信號處理單元提供模擬輸出信號與數(shù)字輸出信號，發(fā)送端 信號處理單元(in)與光纖發(fā)送器(iv)的供電電源取自電壓互感器的另一二 次繞組(如測量繞組)，對于只有兩個二次繞組的電壓互感器，計量與保護(hù)繞 組所接的發(fā)送端信號處理單元(in)與光纖發(fā)送器(iv)的供電電源分別取自 對應(yīng)的二次繞組。對于電壓互感器不用的二次繞組口了以將其開路。光纖發(fā)送器 (iv)與光纖接收器(vi)可以用同時具有光纖收發(fā)功能的光纖收發(fā)器來代替， 也可以把光纖發(fā)送器(iv)與發(fā)送端信號處理單元(in)做成一個模塊。如圖3所示，每相的按照圖i所示方法的傳統(tǒng)的電流互感器改造為光纖 通信電流互感器后對應(yīng)于計量與保護(hù)的接收端信號處理單元(w)都提供模擬輸出信號與數(shù)字輸出信號，每相的按照圖2所示方法的傳統(tǒng)的電壓互感器改造為光纖通信電壓互感器后對應(yīng)于計量與保護(hù)的接收端信號處理單元(vn)也都提供模擬輸出信號與數(shù)字輸出信號，將A、 B、 C三相的電壓、電流計量與保護(hù) 數(shù)字輸出信號(D ont)及中性點電壓、電流的數(shù)字輸出信號接入數(shù)字信號的合 并單元(MU)，由合并單元(Mil)按照通信協(xié)議為數(shù)字保護(hù)、數(shù)字計量與測量 提供接口。如果變電站的保護(hù)、計量、測量未完全實現(xiàn)數(shù)字化，則需要利用接 收端信號處理單元(VII)的模擬輸出信號(A out),將該信號送入放大驅(qū)動接 口 (amp driver)電路后，田放大驅(qū)動電路(amp driver)提供100V (對應(yīng)于 線電壓)或1A/5A (對應(yīng)于電流)高精度輸出。如圖4所示，電壓互感器二次繞組的電壓輸出或電流壓互感器二次繞組 的電流輸出經(jīng)輸出變壓器后再經(jīng)過全波整流、電容濾波后連接型號為78XX ([Cl)與79XX (IC2)的集成穩(wěn)壓電路，由集成穩(wěn)壓電路輸出用于發(fā)送端信號 處理單元(III)與光纖發(fā)送器(IV)的正、負(fù)直流電源，來自變電站的由站用 直流電源經(jīng)過逆變的交流電壓被傳送到互感器的低壓側(cè)，該電壓經(jīng)過變壓器隔 離變壓后再經(jīng)過全波整流、電容濾波后經(jīng)二極管接集成穩(wěn)壓電路IC1、 IC2的 輸入端，當(dāng)電網(wǎng)斷電或電網(wǎng)電流過低時，PT或CT供電電源的電容上直流電壓 過低，此時自動切換到備用電源供電。如圖5所示，各相的電磁式電流互感器改造為光纖通信電流互感器后對應(yīng) 于計量與保護(hù)的信號由發(fā)送端信號處理單元(VD)經(jīng)光纖發(fā)送器(IV)后的光 纖輸出與各相的電壓互感器改造為光纖通信電壓互感器后對應(yīng)于計量與保護(hù)的信號由發(fā)送端信號處理單元(vn)經(jīng)光纖發(fā)送器(iv)后的光纖輸出通過無源光合路器(4)后可由單芯光纖傳送到接收端，各個光纖發(fā)送器采用不同波 長的光進(jìn)行波復(fù)用，在接收端通過使用解復(fù)用光接收陣列(5)將不同波長的 光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，這些電信號分別被送入對應(yīng)的接收端信號處理單元 (VD)，由接收端信號處理單元提供模擬輸出信號與數(shù)字輸出信號，將A、 B、 C二相的電壓、電流計量與保護(hù)數(shù)字輸出信號(Dout)及中性點電壓、電流的數(shù) 字輸出信號接入數(shù)字信號的合并單元(MU)，由合并單元(MU)按照通信協(xié)議 為數(shù)字保護(hù)、數(shù)字計量與測量提供接口。如果變電站的保護(hù)、計量、測量未完 全實現(xiàn)數(shù)字化，則需要利用接收端信號處理單元(VII)的模擬輸出信號(Aout)， 將該信號送入放大驅(qū)動電路(a, driver)電路后，由放大驅(qū)動電路(amp driver)提供100V (對應(yīng)于線電壓)或iA/5A (對應(yīng)于電流)高精度輸出。如圖6所示，電壓互感器(PT) 一.次繞組的電壓輸出或電流壓互感器(CT) 二次繞組的電流輸出經(jīng)輸出變壓器后再經(jīng)過全波整流、電容濾波后連接型號為 78XX (IC1)與79XX (IC2)的集成穩(wěn)壓電路，由集成穩(wěn)壓電路輸出用于發(fā)送端信號處理單元(ni)與光纖發(fā)送器(iv)的正、負(fù)直流電源，來自變電站的直流電源傳送到電壓、電流互感器的低壓側(cè)，在互感器低壓側(cè)經(jīng)過DC-DC變換后 經(jīng)二極管或繼電器觸點開關(guān)接集成穩(wěn)壓電路1C1、 IC2的輸入端，當(dāng)電網(wǎng)斷電 或負(fù)荷較輕時，PT或CT提供電源的電容上直流電壓過低，此時自動切換到備 用電源供電。
權(quán)利要求
1、一種利用電磁式電流互感器與電壓互感器進(jìn)行光纖通信的方法，其特征在于，是在額定輸出通常為1A或5A的電磁式電流互感器的計量用二次繞組與保護(hù)用二次繞組的輸出端接入檢測阻抗Z，在電磁式電壓互感器或電容式電壓互感器的計量用二次繞組與保護(hù)用二次繞組的輸出端接入檢測用分壓阻抗，電流互感器檢測阻抗檢測的電壓信號及電壓互感器分壓阻抗的分壓輸出電壓信號分別送入各自的信號處理單元，信號處理單元的輸出接光纖發(fā)送器，光纖發(fā)送器的輸出經(jīng)光纖傳送到光纖接收器，光纖接收器的輸出接接收端信號處理單元，由接收端信號處理單元輸出模擬信號與數(shù)字信號，電流互感器的發(fā)送端的信號處理單元與光纖發(fā)送器的供電電源取自電流互感器的未接檢測阻抗Z的二次繞組，電流互感器的未被利用的二次繞組短接，電壓互感器的發(fā)送端的信號處理單元與光纖發(fā)送器的供電電源取自電壓互感器的未接入檢測用分壓阻抗的二次繞組，對于副邊只有兩個二次繞組的電壓互感器，計量與保護(hù)用繞組所接信號處理單元與光纖發(fā)送器的供電電源取自各自繞組。
2、 如權(quán)利要求1所述的利用電磁式電流互感器與電壓互感器進(jìn)行光纖通信 的方法，其特征在于，電壓與電流互感器的發(fā)送端信號處理單元和光纖發(fā)送器 需要備用電源，該備用電源是利用變電站站用直流電源經(jīng)過逆變后得到的交流 電源或直接利用站用直流電源。
3、 如權(quán)利要求1所述的利用電磁式電流互感器與電壓互感器進(jìn)行光纖通信 的方法，其特征在于，通過光纖傳送信號的方式可采用各路信號都通過各自的 光纖傳送到光纖接收器的多芯光纖傳送模式或多路信號通過光合路器后由單芯 光纖傳送到光纖接收器的單芯光纖傳送模式，也可以采用將某幾路信號通過光 合路器共用單芯光纖的傳送模式。
4、 如權(quán)利要求1所述的利用電磁式電流互感器與電壓互感器進(jìn)行光纖通信的方法，其特征在于其檢測阻抗Z或分壓阻抗可以表示為R+jX，其中R為其電 阻分量，X為其電感感抗，X可以為零。
5、 一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于，該裝置由接入電流 互感器檢測與保護(hù)二次繞組的檢測阻抗Z ( I )、接入電壓互感器檢測與保護(hù)二 次繞組的檢測用分壓阻抗(II)、信號處理單元(III)、光纖發(fā)送器(IV)、 通信光纖(V)、光纖接收器(VI)、接收端信號處理單元(W)、電源電路(VID)組成，檢測阻抗(I )的電壓輸出信號與檢測用分壓阻抗(II)的分壓 輸出電壓信號接各自的信號處理單元(III)，信號處理單元(III)的輸出接光 纖發(fā)送器(IV)、光纖發(fā)送器(IV)的輸出接通信光纖(V)、通信光纖(V) 的輸出接光纖接收器(VI)，光纖接收器(VI)輸出接接收端信號處理單元(VD)， 信號處理單元(III)與光纖發(fā)送器(IV)的供電由電源電路(VI)提供。
6、 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，電流互感器的發(fā)送端的信號處 理單元(III)與光纖發(fā)送器(IV)的供電電源取自電流互感器的未接檢測阻抗(I )的二次繞組；電壓互感器的發(fā)送端的信號處理單元(III)與光纖發(fā)送器 (IV)的供電電源取自傳統(tǒng)的電壓互感器的未接入檢測用分壓阻抗(II)的二 次繞組，對于副邊只有兩個二次繞組的電壓互感器，計量與保護(hù)用繞組所接信 號處理單元(III)與光纖發(fā)送器(IV)的供電電源取自各自繞組。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，電壓與電流互感器的發(fā)送 端信號處理單元和光纖發(fā)送器利用變電站傳送來的由站用直流電源經(jīng)過逆變后 得到的交流電源或直接利用站用直流電源作為其供電電源。
8、 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，發(fā)送端信號處理單元(III)包 含A/D轉(zhuǎn)換、CPU模塊，CPU模塊用于對信號進(jìn)行各種處理及變換，其輸出信號接光纖發(fā)送器(iv)，發(fā)送端信號處理單元(in)與光纖發(fā)送器(iv)可以做在一起。
9、 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，接收端信號處理單元(vn)內(nèi)部包含有數(shù)模轉(zhuǎn)換器、CPU模塊，CPU模塊用于對光纖接收器(VI)傳來的信號進(jìn)行各種處理及變換，然后進(jìn)行數(shù)字輸出，數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為 模擬輸出。
10、 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，通信光纖(V)可以采用信號一對一傳送的多芯光纖，也可以采用多路光纖先經(jīng)過光合路器后由單芯光纖 傳輸?shù)亩鄬σ粋魉头绞健?br> 全文摘要
本發(fā)明提出了一種利用傳統(tǒng)互感器進(jìn)行光纖通信的方法，是在傳統(tǒng)的電流互感器的計量與保護(hù)二次繞組的輸出端接入檢測阻抗Z，傳統(tǒng)電壓互感器的計量與保護(hù)二次繞組的輸出端接入檢測用分壓阻抗，兩者檢測到的電壓信號分別送入各自的信號處理單元進(jìn)行處理后由光纖發(fā)送器經(jīng)光纖傳送到光纖接收器，再由接收端信號處理單元提供模擬與數(shù)字接口。本發(fā)明還涉及一種裝置，該裝置由檢測阻抗Z、分壓阻抗、信號處理單元、光纖發(fā)送器、通信光纖、光纖接收器、接收端信號處理單元、電源電路組成，檢測阻抗Z與分壓阻抗的電壓輸出接各自的信號處理單元，信號處理單元的輸出接光纖發(fā)送器后通過光纖傳送到光纖接收器，光纖接收器的輸出接接收端信號處理單元。
文檔編號G01R19/00GK101132236SQ20061010691
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月21日
發(fā)明者王成兵, 趙國生 申請人:王成兵