專利名稱：模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及傳統(tǒng)互感器就地數(shù)字化改造技術(shù)。
背景技術(shù)：
在變電站建設(shè)中，數(shù)十年來一直以傳統(tǒng)電磁式互感器為主，分電流互感器和電壓互感器兩種，GB1207、GB1208。其輸出電流5A/1A，電壓100V/模擬信號，直接經(jīng)電纜長距離傳輸至控制室繼電保護等二次設(shè)備中。這類互感器的優(yōu)點為具有大量、長期運行經(jīng)驗；壽命長，一般設(shè)計壽命為30年；除高壓和超高壓等級，成本低廉。其缺點為具有磁飽和現(xiàn)象；有SF6等非環(huán)保氣體或液體做為絕緣物質(zhì)，可能出現(xiàn)的燃燒爆炸等事故；電壓等級絕緣設(shè)計成本成幾何級遞增、體積龐大；其長距離傳輸模擬量增加高精度設(shè)計難度。
近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字變電站成為必然的趨勢，其主要設(shè)備電子式互感器(也稱為光電互感器)的研究也不斷取得進展，電子式互感器分為有源式和無源式兩種。其中有源式發(fā)展迅速，中國已經(jīng)有產(chǎn)品在掛網(wǎng)運行。電子式互感器以其光數(shù)字量輸出來直接反應被側(cè)模擬量的變化。電子式互感器的優(yōu)點為以Rogowski線圈為一次轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的大電流傳變無磁飽和、頻率響應范圍寬、精度高、暫態(tài)特性好等優(yōu)點；無油設(shè)計徹底避免了充油互感器可能出現(xiàn)的燃燒爆炸等事故；高低壓部分的光電隔離，使得電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路可能導致危機設(shè)備或人身安全等問題不復存在；由于絕緣結(jié)構(gòu)簡單，在高壓和超高壓中降低了光電互感器的綜合使用成本。
但已有的電子式互感器一次轉(zhuǎn)換器工作在高壓側(cè)，對有源式來講，其對一次電源要求很高，目前采用激光器的光供能方式為主，其壽命有待考驗，產(chǎn)品可靠性經(jīng)驗仍不斷累積之中，處于產(chǎn)品運行實驗階段，另外，激光電源、光電池等成本很高，提高了整體成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置，以傳統(tǒng)互感器為一次轉(zhuǎn)換器，以標準的電子式互感器概念來設(shè)計就地數(shù)字化裝置。使得傳統(tǒng)電磁互感器能夠適合數(shù)字化變電站建設(shè)的需要。
本發(fā)明提出的模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置(本發(fā)明中的模擬量互感器為具有N路電流或電壓輸出信號的互感器)，其特征在于，包括N個小型傳變器、N個信號采集板及一個電源三部分，其中，所述小型傳變器用于將模擬量互感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成可供信號采集板采樣的電壓信號，所述的信號采集板用于將采樣信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換、誤差校正及光電轉(zhuǎn)換，并通過光纖接收采樣命令及發(fā)送采樣數(shù)據(jù)；所述電源用于供給各采集板工作的直流電源；N的取值范圍為1-6的正整數(shù)(N的取值與傳統(tǒng)模擬量互感器的多路輸出相對應)；各部分的連接關(guān)系為每一個小型傳變器的輸入端與傳統(tǒng)電磁式互感器的一路輸出端相連，每一個小型傳變器的輸出端與一個信號采集板相連構(gòu)成一路信號處理單元，N路信號處理單元均與所述電源相連。
本發(fā)明的特點及技術(shù)效果本發(fā)明向上在傳統(tǒng)電磁互感器就近承接其輸出，向后以數(shù)字光信號按照一定通訊格式來傳送采樣數(shù)據(jù)。將來自傳統(tǒng)電流或電壓互感器的模擬信號就地數(shù)字化，轉(zhuǎn)換成適合于光纖傳輸系統(tǒng)的信號。通過上行同步信號實現(xiàn)多路電流電壓電磁互感器的同步采樣。
本發(fā)明在傳統(tǒng)高壓互感器的可靠性和長期運行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，采用互感器就地數(shù)字化裝置實現(xiàn)的數(shù)字化變電站，能夠很大程度上保證變電站的安全、可靠運行。
主要體現(xiàn)在以下幾個方面(1)性能優(yōu)勢A、因采用電絕緣性能優(yōu)良的光纖作為二次回路，有效的解決了高壓設(shè)備與二次設(shè)備的電氣隔離；B、消除了電壓互感器二次回路壓降問題；C、能有效改善高壓電能計量裝置的誤差特性，進而極大提高計量的準確度；D、采用“就地數(shù)字化系統(tǒng)”處理后，高壓互感器的二次負載大大減小，可有效改善傳統(tǒng)高壓互感器固有的磁飽和問題；E、另因高壓互感器二次負載減小，可充分保證高壓互感器本身的設(shè)計精度；F、因?qū)Α熬偷財?shù)字化系統(tǒng)”的維護僅在低壓側(cè)，比電子式互感器需要在高壓側(cè)進行維護更加簡捷、更具操作性；G、因傳統(tǒng)高壓互感器具有長期的實際現(xiàn)場運行經(jīng)驗，其長期運行的可靠性與穩(wěn)定性較電子式互感器更具優(yōu)勢；H、因“就地數(shù)字化系統(tǒng)”完全符合數(shù)字化變電站的統(tǒng)一協(xié)議標準-IEC61850規(guī)約，可替代電子式互感器；I、可完全實現(xiàn)與按照IEC61850規(guī)約生產(chǎn)的所有二次設(shè)備的互操作。
(2)成本優(yōu)勢A、傳統(tǒng)高壓互感器早已實現(xiàn)批量工業(yè)化生產(chǎn)，其成本在短期內(nèi)較電子式互感器的優(yōu)勢明顯；B、就目前眾所關(guān)注的電子式互感器運行維護的高額成本而言，采用“就地數(shù)字化系統(tǒng)”后，幾乎不會給變電站維護帶來額外的維護支出。


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中的信號采集板組成結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明采用的二階巴塞爾濾波器結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本發(fā)明采用的電源轉(zhuǎn)換原理5為本發(fā)明采用的數(shù)據(jù)處理流程圖具體實施方式
本發(fā)明提出的模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置結(jié)合附圖及實施例詳細說明如下本發(fā)明提出的模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置，其特征在于，包括N個小型傳變器、N個信號采集板及一個電源三部分，其中，所述小型傳變器用于將模擬量互感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成可供信號采集板采樣的電壓信號，所述的信號采集板用于將采樣信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換、誤差校正及光電轉(zhuǎn)換，并通過光纖接收采樣命令及發(fā)送采樣數(shù)據(jù)；所述電源用于供給各采集板工作的直流電源；N的取值范圍為1-6的正整數(shù)；各部分的連接關(guān)系為每一個小型傳變器的輸入端與傳統(tǒng)電磁式互感器的一路輸出端相連，每一個小型傳變器的輸出端與一個信號采集板相連構(gòu)成一路信號處理單元，N路信號處理單元均與所述電源相連。
本發(fā)明的工作原理各路小型傳變器將傳統(tǒng)電磁式互感器輸出的大電流或大電壓模擬信號(安培或伏特量級)電壓信號經(jīng)過二次傳變小電壓模擬信號(毫伏量級)，該小電壓信號通過信號采集板進行模數(shù)轉(zhuǎn)換、誤差校正及光電轉(zhuǎn)換等信號處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字光信號，最后將處理后的各路數(shù)字光信號通過光纖接收采樣命令及發(fā)送采樣數(shù)據(jù)到遠端合并器或者二次設(shè)備，所述電源將變電站輸送的直流電壓信號轉(zhuǎn)換成相應的電壓信號提供給各采集板。
在實際應用中，若需長距離傳輸時信號強度不夠，或光電信號被多個二次設(shè)備共享，可增加一個光纖中繼器，該光纖中繼器的兩端連接在各路信號采集板的輸出端與光纖之間。
本發(fā)明提出的模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置實施例1，本實施例中的互感器為具有6路電流輸出信號的傳統(tǒng)電磁式電流互感器，本實施例的就地數(shù)字化裝置組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括由6個小型電流互感器和6個采樣電阻構(gòu)成的6個小型傳變器，6個信號采集板、一個光纖中繼器及一個電源四部分，各部分的連接關(guān)系為每一個小型互感器的輸入端與傳統(tǒng)電流互感器的一路輸出端相連，每一個小型互感器的輸出端依次通過一個采樣電阻R與一個信號采集板相連構(gòu)成一路信號處理單元，6路信號處理單元均分別與所述光纖中繼器及電源相連。
本實施例裝置放置于一個密閉的室外防雨機箱中，電纜和光纜連接從下口進入。
下面對每部分的構(gòu)成及其功能詳細說明如下本實施例的小型傳變器由小型電流互感器與采樣電阻R組成如圖1所示。本實施例采用額定電流為100mA的小型電流互感器產(chǎn)品，其精度為0.05級，型號ZB1136。小型電流互感器將傳統(tǒng)電磁式電流互感器輸出的5A/1A的電流轉(zhuǎn)換為100mA，采用了小型電流互感器，能夠保證了系統(tǒng)的精度。小型電流互感器輸出的電流通過采樣電阻(溫漂等級為5ppm)轉(zhuǎn)換為電壓，采樣電阻選用與小型電流互感器輸出值相適阻值的電阻產(chǎn)品即可以使電壓范圍在模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入范圍之內(nèi)。
本實施例的光纖中繼器采用常規(guī)的產(chǎn)品，用以將每路的光纖輸入輸出進行匯總，最后以光纜的形式進行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。除數(shù)據(jù)傳輸功能外，光纖作為絕緣介質(zhì)，還能夠起到電氣隔離和抗干擾作用。
本實施例的電源組成結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括由兩個標準電源轉(zhuǎn)換和兩個電源控制模塊(采用LTC4350控制器)構(gòu)成熱備份的雙電源轉(zhuǎn)換模塊，以及同時與雙電源模塊相連的5V/±15V電源轉(zhuǎn)換模塊(LT3472)、5V/3.3V電源轉(zhuǎn)換模塊(LT1716-3.3)和5V/1.2V電源轉(zhuǎn)換模塊(LT1716-1.2)。其輸入采用變電站提供的48V直流電源，兩個雙電源轉(zhuǎn)換模塊將48V直流電源轉(zhuǎn)換為5V直流電源，并支持電源的熱插拔、供電平衡和掉電保護，可提高系統(tǒng)得可靠性。5V輸入再通過電源轉(zhuǎn)換模塊為信號采樣板提供3.3V/1.2V，±15V?？纱_保就地數(shù)字化裝置能夠進行穩(wěn)定可靠的運行。
本實施例信號采集板與遠端的合并器之間通信格式為同步方式，首先由合并器發(fā)來同步采樣命令，信號采集板完成采樣、數(shù)據(jù)處理，然后按一定幀格式將采樣數(shù)據(jù)發(fā)往合并器。
本實施例的信號采集板包括依次相連的保護電路、信號調(diào)理模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊、光電轉(zhuǎn)換器、電光轉(zhuǎn)換器，以及與數(shù)據(jù)處理模塊相連的溫度補償模塊；各電路的組成結(jié)合如圖3所示，分別說明如下本實施例的保護電路采用的是防過沖保護電路，采用的器件是TVS管，即瞬變抑制二極管，該保護電路連接在小型互感器與采樣電阻R之間。
本實施例的信號調(diào)理模塊主要采用二階巴塞爾低通濾波器，其組成如圖4所示，由運放OP27及與其相連的R1與C1和R2與C2構(gòu)成二階低通濾波器，此種類型的低通濾波器具有在通頻帶內(nèi)延時時間相同特性。
本實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用AD7663，其分辨率為16位，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；本實施例電光轉(zhuǎn)換器采用HFBR1414、光電轉(zhuǎn)換器采用HFBR2412，通過標準的光纖接口ST頭連接光纖。
本實施例的溫度補償模塊采用ADT7302，用以檢測數(shù)據(jù)處理模塊的溫度并對其處理的數(shù)字量進行補償。
本實施例的數(shù)據(jù)處理模塊采用編程邏輯器件EP2C5，用以完成控制模數(shù)轉(zhuǎn)換、溫度采集實現(xiàn)數(shù)據(jù)的補償和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂坪吞幚砉δ埽摼幊踢壿嬈骷木唧w處理流程如圖5所示，包括1)系統(tǒng)上電，初始化；2)等待接收同步信息；
3)判斷同步信息是否正確，若是，則進行第4)步，否則回轉(zhuǎn)第2)步；4)將模擬的同步信息進行轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號；5)將數(shù)字量通過比例運算進行調(diào)整，調(diào)整到所規(guī)定的標準輸出值(根據(jù)IEC60044-7、IEC60044-8標準，在常溫下額定一次電流或電壓輸出數(shù)字量為2D41H)；6)讀取溫度值，對數(shù)字量進行溫度補償；7)將調(diào)整好的數(shù)字量進行打包，串行發(fā)送，回轉(zhuǎn)第2)步。
本發(fā)明提出的模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置實施例2，本實施例的組成結(jié)構(gòu)與實施例1基本相同，所不同的是本實施例中的互感器為具有2路電壓輸出信號的傳統(tǒng)電磁式電壓互感器，本實施例中的小型傳變器直接采用小型電壓互感器，其輸出量為電壓，因此省去了實施例1中的采樣電阻R，另外還省去了一個光纖中繼器，各信號采集板的輸出端直接通過光纜將每幀數(shù)據(jù)發(fā)送到遠端的合并器或者二次設(shè)備。
本實施例的小型電壓互感器(ZB2136，精度0.05級)將傳統(tǒng)電磁式電壓互感器輸出的100V/電壓轉(zhuǎn)換為4V。
施工現(xiàn)場按照標準化作業(yè)來熔接光纖、光纜，連接信號輸入電纜，連接電源。并固定本裝置。
權(quán)利要求
1.一種模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置，其特征在于，包括N個小型傳變器、N個信號采集板及一個電源三部分，其中，所述小型傳變器用于將模擬量互感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成可供信號采集板采樣的電壓信號，所述的信號采集板用于將采樣信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換、誤差校正及光電轉(zhuǎn)換，并通過光纖接收采樣命令及發(fā)送采樣數(shù)據(jù)；所述電源用于供給各采集板工作的直流電源；N的取值范圍為1-6的正整數(shù)；各部分的連接關(guān)系為每一個小型傳變器的輸入端與傳統(tǒng)電磁式互感器的一路輸出端相連，每一個小型傳變器的輸出端與一個信號采集板相連構(gòu)成一路信號處理單元，N路信號處理單元均與所述電源相連。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置，其特征在于，所述電源包括由兩個標準電源轉(zhuǎn)換和兩個電源控制模塊構(gòu)成熱備份的雙電源轉(zhuǎn)換模塊，以及同時與雙電源模塊相連的5V/±15V電源轉(zhuǎn)換模塊、5V/3.3V電源轉(zhuǎn)換模塊和5V/1.2V電源轉(zhuǎn)換模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置，其特征在于，所述的信號采集板包括依次相連的保護電路、信號調(diào)理模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊、光電轉(zhuǎn)換器、電光轉(zhuǎn)換器，以及與數(shù)據(jù)處理模塊相連的溫度補償模塊。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置，其特征在于，所述的小型傳變器由小型電流互感器與采樣電阻構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置，其特征在于，所述的小型傳變器由小型電壓互感器構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置，其特征在于，還包括一個光纖中繼器，該光纖中繼器與各路信號采集板的輸出端相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及模擬量互感器的就地數(shù)字化裝置，屬于電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括N個小型傳變器、N個信號采集板及一個電源三部分。其中，N的取值范圍為1－6的正整數(shù)；各部分的連接關(guān)系為每一個小型傳變器的輸入端與傳統(tǒng)電磁式互感器的一路輸出端相連，每一個小型傳變器的輸出端與一個信號采集板相連構(gòu)成一路信號處理單元，N路信號處理單元均與電源相連。本裝置可有效改善傳統(tǒng)高壓互感器固有的磁飽和問題；具有計量的準確度高；維護更加簡捷、更具操作性；長期運行可靠、穩(wěn)定、成本低的諸多優(yōu)點。
文檔編號H01F27/40GK101030474SQ200710062740
公開日2007年9月5日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月16日
發(fā)明者汪良明, 羅承沐, 張貴新 申請人:汪良明, 羅承沐, 張貴新