專利名稱：一種低功耗電子式電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電陶瓷新技術(shù)和反射式光纖位移傳感器技術(shù)在電力系統(tǒng)電流測量 領(lǐng)域的應(yīng)用，所推出的低功耗電子式電流互感器，是一種新型無源電子式高壓電流互感器。
背景技術(shù)：
電流互感器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，是電廠、變電站必備的設(shè)備之一，是電力 系統(tǒng)的“眼睛”，它用于各種電流的測量和轉(zhuǎn)換，作為對電費(fèi)計(jì)量、電網(wǎng)的正常運(yùn)行及故障時(shí) 提供可靠的模擬量或數(shù)據(jù)信息的設(shè)備。目前，電力系統(tǒng)中的電流互感器的主要有幾類第一類是的電磁式電流互感器，其優(yōu)點(diǎn)是原理成熟，測量精度及暫態(tài)響應(yīng)特性較 好。但在高壓大電流運(yùn)行環(huán)境下，這類電流互感器需要大量的絕緣材料來解決原副邊繞組 的絕緣以及對地絕緣問題，尤其當(dāng)二次開路時(shí)，二次回路高電壓會直接對相關(guān)二次設(shè)備造 成損害，甚至發(fā)生危險(xiǎn)，導(dǎo)致重大事故。第二類是光電式互感器，它的特點(diǎn)是無飽和，高精度，線性度好，體積小，重量輕， 可靠性、安全性高等。光電互感器的采集器單元(包括電流電壓傳變和信號處理等)與電 力設(shè)備的高電壓部分等電位，高低壓之間連接全部使用光纖，將一次電流或電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樾?電壓信號，就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過光纖傳輸給保護(hù)、測量和監(jiān)控等設(shè)備使用。但是基于法 拉第效應(yīng)的光電式電流互感器無法避免光纖的誘導(dǎo)線性雙折射問題，溫度穩(wěn)定性和抗干擾 性相對比較差，從而對外部環(huán)境和制造工藝要求比較高，目前比較難以形成工業(yè)化產(chǎn)品，廣 泛地推廣應(yīng)用。第三類是羅氏線圈電子電流互感器。其目前的制造工藝趨于成熟，但是由于其輸 出信號微弱，需在高壓側(cè)對信號加以處理并放大，并且光源持續(xù)供能的穩(wěn)定問題和抗干擾 能力仍然是困擾它的主要問題，高壓側(cè)的信號處理系統(tǒng)也使它無法做到無源化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，旨在提出一種絕緣結(jié)構(gòu)簡單，暫態(tài)特性良好，采用光纖傳輸信號， 并能廣泛應(yīng)用的低功耗型電子式電流互感器。按照本發(fā)明提供的低功耗電子式電流互感器，利用開口鐵心式電磁電流互感器做 傳感系統(tǒng)的第一級，該電磁式電流互感器的輸出端接一高精密電阻，以此將電流信號轉(zhuǎn)化 成電壓信號，該電壓信號經(jīng)一升壓型電壓互感器放大后加到固定的薄片型壓電陶瓷上，反 射式光纖位移傳感器的光纖探頭距離薄片型壓電陶瓷片大約為2mm左右，通過非接觸式測 量把薄片型壓電陶瓷片的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的振動量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光強(qiáng)度的變換量，通過光 強(qiáng)度信息來反映電流的大小和方向。將光強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)換成電信號后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后輸出 所測電流的數(shù)字化信息，送入數(shù)字化變電站的合并單元中，這樣就完成了大電流測量的全 過程，也實(shí)現(xiàn)電子式電流互感器的無源化和高、低壓的完全隔離。本發(fā)明中的低功耗電子式電流互感器，它采用反射式光纖位移傳感器的非接觸式測量技術(shù)除了對二次側(cè)的電氣元件有效進(jìn)行隔離的同時(shí)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電子式電流互感器 的無源化。運(yùn)行時(shí)，傳感部分均處于高電位，其對地絕緣由環(huán)氧樹脂灌封和光纖來實(shí)現(xiàn)。上述低功耗電子式電流互感器的優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對絕緣 結(jié)構(gòu)的要求比較簡單，精度滿足電能計(jì)量和保護(hù)控制的要求，動態(tài)穩(wěn)定性能良好，能長期穩(wěn) 定運(yùn)行，屬于一種低功耗電子式電流互感器產(chǎn)品。


圖1 薄片型壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)特性原理2 低功耗電子式電流互感器測量原理3 低功耗電子式電流互感器輸入-輸出特性4 低功耗電子式電流互感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.絕緣外殼2開口鐵心式電磁電流互感器3環(huán)氧樹脂4高精密電阻5升壓電壓互感器6薄片型壓電陶瓷7緊固件8光纖探頭9絕緣套管10光纖11低功耗電子式電流互感器底座12反射式光纖位移傳感器
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合上述各附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明。本發(fā)明中低功耗電子式電流互感器的傳感系統(tǒng)以開口鐵心式電磁電流互感器1 為傳感基礎(chǔ)，其二次側(cè)接入一高精密電阻3，將二次電流轉(zhuǎn)換為電壓。該電壓經(jīng)過升壓電壓 互感器5升壓后，得到的電壓&與一次電流呈線性關(guān)系UazI1(1)將υ加在薄片型壓電陶瓷6 (厚度大約在0.5mm左右)的兩極。參見圖1，本發(fā)明 中所采用薄片型壓電陶瓷6受到電壓^作用時(shí)，利用其逆壓電效應(yīng)，把升壓電壓互感器5輸 出電壓U的幅值、方向的變化量轉(zhuǎn)化為薄片型壓電陶瓷6的應(yīng)變量，這是把電能轉(zhuǎn)換成為機(jī) 械能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)，薄片型壓電陶瓷6應(yīng)變 相量與電壓相量成正比，具有很好的線性度，如式2所示A5oc￡T(2)薄片型壓電陶瓷6的靈敏度很高，其驅(qū)動電流通常在ΙΟμΑ以下。這種采用薄片 型壓電陶瓷6的逆壓電效應(yīng)，把大電流相量線性地轉(zhuǎn)換為微振動應(yīng)變量的方法，實(shí)現(xiàn)了在 電流互感器二次側(cè)的有效電氣隔離。除了采用壓電陶瓷的新技術(shù)，本發(fā)明首次把反射式光纖位移傳感器12也引入到 電力系統(tǒng)的電流測量當(dāng)中。反射式光纖位移傳感器是一種原理簡單，設(shè)計(jì)靈活，性能穩(wěn)定， 造價(jià)低廉，抗干擾能力強(qiáng)的光電測量裝置。本發(fā)明通過其光纖探頭8的非接觸測量方式，把 薄片型壓電陶瓷6的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成為與幅值大小成正比的接收光強(qiáng)度的變化量(反射式光 纖位移傳感器以電壓向量形式來表征光強(qiáng)度變化量)，見圖1，表達(dá)式如下Jn ocAS(3)
由(1)、(2)、(3)可得出反射式光纖位移傳感器的輸出與一次電流的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種低功耗電子式電流互感器，其特征在于利用開口鐵心式電磁電流互感器(2) 做傳感系統(tǒng)的第一級，在該開口鐵心式電磁電流互感器O)的輸出端接一電阻，以此將電 流信號轉(zhuǎn)化成電壓信號，該電壓信號經(jīng)一升壓型電壓互感器( 加到固定的薄片型壓電陶 瓷(6)上，反射式光纖位移傳感器(12)的光纖探頭(8)距離薄片型壓電陶瓷(6)大約為 2mm左右，由此測得薄片型壓電陶瓷(6)由于電壓作用產(chǎn)生的應(yīng)變量，由此獲得了一次電流 的信息，送入到A/D轉(zhuǎn)換單元，信號最終輸出到數(shù)字變電站的低壓合并單元，這樣就完成了 大電流測量的全過程，也實(shí)現(xiàn)電子式電流互感器的無源化和高、低壓完全隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低功耗電子式電流互感器，其特征在于采用開口鐵心式 電磁電流互感器(2)作為傳感的第一級，輸出電流信號。
3.如權(quán)利要求1所述的一種低功耗電子式電流互感器，其特征在于利用高精密電阻 (4)來將電磁式電流互感器的輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓信號。
4.如權(quán)利要求1所述的一種低功耗電子式電流互感器，其特征在于采用升壓型電壓 互感器( 將電壓信號放大。
5.如權(quán)利要求1所述的一種低功耗電子式電流互感器，其特征在于將放大后的電壓 信號加到薄片型壓電陶瓷(6)兩極，薄片型壓電陶瓷(6)厚度大約在0. 5mm左右，由薄片型 壓電陶瓷(6)的逆壓電效應(yīng)所產(chǎn)生的應(yīng)變來獲得被測電流的信息。
6.如權(quán)利要求1所述的一種低功耗電子式電流互感器，其特征在于采用反射式光纖 位移傳感技術(shù)，通過非接觸式測量把薄片型壓電陶瓷(6)的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的振動量轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)的光強(qiáng)度的變換量，通過光強(qiáng)度信息來反映電流的大小和方向。
7.如權(quán)利要求1所述的一種低功耗電子式電流互感器，其特征在于光強(qiáng)度信號通過 光纖(10)來傳輸，在電流互感器的二次側(cè)轉(zhuǎn)換為電信號，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后輸出所測電流的 數(shù)字化信息，送入數(shù)字化變電站的合并單元中，完成電流互感器信號轉(zhuǎn)換的所有過程。
8.如權(quán)利要求1所述的一種低功耗電子式電流互感器，其特征在于傳感部分整體運(yùn) 行在高電位，開口鐵心部分采用環(huán)氧樹脂C3)灌封，再用絕緣套管(9)按照6 IOkV電壓等 級的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外部封裝，低功耗電子式電流互感器的對地絕緣由絕緣套管(9)和光纖(10) 共同完成，實(shí)現(xiàn)高、低壓完全隔離。
全文摘要
本發(fā)明提出一種低功耗電子式電流互感器，采用開口鐵心式電磁電流互感器作為傳感系統(tǒng)的第一級，用一高精密電阻將開口鐵心式電子電流互感器的輸出變?yōu)殡妷盒盘枺俳?jīng)由一個(gè)升壓電壓互感器升壓后加到薄片型壓電陶瓷的兩極，使之產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，利用反射式光纖位移傳感器測得這個(gè)應(yīng)變，從而實(shí)時(shí)地反映了一次電流的參量信息。低功耗電子式電流互感器的傳感部分整體運(yùn)行在高電位，對地絕緣由絕緣套管和光纖共同完成，實(shí)現(xiàn)高、低壓完全隔離。該低功耗電子電流互感器實(shí)現(xiàn)了對電子式電流互感器的無源化，絕緣結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，易于維護(hù)。
文檔編號G01R15/18GK102129909SQ20101000081
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者魏孝銘 申請人:華云逸力(北京)光纖傳感技術(shù)有限公司