一種用于高壓輸電線大電流檢測的光纖電流互感器的制造方法
【專利摘要】一種用于高壓輸電線大電流檢測的光纖電流互感器，采用羅氏線圈作為電流互感器把高壓側(cè)的大電流轉(zhuǎn)化為采樣電流，采樣電流通過電流-溫度轉(zhuǎn)化單元，利用薄膜電阻的溫升間接達(dá)到測量電流的目的，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)時間和測量精度。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：提高了系統(tǒng)的響應(yīng)時間和測量精度，通過光纖將被測電流大小的信息傳輸下來，達(dá)到了隔離高電壓的目的。克服傳統(tǒng)磁電式電流互感器的磁飽和效應(yīng)，又能克服鏡式結(jié)構(gòu)中塊狀材料的缺陷，體現(xiàn)中全光纖傳感技術(shù)在高壓輸配電線電流檢測中的優(yōu)越性。
【專利說明】—種用于高壓輸電線大電流檢測的光纖電流互感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及電流互感器領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高壓輸電線大電流檢測的光纖電流互感器。

【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其準(zhǔn)確性關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。隨著電網(wǎng)運行等級的提高，對輸電線路的各項參數(shù)測量變得尤為重要，其中輸電線路的傳輸電流大小是關(guān)注的重點。但是目前關(guān)于大電流電流檢測存在以下幾個問題:一是不能完成光路輸出的模擬信號檢測和高精度計量，造成測量數(shù)據(jù)不精確，影響模擬信號檢測結(jié)果；二是傳統(tǒng)的機(jī)遇電磁原理的電流互感器已經(jīng)不能滿足實際測量的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于提供一種用于高壓輸電線大電流檢測的光纖電流互感器，采用羅氏線圈作為電流互感器把高壓側(cè)的大電流轉(zhuǎn)化為采樣電流，采樣電流通過電流-溫度轉(zhuǎn)化單元，利用薄膜電阻的溫升間接達(dá)到測量電流的目的，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)時間和測量精度。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種用于高壓輸電線大電流檢測的光纖電流互感器，包括高壓側(cè)部分和低壓側(cè)部分，所述的高壓側(cè)部分包括大電流采集裝置、電熱轉(zhuǎn)換單元，大電流采集裝置為羅氏線圈，電熱轉(zhuǎn)換單元為薄膜電阻；低壓側(cè)包括光電轉(zhuǎn)換單元、信號處理單元，光電轉(zhuǎn)換單元為光電轉(zhuǎn)換器，信號處理單元為微處理器；所述的羅氏線圈圍繞在被測電流的導(dǎo)體上，羅氏線圈端部連接薄膜電阻，薄膜電阻通過傳送光纖與分光鏡、光電轉(zhuǎn)換器、微處理器依次連接；所述的薄膜電阻上涂有熒光材料，熒光材料材質(zhì)為粉狀短余輝熒光材料紅粉，余輝壽命為7ms，溫度范圍在O?120°C。
[0006]所述的光電轉(zhuǎn)換器與微處理器連接，微處理器包括單片機(jī)一、單片機(jī)二、單片機(jī)三、液晶顯示器，單片機(jī)一和單片機(jī)二的SCK引腳與單片機(jī)三SCK引腳連接，單片機(jī)一和單片機(jī)二的MISO引腳與單片機(jī)三的MISO引腳連接，單片機(jī)一和單片機(jī)二的MOISI引腳與單片機(jī)三的MOISI引腳連接，單片機(jī)一和單片機(jī)二的GP1引腳與單片機(jī)三的NSS引腳連接，單片機(jī)三與液晶顯示器連接。
[0007]所述的單片機(jī)一、單片機(jī)二、單片機(jī)三的型號為C8051F120。
[0008]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0009]提高了系統(tǒng)的響應(yīng)時間和測量精度，利用羅氏線圈作為電流互感器把高壓側(cè)的大電流轉(zhuǎn)化為采樣電流，采樣電流通過電流-溫度轉(zhuǎn)化，達(dá)到利用測溫來測電流的目的，通過光纖將被測電流大小的信息傳輸下來，達(dá)到了隔離高電壓的目的。克服傳統(tǒng)磁電式電流互感器的磁飽和效應(yīng)，又能克服鏡式結(jié)構(gòu)中塊狀材料的缺陷體現(xiàn)中全光纖傳感技術(shù)在高壓輸配電線電流檢測中的優(yōu)越性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的整體方案框圖。
[0011]圖2是低壓熒光激勵光工作示意圖。
[0012]圖3是由模擬開關(guān)MAX318驅(qū)動紫外線二極管激勵光的驅(qū)動電路圖。
[0013]圖4是薄膜電阻熒光余輝信號放大電路圖。
[0014]圖5是串行外設(shè)接口連接圖。
[0015]1-羅氏線圈2-薄膜電阻3-分光鏡4-光電轉(zhuǎn)換器5-微處理器6-傳送光纖7_單片機(jī)一 8-單片機(jī)二 9-單片機(jī)三10-液晶顯不器11-激勵光12-激勵光和突光的混合光13-環(huán)境溫度測量

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進(jìn)一步說明:
[0017]如圖1、圖2所示，一種用于高壓輸電線大電流檢測的光纖電流互感器，包括高壓側(cè)部分和低壓側(cè)部分，所述的高壓側(cè)部分包括大電流采集裝置、電熱轉(zhuǎn)換單元，大電流采集裝置為羅氏線圈1，電熱轉(zhuǎn)換單元為薄膜電阻2;低壓側(cè)包括光電轉(zhuǎn)換單元、信號處理單元5,光電轉(zhuǎn)換單兀為光電轉(zhuǎn)換器4,信號處理單兀為微處理器5 ;所述的羅氏線圈I圍繞在被測電流的導(dǎo)體上，羅氏線圈I端部連接薄膜電阻2，薄膜電阻2通過傳送光纖6與分光鏡3、光電轉(zhuǎn)換器4、微處理器5依次連接；所述的薄膜電阻2上涂有熒光材料，熒光材料材質(zhì)為粉狀短余輝熒光材料紅粉，余輝壽命為7ms，溫度范圍在O?120°C。
[0018]所述的光電轉(zhuǎn)換器4與微處理器連接，微處理器包括單片機(jī)一 7、單片機(jī)二 8、單片機(jī)三9、液晶顯示器10，單片機(jī)一 7、單片機(jī)二 8、單片機(jī)三9的型號為C8051F120，單片機(jī)一7和單片機(jī)二 8的SCK引腳與單片機(jī)三SCK引腳連接，單片機(jī)一 7和單片機(jī)二 8的MISO引腳與單片機(jī)三9的MISO引腳連接，單片機(jī)一 7和單片機(jī)二 8的MOISI引腳與單片機(jī)三9的MOISI引腳連接，單片機(jī)一 7和單片機(jī)二 8的GP1引腳與單片機(jī)三9的NSS引腳連接，單片機(jī)三9與液晶顯示器連接。
[0019]高壓側(cè)主要通過羅氏線圈在高壓側(cè)完成電流取樣，實現(xiàn)將電力線路上的一次大電流轉(zhuǎn)換為二次小電流。二次電流流經(jīng)薄膜電阻2電阻，完成電流到熱量的轉(zhuǎn)換，因此，對電流的測量轉(zhuǎn)換為對熱或者溫度的測量，采取熒光光纖測溫法測量薄膜電阻2表面溫度，其傳感部分是附著在敏感電阻表面的熒光物質(zhì)和傳送光纖。
[0020]低壓側(cè)主要完成對光纖傳送來的熒光信號的處理工作，以微處理器為核心，對熒光余輝信號進(jìn)行放大，然后用AD對放大后的熒光余輝曲線進(jìn)行采樣，測量熒光余輝壽命從而測的敏感電阻的溫度，進(jìn)而得到被測電流信息，微處理器型號為intel8088。
[0021]利用羅氏圈測量時，將線圈圍繞在載有被測電流的導(dǎo)體上，線圈兩端連接上薄膜電阻2就可以測量變化的電流。另外，在熒光光纖傳感器的制作中，粉狀的熒光材料更便于探頭的制作。薄膜電阻2上涂有熒光材料，熒光材料和傳送光纖做作為溫度傳感器部分，材料材質(zhì)為粉狀短余輝熒光材料紅粉，余輝壽命為7ms，溫度范圍在O?120°C。
[0022]采用羅氏線圈I作為電流互感器把高壓側(cè)的大電流轉(zhuǎn)化為采樣電流，并利用薄膜電阻2作為電流-溫度轉(zhuǎn)化器件，通過測量薄膜電阻的溫升間接達(dá)到測量電流的目的。而對溫度的測量是通過熒光光纖測量溫度的方法來完成的。熒光材料受激勵光的激發(fā)產(chǎn)生熒光，當(dāng)激勵脈沖消失時，熒光材料由于自身的特點會產(chǎn)生余輝衰減現(xiàn)象，余輝衰減時間是環(huán)境溫度的函數(shù)，把余輝衰減信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換和信號放大電路傳輸?shù)轿⑻幚砥?上，對采集到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析就可以間接得到被測的溫度，進(jìn)而對被測電流進(jìn)行測量。
[0023]具體的方法是將激勵光照射到薄膜期間的熒光材料上，然后再把熒光材料受激發(fā)所發(fā)出的熒光傳回光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)進(jìn)行信號處理。
[0024]激勵源采用紫外發(fā)光二極管(UVLED)，光譜主峰在365nm處，半峰寬為10nm，由精密CMOS互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體模擬開關(guān)MAX813驅(qū)動，使其所發(fā)出的脈沖形式的高低電平來激發(fā)激勵光源發(fā)光。激勵光經(jīng)過光纖傳遞到高壓端，對涂在薄膜電阻上的熒光材料進(jìn)行激發(fā)，使其發(fā)出熒光，并利用同一條光纖將熒光傳回微處理器5，在光纖傳回的熒光信號中摻雜著被反射回來的激勵光，由于不需要此激勵光，所以在傳導(dǎo)光纖6加入分光鏡3，把不需要的反射回來的激勵光濾除掉，這樣就保留了單一的熒光信號，然后在經(jīng)過后續(xù)的信號處理單元就能得到被測的電流信息，由MAX318構(gòu)成的驅(qū)動電路如圖3所示。
[0025]整個電流的檢驗過程可以概括為:被測電流變化-熱量變化-溫度變化-熒光衰減時間變化-光纖信息傳輸-光電轉(zhuǎn)換-信號處理。這種測量方法的優(yōu)點是通過光纖將被測電流大小的信息傳輸下來，達(dá)到了隔離高電壓的目的。
[0026]光電轉(zhuǎn)換器連接A/D轉(zhuǎn)換器、放大電路，熒光余輝信號經(jīng)過光纖傳導(dǎo)，最后由光電轉(zhuǎn)換器4將光信號轉(zhuǎn)換成弱電流信號。光信號的強(qiáng)度直接影響弱電流信號的強(qiáng)度。而突光余輝信號的強(qiáng)度與探頭前端敏感材料和激勵光強(qiáng)度有關(guān)。本實用新型中使用的熒光材料是紅粉，激勵光照射到紅粉之后所產(chǎn)生的熒光余輝信號的峰值強(qiáng)度約為10NA。放大電路部分解決的是將弱電流信號放大為O?2.5V的電壓信號以滿足AD采樣需求，系統(tǒng)選用寬帶運算放大器LF357，設(shè)計出余輝弱信號放大電路，如圖4所示。
[0027]如圖5所示，本實用新型采用兩個單片機(jī)和每個自帶的一路AD來同時測量薄膜電阻溫度和環(huán)境溫度，環(huán)境溫度測量為普通傳感器測量，此處不做詳細(xì)描述，作用是對薄膜電阻溫度的補(bǔ)償，使測量數(shù)據(jù)精確，兩個溫度數(shù)據(jù)整合后將各自測量的信息送到第三個單片機(jī)，第三個單片機(jī)進(jìn)行溫度信息的接受和處理并送液晶顯示屏顯示電流結(jié)果。這種方案的好處在于兩個CPU分別測量，有利于系統(tǒng)的響應(yīng)時間的提高。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高壓輸電線大電流檢測的光纖電流互感器，其特征在于，包括高壓側(cè)部分和低壓側(cè)部分，所述的高壓側(cè)部分包括大電流采集裝置、電熱轉(zhuǎn)換單元，大電流采集裝置為羅氏線圈，電熱轉(zhuǎn)換單元為薄膜電阻；低壓側(cè)包括光電轉(zhuǎn)換單元、信號處理單元，光電轉(zhuǎn)換單元為光電轉(zhuǎn)換器，信號處理單元為微處理器；所述的羅氏線圈圍繞在被測電流的導(dǎo)體上，羅氏線圈端部連接薄膜電阻，薄膜電阻通過傳送光纖與分光鏡、光電轉(zhuǎn)換器、微處理器依次連接；所述的薄膜電阻上涂有熒光材料，熒光材料材質(zhì)為粉狀短余輝熒光材料紅粉，余輝壽命為7ms，溫度范圍在O?120°C ； 所述的光電轉(zhuǎn)換器與微處理器連接，微處理器包括單片機(jī)一、單片機(jī)二、單片機(jī)三、液晶顯示器，單片機(jī)一和單片機(jī)二的SCK引腳與單片機(jī)三SCK引腳連接，單片機(jī)一和單片機(jī)二的MISO引腳與單片機(jī)三的MISO引腳連接，單片機(jī)一和單片機(jī)二的MOISI引腳與單片機(jī)三的MOISI引腳連接，單片機(jī)一和單片機(jī)二的GP1引腳與單片機(jī)三的NSS引腳連接，單片機(jī)三與液晶顯示器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高壓輸電線大電流檢測的光纖電流互感器，其特征在于，所述的單片機(jī)一、單片機(jī)二、單片機(jī)三的型號為C8051F120。
【文檔編號】G01R15/24GK204086361SQ201420391636
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】馬鵬程, 徐亞軍 申請人:鞍山博豐電力設(shè)備有限公司