专利名称：有源电子式光电电流互感器高压侧供能装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力系统技术领域，特别涉及高压取能设备的结构设计。
技术背景近年来，随着数字化技术的发展，数字变电站成为必然的趋势，其主要设备电子式互 感器(也称为光电互感器)的研究也不断取得进展，电子式互感器分为有源式和无源式两 种。其中有源式发展迅速，中国已经有产品在挂网运行。电子式互感器以其光数字量输出 来直接反应被测模拟量的变化。依据国际电工委员会的标准，电子式电流互感器的优点为 以Rogowski线圈为一次转换器实现的大电流传变无磁饱和、频率响应范围宽、精度高、暂态特性好等优点；无油设计彻底避免了充油互感器可能出现的燃烧爆炸等事故；高低压部 分的光电隔离，使得电流互感器二次开路可能导致危机设备或人身安全等问题不复存在；由于绝缘结构简单，在高压和超高压中降低了光电互感器的综合使用成本。无源式传感头部分采用先进的光学传感原理并通过光纤将信号传送到低电位侧的电 子式互感器，由于传感不存在设计高压侧电子电路的问题，相应的也不会有电路的供能问 题，但无源式互感器信号精度不高。而有源式则是指传感头部分采用传统的传感原理，仅 利用光纤传输数据的电子式互感器，由于光纤只能够传输数字信号，所以必须在高压侧对 传感头的输出信号进行模拟量与数字量的转换，这就势必要设计相应的电子电路。因而也 就带来了电路的供能问题，这是有源式互感器研究的难点和关键技术。国内外大量研制实践证明与无源式结构相比，有源式结构易于实现产品的高精度和 稳定，便于零部件的标准化和产业化，所以是目前业界普遍认同的一种结构方案。但是有 源式互感器一次侧，电源的获取方法却是研制中最大的技术难题。但已有的供能技术，在母线电辨较小时，高压侧取不到足够的能量来供给高压侧的电 子线路工作，另外完全采用激光供能方式，由于激光器供给能量有限且要长期工作，其寿 命有待考验，处于产品运行实验阶段。发明内容本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种有源电子式光电电流互感 器高压侧供能装置，可保证电子式互感器不间断地在很大的电流范围内能够正常工作。本实用新型提出的一种有源电子式光电电流互感器高压侧供能装置，其特征在于，该 装置包括由依次相连的第一个高压取能线圈、第二个泄能保护电路、电压处理电路a组成 的电路A，由依次相连的第二个高压取能线圈、第二个泄能保护电路、电压处理电路b组 成的电路B，以及与电路B相连的一个激光器组件。本实用新型的工作原理本实用新型针对有源式电子式电流互感器高压侧供能方式，首次提出了双供电方式，即采用高压取能和激光供能相结合的方式和双取能线圈，双泄能保护电路和双电压处理电 路电路的高压取能方式。激光供能和电路B电路只给保护信号处理电路供电，而电路A则需要给测量信号和保护信号处理电路供电，这样，在母线小电流时，保护信号处理电路能 够正常工作，而当母线电流大时，高压取能装置为测量信号和保护信号处理电路供电，这 样有利于减小后端处理电路正常工作所需的母线电流，降低激光供能的功耗，增加激光供 能的寿命，从而保证整个高压侧电路长期稳定运行。本实用新型的特点1. 激光供能和高压取能方式相配合，使得电子式互感器不存在因母线电流过小不能 工作的问题，保证电子式互感器不管母线有没有电流都能正常工作。2. 高压侧取能线圈的设计和特殊电路装置的设计，兼顾母线电流最小最大两种极限 条件，以保证高压取能装置由相对稳定的输出，不出现过压、过热现象。3. 本装置体积小、结构紧凑、绝缘封装简单、使用安全。 本实用新型的有益效果1. 激光供能和高压取能方式相配合，保证了电子式互感器不间断工作，不存在母线 从无电流到有电流过程中的激发时间问题。 .2. 高压侧取能线圈的设计和特殊电路装置的设计，保证了互感器器在很大的电流范围内能够正常工作，而没有明显发热的状况。

图1为本实用新型的高压侧供能装置总体结构示意图。图2为图1中泄能保护电路组成结构示意图。 图3为图1中电压处理电路组成结构示意图。 图4为本装置的激光供能电路结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提出的有源电子式光电电流互感器高压侧供能装置结合附图详细说明如下本实用新型提出的有源电子式光电电流互感器高压侧供能装置总体结构如图1所示； 该装置包括由依次相连的第一个高压取能线圈、第二个泄能保护电路、电压处理电路a组 成的电路A，由依次相连的第二个高压取能线圈、第二个泄能保护电路、电压处理电路b 组成的电路B，以及与电路B相连的一个激光器组件。本实用新型的工作原理各取能线圈通过电磁感应采集母线上电能量，通过泄能保护电路将多余的能量释放掉，并保持输出电压小于25V;电路A中的泄能保护电路的输出通过电压处理电路a整流、 滤波，电压转换、稳压和滤波等处理，电路A输出+5V的电压供给后端的信号处理电路； 电路B输出+5.2￥与电压处理电路b的相应接口相连。该电路B的泄能保护电路的输出通 过电压处理电路b整流、滤波和电压转换后，与激光器组件输出的+5.2￥和电压处远电路 &输出的+5.2丫汇合，经过稳压、滤波后，输出+5V电压供给后端信号处理电路。本实用新型除激光器组件的处理电路放置于低压侧的控制机房内外，其他部件均放置 于电子式电流互感器高压侧的传感头内。 ' 本实用新型的各部件实施例结构及功能详细说明如下本实用新型的第一、第二取能线圈均采用的是由超微晶合金磁芯构成的环形线圈，套 放在母线上，如图1所示。磁芯环的截面积选,要合适，截面积太小的话，电流小时就取 不到足够的能量，截面积他大的话，母线大电流的冲击会很更强烈，通过各种不同磁芯的实验，选取的磁芯截面积以3.5 4.50112为宜。本实用新型的第一、第二泄能电路实施例构成相同，如图2所示由大功率TVS管和功 率电阻串联的四组组件并联组合而成。图中，大功率TVS管采用5KP20A，它能够泄放大 电流而保证输出电压基本恒定；功率电阻选用阻值为i5欧的50W大功率电阻。当母线电 流较小时，取能线圈输出电压低，电流较小，能量基本无损耗的供给后端处理电路；当母 线电流较大时，取能线圈处于饱和状态，输出电压较大，此时TVS管5KP20A的阻抗大大 降低，不但起到泄放电流作用，还保证输出电压基本稳定在25V左右。而15欧电阻起到 限制电流作用，防止电流过大而导致TVS管烧坏。这样，多余的能量通过TVS管和电阻 构成的非线性阻抗电路泄放，当电流流回取能线圈时会产生一个反向励磁，反向励磁又能 够抵消一部分正向励磁，使得取能线圈输出电压降低。实验证明，当母线电流到2000A时， 本供能装置无明显发热现象，大大提高了母线电流的范围。本实用新型的电压处理电路a实施例构成如图3中所示。包括依次连接的桥式整流器 (由MBR20200肖特基二极管构成)、n型滤波器(由两个50V, 470uF的钽电容和iOOmH 电感组成)、电压转换器(采用LT3433芯片)、稳压器(采用MAX8881)、低通滤波器(由 —个25uH电感线圈和25V， 10uF的钽电容构成)和相连在电压转换器和稳压器之间的二 极管(1N5819〉。泄能电路的输出通过MBR20200桥式整流变成直流电压，经过TI型滤波 后，由LT3433电压转换器转换成+5.2￥的直流电压，输出的+5.2V —路经过稳压器 MAX8881和滤波后输出较稳定的+5V直流电压，给后端信号处理电路供电；另一路通过 二极管lN58W后与电压处理电路b的相应接口连接。本实用新型的电压处理电路b实施例构成如图3中所示。包括依次连接的桥式整流器 (由MBR20200肖特基二极管构成)、n型滤波器(由两个50V, 470uF的钽电容和100mH 电感组成)、电压转换器(采用LT3433)、 二极管iN5819、稳压器(采用MAX888i)和低 通滤波器(由一个25uH电感线圈和一个25V， 10uF的钽电容构成)，以及光电池，该光 电池的输出端分别与二极管的输出端和稳压器的输入端相连。泄能电路的输出通过 MBR20200桥式整流转变成直流电压，经过n型滤波稳压后，由LT3433电压转换器转换 成+5.2￥的直流电压，输出的+5.2V通过二极管W5819后与光电池的输出相接，与电压处 理电路a输出的+5.2￥电压汇合后，经过稳压器MAX8881和滤波后输出较稳定的+5V直 流电压，给后端保护信号处理电路供电。本实用新型的激光器组件如图4所示。包括依次相连的一个220VAC/DC~f5VDC电 源模块、低通滤波(由25V， 100uF电解电容构成)和一个激光器。220VAC/DC—+5VDC 电源模块输出的+5V电压经过低通滤波后，与激光器的输入端相接，激光器将电信号转换 成光信号通过光纤传送给高压侧的光电池。
权利要求1、一种有源电子式光电电流互感器高压侧供能装置，其特征在于，该装置包括由依次相连的第一个高压取能线圈、第二个泄能保护电路、电压处理电路a组成的电路A，由依次相连的第二个高压取能线圈、第二个泄能保护电路、电压处理电路b组成的电路B，以及与电路B相连的一个激光器组件。
2、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述第一、第二取能线圈均采用由超微晶 合金磁芯构成的环形线圈，套放在母线上。
3、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一、第二泄能电路由大功率TVS 管和功率电阻串联的四组组件并联组合而成。
4、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述电压处理电路a包括依次连接的桥式 整流器、n型滤波、电压转换器、稳压器、低通滤波器和相连在电压转换器和稳压器之间 的二极管。
5、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述电压处理电路b包括依次连接的桥式 整流器、n型滤波器、电压转换器、二极管、稳压器和低通滤波器，以及光电池，该光电 池的输出端分别与二极管的输出端和稳压器的输入端相连。
6、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器组件包括依次相连的电源模块，-低通滤波和激光。
专利摘要本实用新型涉及有源电子式光电电流互感器高压侧供能装置，属于电力系统技术领域；该装置包括由依次相连的第一个高压取能线圈、第一个泄能保护电路、电压处理电路a组成的电路A，由依次相连的第二个高压取能线圈、第二个泄能保护电路、电压处理电路b组成的电路B，以及与电路B相连的一个激光器组件。本装置具有体积小、结构紧凑、绝缘封装简单、使用安全的特点；可保证电子式互感器不间断地在很大的电流范围内能够正常工作。
文档编号G01R15/24GK201219065SQ20082010808
公开日2009年4月8日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者汪良明 申请人:北京浩霆光电技术有限责任公司