专利名称：传输线绝缘子供电的光电电流互感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有源光电电流互感器。
背景技术：
电流互感器在电力系统中起着十分重要的作用，是电力系统中的一个核心设备。 随着电力系统的发展及智能电网建设，特别是超高压输电的发展，电力系统对电流互感器的要求越来越高，传统的电磁式电流互感器由于存在铁磁饱和、频率响应低、高压绝缘能力差、运行事故多等无法克服的缺点，已经无法满足电力系统的发展要求。开发线性性能好、 频率范围宽、高压绝缘能力强的电流互感器已经是智能电网发展的迫切需要。光纤电流互感器OCT因抗电磁干扰性能好、测量精度高、动态范围大、频率响应范围宽、体积小重量轻、 价格便宜、与数字设备的接口方便等优点，具有广泛的应用前景，已逐渐成为高压电流互感器的发展潮流。光纤电流互感器主要有纯光学电流互感器(无源光电互感器)和光电混合式电流互感器(有源光电互感器)两种形式，纯光学电流互感器由于受环境温度和震动等因素的影响，其性能的稳定性是困扰其实用化的主要困难；光电混合式电流互感器利用低功率电流互感器或(Rogowski)线圈的电磁测量原理测量电流，利用光纤通信传输测量信息，克服了无源光电互感器的稳定性差的难题，良好的稳定性使其得到了快速发展，目前已经进入了实用化阶段。但有源光电互感器高压侧的测量、数据处理和光电信息传输系统等需要供电电源，供电电源目前主要有“高压侧一次电流电磁感应供电”、“激光供能供电”、 “超声波供能供电”和“气动供能供电”等供电方式。“高压侧一次电流电磁感应供电”在一次电流比较小时存在供电能不足，形成无法工作的供电死区，当一次电流很大和短路时又存在供电能量过大，难以泄放和损坏供电电路的难题；激光、超声波供能供电虽然性能稳定，能很好的满足供电的稳定性要求，但供电能量比较小，对测量和光电传输系统的节能和抗干扰要求很高，而且价格太贵，长期运行寿命不能满足要求；气动供能供电也存在气体容易泄露和长期运行寿命不能满足要求。光电混合式电流互感器的高压侧供能供电是困扰其实用化的核心技术难题。

发明内容
针对现有有源光电电流互感器高电压侧供能供电方式所存在的不足，本发明提供了 一种传输线绝缘子供电的有源光电电流互感器，可通过高频电磁谐振传能实现对有源光电电流互感器或者其他高压在线检测监控设备的高压侧的用电模块供能供电。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的一种传输线绝缘子供电的光电电流互感器，包括一个由高压电流测量光电数据传输模块、通信光纤和电流测量数据二次处理模块构成的电流光电测量系统，高压电流测量光电数据传输模块利用电磁感应原理测量高压侧电流母线的电流，并把电流信息转换成光电信号，通过通信光纤把电流信息传送给低压侧的电流测量二次处理模块进行数据处理； 其特征在于，所述有源光电电流互感器还包括一个置于低压侧的高频驱动电源、一个高频传输线绝缘子芯、一个置于高压侧的AC/DC电源变换器，该高频传输线绝缘子芯通过其中的LC高频电磁谐振把高频驱动电源产生的特定频率的高频交流电能从低压侧传送到高压侧，再由AC/DC电源变换器转换为直流电能向电流光电测量系统中的高压电流测量数据光电传输模块供电。上述方案中，所述的高频传输线绝缘子芯包括两个电容器柱，每个电容器柱由相同几何尺寸及电容量大小的平行板电容器串联层迭构成，两个电容器柱之间相同高度的节距处连接有若干个电感L，所述高频驱动电源的输出连接两个电容器柱低压端的两个电极， 两个电容器柱高压端的两个电极连接AC/DC电源变换器4的输入。两个电容器柱可以并列安装，也可以将其中一个做成圆柱体，另一个做成圆柱筒， 然后进行同心轴线套装。所述的高频驱动电源包括一个AC-DC变换电路、一个信号发生器、一个锁相频率跟踪器、一个功率放大器和一个第一变压器，AC-DC变换电路的输出连接信号发生器、锁相频率跟踪器和功率放大器；信号发生器输出的高频信号连接功率放大器，功率放大器的输出连接第一变压器的输入，第一变压器的输出与高频传输线绝缘子芯中的两个电容器柱低压端的两个电极相连接。所述的AC/DC电源变换器包括一个与两个电容器柱高压端的两个电极连接的第二变压器，该第二变压器的输出连接一个高频整流电路的输入，高频整流电路的输出连接一个滤波电路的输入，滤波电路的输出通过一个DC-DC转换器进行稳压变换输出稳定的直流供电电源，向高压电流测量数据光电传输模块供电。本发明的传输线绝缘子供电的光电电流互感器，利用高频电能把供电能量通过高频传输线绝缘子芯从低压侧传送到高压侧，在高压侧把高频电能又转换成直流电能，实现对有源光电电流互感器的高压侧用电单元供能供电。这样一来供电系统的高电压和低电压两侧之间是完全工频电气隔离的，这种供电系统的高压绝缘能力强，传输的供电能量大，性能稳定，不受环境因素影响和限制，使用寿命长，而且对高压侧的测量和数据处理系统等产生的电磁干扰影响小。本发明与现有技术相比，具有以下优点I)不受高压侧一次母线电流大小的限制，无“供电死区”不受大电流冲击影响，供电能量十分稳定。2)能提供比较大的供电能量，而且能连续长期的可靠供电，对有源光电互感器的测量系统和光电传输系统的节能和抗干扰要求很低。3)性能十分稳定，环境适应能力强不受温度变化等因素的限制，使用寿命长，能满足电力系统对安全性、可靠性和使用寿命长的要求。


图I为本发明的传输线绝缘子供电的光电电流互感器结构示意图。图2为图I中低压侧的高频驱动电源3的功能结构框图。图3为图I中高压侧的AC-DC电源变换器4的功能结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。参考图I，在低压侧L用高频驱动电源3将50HZ的工频交流电源转换成驱动高频传输线绝缘子芯所需要的高频电源，高频驱动电源产生的高频输出连接高频传输线绝缘子芯中的两个电容器柱I及2的低压端(下端面)的两个电极，高频驱动电源3驱动高频传输线绝缘子芯产生要传输的高频电磁能量。高频传输线绝缘子芯包括两个串联电容器柱I和 2及连接在两个电容器柱之间的电感L，电容器柱I和2由若干个相同几何尺寸和电容量大小的平行板电容器串联层迭而成，两个电容器柱I和2可以并列安装，也可以把电容器柱I 做成圆柱体，把电容器柱2做成圆柱筒，再把它们进行同心轴线套装，平行板电容器可以采用高压陶瓷电容器，平行板电容器的电极串联层迭成电容器柱I和2时尽量减小电容器之间的相互间隙，保持两电容器柱I及2之间的对应电容器处的高度相同和电极平行，两个电容器柱I和2的等节距高度处的电容器的电极之间连接电感L，节距高度和电感个数及电感量大小由高频驱动电源3的频率确定，两个电容器柱I和2的串联电容器和这些电感L组成高频传输线绝缘子芯，该绝缘子芯具有交直流高压绝缘能力，能把特定频率(10KHZ-1MHZ) 的高频电能从低压侧L传输到高压侧H。AC/DC电源变换器4的输入连接高频传输线绝缘子芯中的两个电容器柱I和2的高压端(上端面)的两个电极，将高频传输线绝缘子芯高压端输出的高频电能转换为直流电能向光电电流互感器的电流光电测量系统中的高压电流测量光电数据传输模块6供电，实现高压电流的光电测量。电流光电测量系统包括高压电流测量光电数据传输模块6、通信光纤7和电流测量二次处理模块8。高压电流测量光电数据传输模块利用电磁感应原理测量高压电流母线 5中的高压电流，并把电流信息转换成光电信号，通过通信光纤7把电流信息传送给低压侧 L的电流测量二次处理模块8，进行数据处理实现对高压电流的测量。如图2所示，低压侧的高频驱动电源3包括一个AC-DC变换电路、一个信号发生器、一个锁相频率跟踪器、一个功率放大器和一个变压器。50HZ工频交流电源经AC-DC变换电路变换成直流电压，AC-DC变换电路输出连接信号发生器、锁相频率跟踪器和功率放大器的直流偏置电路，为它们提供直流偏置电压；信号发生器输出的高频信号连接功率放大器， 进行功率放大产生高频功率电压，高频信号的频率与高频传输线绝缘子芯中的LC电磁谐振频率相同；功率放大器的输出连接变压器的输入，变压器的输出与高频传输线绝缘子芯中的两个电容器柱I及2的低压端的两个电极相连接，通过变压器实现高频驱动电源3和高频传输线绝缘子芯的电磁谐振频率的阻抗匹配；锁相环频率跟踪器采集变压器的输出电压和电流，供给琐相频率跟踪电路判断高频传输线绝缘子芯中的LC电磁谐振频率变化，动态的跟踪高频传输线绝缘子芯中的LC电磁谐振频率，并调控信号发生器的输出频率，实现频率动态跟踪和谐振匹配。如图3所示，所述的AC/DC电源变换器4包括与两个电容器柱I和2的高压端的两个电极连接的变压器、高频整流、滤波电路和一个DC-DC转换器，该变压器的输出连接高频整流电路，高频整流电路连接滤波电路，滤波电路的输出通过DC-DC转换器进行稳压变换输出稳定的直流供电电源(0-12V)，向光电电流互感器的电流光电测量系统中高压侧的高压电流测量光电数据传输模块6供电。
权利要求
1.一种传输线绝缘子供电的光电电流互感器，包括一个由高压电流测量光电数据传输模块、通信光纤和电流测量数据二次处理模块构成的电流光电测量系统，高压电流测量光电数据传输模块利用电磁感应原理测量高压侧电流母线的电流，并把电流信息转换成光电信号，通过通信光纤把电流信息传送给低压侧的电流测量二次处理模块进行数据处理；其特征在于，所述有源光电电流互感器还包括一个置于低压侧的高频驱动电源、一个高频传输线绝缘子芯、一个置于高压侧的AC/DC电源变换器，该高频传输线绝缘子芯通过其中的 LC高频电磁谐振把高频驱动电源产生的特定频率的高频交流电能从低压侧传送到高压侧， 再由AC/DC电源变换器转换为直流电能向电流光电测量系统中的高压电流测量数据光电传输模块供电。
2.如权利要求I所述的传输线绝缘子供电的光电电流互感器，其特征在于，所述的高频传输线绝缘子芯包括两个电容器柱，每个电容器柱由相同几何尺寸及电容量大小的平行板电容器串联层迭构成，两个电容器柱之间相同高度的节距处连接有若干个电感L，所述高频驱动电源的输出连接两个电容器柱低压端的两个电极，两个电容器柱高压端的两个电极连接AC/DC电源变换器的输入。
3.如权利要求2所述的传输线绝缘子供电的光电电流互感器，其特征在于，所述两个电各器柱并列安装。
4.如权利要求2所述的传输线绝缘子供电的光电电流互感器，其特征在于，所述两个电容器柱其中一个做成圆柱体，另一个做成圆柱筒，然后进行同心轴线套装。
5.如权利要求2所述的传输线绝缘子供电的光电电流互感器，其特征在于，所述的高频驱动电源包括一个AC-DC变换电路、一个信号发生器、一个锁相频率跟踪器、一个功率放大器和一个第一变压器，AC-DC变换电路的输出连接信号发生器、锁相频率跟踪器和功率放大器；信号发生器输出的高频信号连接功率放大器，功率放大器的输出连接第一变压器的输入，第一变压器的输出与高频传输线绝缘子芯中的两个电容器柱低压端的两个电极相连接。
6.如权利要求2所述的传输线绝缘子供电的光电电流互感器，其特征在于，所述的AC/ DC电源变换器包括一个与两个电容器柱高压端的两个电极连接的第二变压器，该第二变压器的输出连接一个高频整流电路的输入，高频整流电路的输出连接一个滤波电路的输入， 滤波电路的输出通过一个DC-DC转换器进行稳压变换输出稳定的直流供电电源，向高压电流测量数据光电传输模块供电。
全文摘要
本发明公开了一种传输线绝缘子供电的光电电流互感器，包括一个电流光电测量系统，其中的高压电流测量光电数据传输模块利用电磁感应原理测量高压侧电流母线的电流，并把电流信息转换成光电信号，通过通信光纤把电流信息传送给低压侧的电流测量二次处理模块进行数据处理；其特征在于，有源光电电流互感器还包括一个置于低压侧的高频驱动电源、一个高频传输线绝缘子芯、一个置于高压侧的AC/DC电源变换器，该高频传输线绝缘子芯通过其中的LC高频电磁谐振把高频驱动电源产生的特定频率的高频交流电能从低压侧传送到高压侧，再由AC/DC电源变换器转换为直流电能向电流光电测量系统中的高压电流测量数据光电传输模块供电。
文档编号G01R19/00GK102590586SQ201210041009
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者何文林, 何月, 刘晓晖 申请人:西安交通大学