专利名称：激光供电型110kV光电电流互感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气工程、电子技术、计算机技术、光学技术、自动化技术、 通信技术应用、机械结构等领域，特别涉及一种激光供电型110KV光电电流互感器。
背景技术：
随着电力系统传输容量的不断增加，电网电压等级越来越高，随之而来的问题 是，对电网中电流测量设备的要求越来越高，目前我国一些地区正在进行IOOOkV电压等 级的输电线路的研究和实践。到目前为止，我国电力系统中电流的测量设备主要还是采用电磁式电流互感 器，然而随着电压等级的不断升高，传统的电磁式电流互感器在运行中暴露出越来越多 的缺点1、电磁式结构的电流互感器的绝缘结构越来越复杂，且绝缘结构的造价成本随 着电压等级的升高而呈指数关系上升，当系统电压等级很高时，仅互感器绝缘部分的成 本已经非常巨大；2、电磁式电流互感器由于使用铁芯运用电磁感应原理来实现电流的测量，而铁 芯所固有的铁磁饱和、铁磁谐振等问题难以解决，造成较大的测量误差；3、电磁式电流互感器在电力系统中易受到电磁信号的干扰，电磁兼容问题较为
严重；4、电磁式电流互感器进行电流测量时动态范围小、响应时间慢、测量频带窄， 对于电力系统谐波的测量较为困难；5、电磁式电流互感器在测量时以模拟量输出为5A或者IA的电流信号，这个电 流信号与现代微机保护和电力系统自动化装置不能直接相连，不便于电力系统的数字化 和智能化发展；6、电磁式电流互感器体积庞大、重量重，在运输、安装和维护等方面很不方 便；7、电磁式电流互感器在运行时不允许二次侧开路，一旦开路将会感应出高电 压，从而对运行和维护人员的生命安全造成危险。
发明内容鉴于以上现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种激光 供电型110KV光电电流互感器，该互感器是通过Rogowski线圈将来自高压侧的电信号经 过光电转换处理之后变为光信号，经由光纤传输到地面侧，再由光电转换器件变为电信 号在地面侧进行处理的系统。由于光纤传递的信息损耗小、信息容量大、绝缘性能高、 不受电磁干扰、重量轻等的影响，这样既提高了可靠性，又降低了成本，并使安装方便 化。为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案[0013]一种激光供电型110KV光电电流互感器，包括槽钢，槽钢上有底座，底座上有 绝缘子，其特征在于在绝缘子上方设有线圈壳体，壳体内有Rogowski线圈，壳体中央有铜棒，该铜 棒穿过Rogowski线圈从壳体两侧引出；壳体的空间内还设有高压侧处理板，该高压侧处理板上有预处理电路、MSP430 处理器、电光转换器、光电转换器、稳压电路、光电池和激光器；其中，Rogowski线圈和预处理电路连接，预处理电路与MSP430处理器、电光 转换器连接，所述的MSP430处理器还连接稳压电路，稳压电路通过光电池和激光器连 接；电光转换器和光电转换器连接，光电转换器通过光纤从绝缘子引出与地面的控制器 连接。本实用新型的其他特点是所述的Rogowski线圈是由双面的PCB板采用多片串联的方式制作而成。所述的控制器包括至少有DSP处理器，在DSP处理器上分别连接有串口通信模 块、历史数据存储模块、液晶显示模块、按键模块，D/A转换模块和电源模块。所述的处理器为TI公司的DSP。所述的激光器为半导体激光器。所述的光电转换器和电光转换器之间使用光纤收发模块进行连接。所述的预处理电路包括积分放大模块、滤波模块。所述的串口通信模块选择RS-232通信接口。所述的液晶显示模块选择LCD显示器。所述的滤波模块为Butterworth滤波器。本实用新型采用激光器和光电池组成高压侧的供电系统，以提供稳定可靠的功 率输出，对高压侧处理板进行电能供应，是一种可靠的电源供给方式。本实用新型所采用的PCB型Rogowski线圈具有重量轻、精度高、易于制作、便 于工业化规模化生产的优点。采用光纤进行传输，不仅使工程成本降低，使安装过程简 单化、方便化，更重要的是，增加了装置的可靠性。激光供电方式不受电力系统运行方 式以及外界环境的影响，可以稳定可靠地提供电能。

图1为本实用新型的结构示意图。图中标号分别表示1、高压母线；2、线圈 壳体；3、控制器；4、光纤；5、槽钢；6、底座；7、绝缘子；8、铜棒。图2为高压侧处理板的电路框图。图3是DSP处理器电路框图。图4-1、4-2、4-3、4-4分别为MSP430处理器的信号处理及输出电路。图5-1、5-2、5-3、5-4分别为DSP控制器信号处理电路。图6为控制器软件流程图。
以下结合附图和具体实例对本实用新型装置作进一步的详细说明。
具体实施方式
本实用新型的激光供电型110KV光电电流互感器的设计思路是将高压侧的电 流信号通过Rogowski线圈进行采集，采集到的电信号经过有源积分放大和二阶巴特沃斯 滤波器送入高压侧处理系统进行A/D转换和处理，接下来将转换完的数据经过编码之后 通过高压侧处理板的串口将信号传到电光转换模块，将电信号转换成光信号经由光纤将 信号传输到地面侧的数据处理系统，在地面侧对接收到的数据先进行光电转换，然后在 DSP处理器中对信号进行处理和还原，将处理完的数据接到相应的数字输出口或模拟输 出口。参见图1，本实用新型的激光供电型IlOKV光电电流互感器，包括槽钢5，槽 钢5上有底座6，底座6上有绝缘子7，在绝缘子7上方设有线圈壳体2，壳体2内有 Rogowski线圈，壳体2中央有铜棒8，该铜棒8穿过Rogowski线圈从壳体2两侧引出；壳体2的空间内还设有高压侧处理板，该高压侧处理板上有预处理电路、 MSP430处理器、电光转换器、光电转换器、稳压电路、光电池和激光器；其中，Rogowski线圈和预处理电路连接，预处理电路与MSP430处理器、电光 转换器连接，所述的MSP430处理器还连接稳压电路，稳压电路通过光电池和激光器连 接；电光转换器和光电转换器连接，光电转换器通过光纤4从绝缘子7引出，再经过底座 6上预留的孔与地面的控制器3连接。预处理电路包括积分放大模块、滤波模块、采样信号输入模块、A/D转换模 块。其中滤波模块为Butterworth滤波器。Rogowski线圈是由双面的PCB板采用多片串联的方式制作而成；预处理电路包 括积分放大模块、滤波模块、采样信号输入模块、A/D转换模块。控制器3包括至少有DSP处理器，在DSP处理器上分别连接有串口通信模块、 历史数据存储模块、液晶显示模块、按键模块，D/A转换模块和电源模块。本实施例中 DSP处理器的型号选择TMS320F2812。串口通信模块选择RS-232通信接口。液晶显示 模块选择LCD显示器。本实用新型的原理是，高压母线1与铜棒8连接，经过Rogowski线圈采集信号 之后，在壳体2内的高压侧处理板进行信号处理之后将信号调整到适合的范围，经过A/ D转换之后，进入电光转换器将电信号转化为光信号，光电转换器和电光转换器之间使 用光纤收发模块进行连接。由串口将数据通过光纤传至低压侧的光电转换器件，转换为 电信号之后由低压侧的串口接收数据，然后在低压侧的控制器3中进行数据的还原和处 理。在图2中，Rogowski线圈将流过母线1的电流转化为电压信号，经过高压侧的预 处理电路的处理之后，将信号送至MSP430处理器中，在MSP430处理器中进行A/D转 换之后通过串口将数据传到电光转换器件，将电信号转换为光信号，再由光纤传送到低 压侧，低压侧的光电转换器件再将光信号转化为电信号，在经过串口进入到低压侧的的 控制器3的DSP处理器中，在DSP处理器中进行相应的处理。在高压侧，通过激光器和 光电池组成的供能模块来为高压侧处理板提供电能。图3为DSP控制器方框图。控制器3至少有DSP处理器，在DSP处理器上分 别连接有串口通信模块、历史数据存储模块、液晶显示模块、按键模块，D/A转换模块和电源模块。DSP处理器对从串口接收来的数据进行分析、计算，并决定是输出模拟信 号还是直接输出数字信号给LCD显示，按键功能管理模块结合LCD显示功能可以对数据 进行调整和设置。图4-1、4-2、4-3、4_4分别为MSP430控制器的信号处理及输出电路。该电 路由MSP430系列单片机MSP430F149、模拟信号调理电路、温度测量电路、MAX3232 串口电路等组成。该电路接受从Rogowski线圈经过预处理电路处理之后的信号，经过 MSP430控制器的AD处理之后，通过串口将数据发送出去。图5-1、5-2、5-3、5_4为DSP控制器的信号处理电路。该电路由串口芯片 MAX202、液晶接口电路、按键接口电路、D/A处理芯片等组成。其作用为了完成电流 有效值、相位等计算、实时数据显示、数据存储、通信、D/A转换、参数设置等功能。图6为控制器3的DSP主程序的软件流程图。控制器3的软件设计大体流程 为系统初始化后即进行点亮LCD进入其欢迎主界面、功能选择、判断是否有键值、判 断是否数据接收完毕、按键管理、判断是否长时间无键被按下、关闭LCD。DSP的串行 通信中断把接收到的信息存入缓冲区，待接收完成后对其数据进行处理。本实用新型的激光供电型IlOKV光电电流互感器，其结构紧凑，体积小，安装 过程简单，维护方便。将电压互感器和电流互感器放置在箱体内不仅使工程成本降低， 使安装简单方便，更重要的是，增加了装置的可靠性。
权利要求1.一种激光供电型110KV光电电流互感器，包括槽钢(5)，槽钢(5)上有底座 (6)，底座(6)上有绝缘子(7)，其特征在于在绝缘子(7)上方设有线圈壳体(2)，壳体(2)内有Rogowski线圈，壳体 (2)中央有铜棒(8)，该铜棒(8)穿过Rogowski线圈从壳体(2)两侧引出；壳体(2)的空间内还设有高压侧处理板，该高压侧处理板上有预处理电路、 MSP430处理器、电光转换器、光电转换器、稳压电路、光电池和激光器；其中，Rogowski线圈和预处理电路连接，预处理电路与MSP430处理器、电光转换 器连接，所述的MSP430处理器还连接稳压电路，稳压电路通过光电池和激光器连接； 电光转换器和光电转换器连接，光电转换器通过光纤(4)从绝缘子(7)引出与地面的 控制器(3)连接。
2.如权利要求1所述的激光供电型IlOKV光电电流互感器，其特征在于，所述的 Rogowski线圈是由双面的PCB板采用多片串联的方式制作而成。
3.如权利要求1所述的激光供电型IlOKV光电电流互感器，其特征在于，所述的控 制器(3)包括至少有DSP处理器，在DSP处理器上分别连接有串口通信模块、历史数 据存储模块、液晶显示模块、按键模块，D/A转换模块和电源模块。
4.如权利要求3所述的激光供电型IlOKV光电电流互感器，其特征在于，所述的处 理器选用TI公司的DSP。
5.如权利要求1所述的激光供电型IlOKV光电电流互感器，其特征在于，所述的激 光器为半导体激光器。
6.如权利要求1所述的激光供电型IlOKV光电电流互感器，其特征在于，所述的光 电转换器和电光转换器之间使用光纤收发模块进行连接。
7.如权利要求1所述的激光供电型IlOKV光电电流互感器，其特征在于，所述的预 处理电路包括积分放大模块、滤波模块、采样信号输入模块、A/D转换模块。
8.如权利要求3所述的激光供电型IlOKV光电电流互感器，其特征在于，所述的串 口通信模块选择RS-232通信接口。
9.如权利要求3所述的激光供电型IlOKV光电电流互感器，其特征在于，所述的液 晶显示模块选择LCD显示器。
10.如权利要求7所述的激光供电型IlOKV光电电流互感器，其特征在于，所述的滤 波模块为Butterworth滤波器。
专利摘要本实用新型公开了一种激光供电型110kV光电电流互感器，该包括信号采集的Rogowski线圈、预处理电路、MSP430处理器、电光转换器、光电转换器、稳压电路、光电池和激光器；光电转换器通过光纤从绝缘子引出与地面的控制器连接。在高压侧由Rogowski线圈来实现信号的采集，经过积分放大和滤波的预处理之后将信号送到MSP430的处理器中，在处理器中进行A/D转换，然后通过串口将数据进行电光转换变成光信号经由光纤传送到地面的DSP处理器中将信号进行相应的处理和还原。本实用新型由于采用全光纤传输，其绝缘性能好，受电磁干扰影响小，测量频带宽，动态范围大，测量精度高，且能满足电力系统智能化的需要。
文档编号G01R15/24GK201804701SQ20102054175
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者曾光皙, 王采堂, 金黎 申请人:西安森宝电气工程有限公司