一種用于電流互感器的信號傳輸裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 一種用于電流互感器的信號傳輸裝置及方法，屬于電氣測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力生產(chǎn)、電力傳輸系統(tǒng)及電力設(shè)備中，電流互感器是實(shí)現(xiàn)電能測量及系統(tǒng)保 護(hù)的重要設(shè)備。傳統(tǒng)的電磁式電流互感器由于具有絕緣困難、易受電磁干擾、體積大、成本 高等自身難以克服的缺點(diǎn)而逐漸被新型的電流互感器所取代。在各種新型電流互感器中， 電子式互感器憑借其絕緣性能好、抗干擾能力強(qiáng)、尺寸小、造價(jià)低、測量動(dòng)態(tài)范圍寬、靈敏度 高、運(yùn)行安全等優(yōu)勢而逐漸成為傳統(tǒng)電磁式電流互感器的理想替代品。
[0003] 電子式互感器基于電子技術(shù)和光纖傳輸系統(tǒng)，其基本原理是采用一次電流傳感器 (如空心線圈或鐵芯線圈）將母線電流根據(jù)線圈的匝數(shù)比變換為小數(shù)值的模擬電流信號，再 將該電流信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，此后通過AD采樣將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由 CPU對數(shù)字信號進(jìn)行編碼后送入發(fā)光管驅(qū)動(dòng)電路通過電/光轉(zhuǎn)換得到數(shù)字光信號，利用光 纖將光信號傳輸至二次側(cè)電路，依次完成光/電轉(zhuǎn)換、解碼后得到母線電流大小的數(shù)字量 輸出或解碼后通過D/A轉(zhuǎn)換輸出反映母線電流波形的信號。
[0004] 使用以上原理設(shè)計(jì)的電子式電流互感器具有如下缺點(diǎn)： (1)由于其一次側(cè)存在AD轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，導(dǎo)致一次側(cè)電路功耗較高，而電流互感器一次側(cè) 的供電問題也是目前電流互感器設(shè)計(jì)的難題之一。
[0005] (2)整個(gè)系統(tǒng)對信號的傳輸采用的是數(shù)字信號，因此AD采樣時(shí)的采樣頻率就限制 了所要傳輸?shù)男盘柕膸?，若采用較高的采樣頻率，則系統(tǒng)功耗更大，因此實(shí)際系統(tǒng)的采樣 頻率通常不能太大，使得電流中的高頻諧波或故障時(shí)更高頻的行波信號受采樣頻率的限制 而無法傳輸至二次側(cè)。而這些高頻信號恰恰又是電能質(zhì)量分析或線路故障分析的重要信 息，故而使電流互感器的作用受限。
[0006] (3)實(shí)際系統(tǒng)中，由于三相母線都要有電流互感器，因此在將表示母線電流大小的 數(shù)字量送入電/光轉(zhuǎn)換電路之前必須對各路的信號進(jìn)行同步編碼，以使二次側(cè)接收的三路 信號能夠同步，因此在一定程度上增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
[0007] 電子互感器中采用的發(fā)光管一般由電流驅(qū)動(dòng)型器件如發(fā)光二極管LED或激光二 極管LD實(shí)現(xiàn)，其發(fā)光功率的大小取決于流經(jīng)發(fā)光管的電流，當(dāng)流經(jīng)發(fā)光管的電流增大至一 定程度時(shí)，發(fā)光管的發(fā)光功率P與流過它的電流/呈線性關(guān)系。光電管在有光照時(shí)輸出的 電流/與受到的光照強(qiáng)度P也是線性關(guān)系。
[0008] 利用發(fā)光管及光電管的以上特性，在現(xiàn)有技術(shù)中已存在有將一次側(cè)進(jìn)入發(fā)光管驅(qū) 動(dòng)電路前的模擬電壓信號（即工頻信號）直接調(diào)制發(fā)光管發(fā)光，即將該模擬電壓信號直接變 為模擬光信號送入光纖傳到二次側(cè)的光/電轉(zhuǎn)換電路，則可以避開一次側(cè)電路的AD米樣環(huán) 節(jié)，從而也就解決了一次側(cè)電路功耗過高和傳輸信號頻帶受限的問題；同時(shí)，由于直接將模 擬信號調(diào)制傳輸，也無需對實(shí)際系統(tǒng)的三相數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，則可使系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度大大 降低。故而也就解決了目前電子式電流互感器所存在的上述問題。
[0009] 在實(shí)際應(yīng)用中，在一次側(cè)使用模擬信號對光信號進(jìn)行調(diào)制時(shí)，通常要提供一個(gè)固 定大小的直流偏置電壓信號，該信號也作為參考信號，通過該信號將模擬調(diào)制信號抬高至 發(fā)光管的線性區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)模擬光信號的傳輸，這是利用發(fā)光管實(shí)現(xiàn)模擬信號傳輸?shù)幕?原理。然而，光信號在傳輸過程中會(huì)因發(fā)光管與光纖連接器之間的耦合損耗、光纖傳輸損 耗、光纖連接器與光電管之間的耦合損耗、發(fā)光管老化引起的發(fā)光功率下降等原因從而導(dǎo) 致信號大小出現(xiàn)衰減，若要通過測量二次側(cè)工頻信號大小來計(jì)算一次側(cè)工頻電流信號的大 小，必須知道工頻信號的衰減，可以簡單的將直流參考信號的衰減當(dāng)作工頻信號的衰減，但 由于兩個(gè)信號的衰減并不相等，因此用這種方法設(shè)計(jì)出的電流互感器的誤差較大，該方法 對于設(shè)計(jì)保護(hù)用的電流互感器是可行的，但將該方法用于設(shè)計(jì)高精度的測量用電流互感器 則是行不通的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡單方便、成本低 廉、能精確計(jì)算一次側(cè)工頻電流信號大小，可應(yīng)用到高精度的電流互感器的設(shè)計(jì)中的用于 電流互感器的信號傳輸裝置及方法。
[0011] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該用于電流互感器的信號傳輸裝 置，包括由光纖連接的一次側(cè)和二次側(cè)，其特征在于：在所述的一次側(cè)中，連接母線的線圈 的輸出端連接信號調(diào)理單元的輸入端，信號調(diào)理單元的輸出端連接恒流驅(qū)動(dòng)單元的輸入 端，恒流驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接所述光纖的一端； 光纖的另一端連接二次側(cè)內(nèi)光電探測單元的輸入端，光電探測單元的輸出端連接信號 提取單元的輸入端，由信號提取單元的輸出端進(jìn)行信號的輸出。
[0012] 優(yōu)選的，所述的信號提取單元至少包括隔直電容及中央處理單元，所述的光電探 測單元的信號分為兩路：一路通過隔直電容與中央處理單元相連，另一路直接與中央處理 單元相連。
[0013] 優(yōu)選的，所述的光電探測單元至少包括：將光信號轉(zhuǎn)換為電流信號的光電管以及 將光電管轉(zhuǎn)換得到的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路。
[0014] 優(yōu)選的，所述的信號調(diào)理單元至少包括：可生成直流參考電壓的電壓基準(zhǔn)芯片，以 及將所述線圈輸出的工頻信號以及參考電壓進(jìn)行混合的信號混合電路。
[0015] 優(yōu)選的，所述的恒流驅(qū)動(dòng)單元至少包括將信號調(diào)理單元輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換為電 流信號的轉(zhuǎn)換電阻以及由轉(zhuǎn)換電阻轉(zhuǎn)換得到的電流信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)發(fā)光的發(fā)光管。
[0016] 優(yōu)選的，所述的發(fā)光管為通訊用發(fā)光管。
[0017] 優(yōu)選的，所述的轉(zhuǎn)換電阻為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。
[0018] 用于電流互感器的信號傳輸裝置的信號傳輸方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟1，向恒流驅(qū)動(dòng)單元輸出多組數(shù)值不同的直流電壓，驅(qū)動(dòng)發(fā)光管以不同的功率發(fā) 光，得到發(fā)光管的多組U-P數(shù)值； 步驟2,通過步驟1獲得的多組U-P數(shù)值擬合得到發(fā)光管的發(fā)光功率-驅(qū)動(dòng)電壓的P