一種用于電流互感器的信號傳輸方法技術

一種用于電流互感器的信號傳輸方法，屬于電氣測量領域。包括光纖(4)連接的一次側(1)和二次側(6)，其特征在于：所述的一次側(1)包括依次連接的線圈、信號調理單元、恒流驅動單元端，二次側(6)包括光電探測單元、信號提取單元。包括如下步驟：步驟1，獲取多組(U、P)數值。步驟2，得到發光管功率?驅動電壓曲線。步驟3、將一次側(1)參數存儲于二次側(6)。步驟4，得到二次側直流電壓參考值以及工頻信號有效值。步驟5、得到一次側(1)工頻電壓信號有效值。步驟6，得到一次側(1)的母線電流有效值。本發明專利技術可精確計算出一次側工頻電壓信號以及母線電流的有效值，可應用到高精度的電流互感器的設計中。

【技術實現步驟摘要】
一種用于電流互感器的信號傳輸方法
一種用于電流互感器的信號傳輸方法，屬于電氣測量領域。
技術介紹
在電力生產、電力傳輸系統及電力設備中，電流互感器是實現電能測量及系統保護的重要設備。傳統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、尺寸小、造價低、測量動態范圍寬、靈敏度高、運行安全等優勢而逐漸成為傳統電磁式電流互感器的理想替代品。電子式互感器基于電子技術和光纖傳輸系統，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)將母線電流根據線圈的匝數比變換為小數值的模擬電流信號，再將該電流信號轉換為模擬電壓信號，此后通過AD采樣將模擬電壓信號轉換為數字信號，由CPU對數字信號進行編碼后送入發光管驅動電路通過電/光轉換得到數字光信號，利用光纖將光信號傳輸至二次側電路，依次完成光/電轉換、解碼后得到母線電流大小的數字量輸出或解碼后通過D/A轉換輸出反映母線電流波形的信號。使用以上原理設計的電子式電流互感器具有如下缺點：(1)由于其一次側存在AD轉換環節，導致一次側電路功耗較高，而電流互感器一次側的供電問題也是目前電流互感器設計的難題之一。(2)整個系統對信號的傳輸采用的是數字信號，因此AD采樣時的采樣頻率就限制了所要傳輸的信號的帶寬，若采用較高的采樣頻率，則系統功耗更大，因此實際系統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。而這些高頻信號恰恰又是電能質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。(3)實際系統中，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字量送入電/光轉換電路之前必須對各路的信號進行同步編碼，以使二次側接收的三路信號能夠同步，因此在一定程度上增加了系統設計的復雜度。電子互感器中采用的發光管一般由電流驅動型器件如發光二極管LED或激光二極管LD實現，其發光功率的大小取決于流經發光管的電流，當流經發光管的電流增大至一定程度時，發光管的發光功率P與流過它的電流I呈線性關系。光電管在有光照時輸出的電流I與受到的光照強度P也是線性關系。利用發光管及光電管的以上特性，在現有技術中已存在有將一次側進入發光管驅動電路前的模擬電壓信號(即工頻信號)直接調制發光管發光，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的光/電轉換電路，則可以避開一次側電路的AD采樣環節，從而也就解決了一次側電路功耗過高和傳輸信號頻帶受限的問題；同時，由于直接將模擬信號調制傳輸，也無需對實際系統的三相數據進行同步，則可使系統設計的復雜度大大降低。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。在實際應用中，在一次側使用模擬信號對光信號進行調制時，通常要提供一個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制信號抬高至發光管的線性區，從而實現模擬光信號的傳輸，這是利用發光管實現模擬信號傳輸的基本原理。然而，光信號在傳輸過程中會因發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、發光管老化引起的發光功率下降等原因從而導致信號大小出現衰減，若要通過測量二次側工頻信號大小來計算一次側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作工頻信號的衰減，但由于兩個信號的衰減并不相等，因此用這種方法設計出的電流互感器的誤差較大，該方法對于設計保護用的電流互感器是可行的，但將該方法用于設計高精度的測量用電流互感器則是行不通的。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種簡單方便、成本低廉、能精確計算一次側工頻電流信號大小，可應用到高精度的電流互感器的設計中的用于電流互感器的信號傳輸方法。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：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和二次側，其特征在于：在所述的一次側中，連接母線的線圈的輸出端連接信號調理單元的輸入端，信號調理單元的輸出端連接恒流驅動單元的輸入端，恒流驅動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內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行信號的輸出。優選的，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。優選的，所述的光電探測單元至少包括：將光信號轉換為電流信號的光電管以及將光電管轉換得到的電流信號轉換為電壓信號的電流-電壓轉換電路。優選的，所述的信號調理單元至少包括：可生成直流參考電壓的電壓基準芯片，以及將所述線圈輸出的工頻信號以及參考電壓進行混合的信號混合電路。優選的，所述的恒流驅動單元至少包括將信號調理單元輸出的電壓信號轉換為電流信號的轉換電阻以及由轉換電阻轉換得到的電流信號進行驅動發光的發光管。優選的，所述的發光管為通訊用發光管。優選的，所述的轉換電阻為負溫度系數的熱敏電阻。用于電流互感器的信號傳輸方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟1，向恒流驅動單元輸出多組數值不同的直流電壓，驅動發光管以不同的功率發光，得到發光管的多組U-P數值；步驟2，通過步驟1獲得的多組U-P數值擬合得到發光管(2)的發光功率-驅動電壓的P-U關系曲線：P＝a·U+b，然后根據熱敏系數測試方法計算得到恒流驅動單元中熱敏電阻的溫度系數，完成對熱敏電阻的選擇，使P-U關系曲線中的參數a、b保持不變；步驟3，將步驟2中P-U關系曲線中的系數a、b以及由信號調理電路中的電壓基準芯片產生的直流參考電壓信號VDC參考的值存儲于二次側中信號提取單元的中央處理單元內；步驟4，中央處理單元電路對光電探測單元輸出的信號分別進行取樣，計算出經光纖傳輸后衰減的直流參考信號值V’DC參考的值和工頻信號的有效值V工頻；步驟5，根據工頻信號計算公式計算得到一次側線圈輸出或由信號調理單元轉換得到的工頻信號V工頻；步驟6，根據步驟5計算得到的工頻信號V工頻計算得到母線的有效值。優選的，步驟5中所述的工頻信號計算公式為：其中，a、b分別為發光管的P-U關系曲線P＝a·U+b的系數，VDC參考為信號調理單元內使用電壓基準芯片產生的直流參考電壓，V′DC參考、V’工頻分別為中央處理單元采樣得到的衰減后的參考電壓和工頻信號。優選的，步驟2中所述的熱敏系數測試方法，包括如下步驟：步驟a，在常溫T1下，向恒流驅動電路輸出一個恒定的直流驅動電壓；步驟b，利用電位器代替熱敏電阻并測出電位器的初始電阻值R1；步驟c，記錄發光管在溫度T1下的發光功率P1；步驟d，使用升溫設備將發光管的工作溫度升高至T2，并記錄在溫度T2下的發光管的發光功率P2；步驟e，保持發光管的工作溫度為T2，并不斷減小電位器的阻值，此時發光管2的發光功率開始升高，當發光管的發光功率上升至P1時，記錄此時的電位器阻值R2；步驟f，通過計算發光管的工作溫度的差值ΔT＝T2-T1，以及電位器阻值的下降值ΔR＝R1-R2，計算得到熱敏電阻應具有的溫度系數，根據步驟a～步驟f實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于電流互感器的信號傳輸裝置，包括由光纖（4）連接的一次側（1）和二次側（6），其特征在于：在所述的一次側（1）中，連接母線的線圈的輸出端連接信號調理單元的輸入端，信號調理單元的輸出端連接恒流驅動單元的輸入端，恒流驅動單元的輸出端連接所述光纖（4）的一端；光纖（4）的另一端連接二次側（6）內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行信號的輸出。

【技術特征摘要】
1.一種用于電流互感器的信號傳輸方法，通過一種用于電流互感器的信號傳輸裝置實現，所述的信號傳輸裝置包括由光纖(4)連接的一次側(1)和二次側(6)，其特征在于：在所述的一次側(1)中，連接母線的線圈的輸出端連接信號調理單元的輸入端，信號調理單元的輸出端連接恒流驅動單元的輸入端，恒流驅動單元的輸出端連接所述光纖(4)的一端；光纖(4)的另一端連接二次側(6)內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行信號的輸出；包括如下步驟：步驟1，向恒流驅動單元輸出多組數值不同的直流電壓，驅動發光管(2)以不同的功率發光，得到發光管(2)的多組U-P數值；步驟2，通過步驟1獲得的多組U-P數值擬合得到發光管(2)的發光功率-驅動電壓的P-U關系曲線：P＝a·U+b，然后根據熱敏系數測試方法計算得到恒流驅動單元中熱敏電阻的溫度系數，完成對熱敏電阻的選擇，使P-U關系曲線中的參數a、b保持不變；步驟3，將步驟2中P-U關系曲線中的系數a、b以及由信號調理電路中的電壓基準芯片產生的直流參考電壓信號VDC參考的值存儲于二次側(6)中信號提取單元的中央處理單元內；步驟4，中央處理單元電路對光電探測單元輸出的信號分別進行取樣，計算出經光纖(4)傳輸后衰減的直流參考信號值V’DC參考的值和工頻信號的有效值V’工頻；步驟5，根據工頻信號計算公式計算得到一次側線圈輸出或由信號調理單元轉換得到的工頻信號V工頻；步驟6，根據步驟5計算得到的工頻信號V工頻計算得到母線的有效值。2.根據權利要求1所述的用于電流互感器的信號傳輸方法，其特征在于：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。3.根據權利要求1或2所述的用于電流互感器的信號傳輸方法，其特征在于：所述的光電探測單元至少包括：將光信號轉換為電流信號的光電管(5)以及將光電管(5)轉換得...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王瑋，徐丙垠，張新慧，陳羽，梁棟，
申請(專利權)人：山東理工大學，
類型：發明
國別省市：山東;37