[发明专利]一种一体化电子式互感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种一体化电子式互感器装置，属于电子式互感器技术领域，是一种把数据合并单元同电流、电压信号采集转换单元、通信单元、工作电源、备用电源都集中布置在一体式电子互感器的一个指定相的高电位端的装置，其二次输出为符合IEC61850规约的数字信号。

背景技术

目前在工程上常用的对电压和电流信号进行数字化转换的方法有很多种。主要的有以下三种类型：

第一种，用各自独立的传统的电磁式电流互感器、电压互感器将高电压、大电流降低成为通用的低电压、小电流（例如：额定电流5安或1A、额定电压100伏），然后用设置在低压端的信号转换装置将低电压和小电流的模拟信号转换为相应的数字信号。这种技术的优点在于：它是一种成熟的技术，产品质量稳定。它的缺点主要有：电磁式电流互感器和电压互感器存在体积大、占用空间大，耗费材料，特别是耗费大量的金属材料的问题，不符合当前国际国内节能降耗的要求。第二，信号采集装置设置在低电位，由于二次接线过长，使干扰信号对二次电流、二次电压的小模拟量信号的影响很大,容易引入干扰，使继电保护误动和影响测量精度。第三，电磁式电压互感器在某些运行方式下可能产生铁磁谐振，从而诱发电力系统重大事故。第四，电磁式电流互感器由于通常使用硅钢片作为铁芯，在事故电流很大的情况下会发生磁饱和，使继电保护装置拒动。第五，电磁式电流互感器、电压互感器绝缘结构复杂，其造价随电压等级的提高呈指数关系上升。为了克服上述缺点，近几年开始推广使用的电子式互感器新技术可以较好地解决上述问题。

第二种，用非传统的小信号输出的电压和电流互感器（被国际电工组织定义为电子式互感器的一种类型，其输出为数十毫安电流和数伏电压的小模拟量信号）替代传统电磁型互感器，供就近安装的继电保护装置或信号转换装置使用。这一类技术的特点是，信号采集转换、数据处理（合并打包）和通信都是在低压侧完成的。它的优点在于电流、电压互感器小型化，使体积减小和材料节省。同时由于它的输出值很小，使得其后的信号采集转换单元的可以直接使用其输出值，而不用对模拟量进行二次转换，简化了信号采集转换单元结构。它的缺点在于，这种转换技术在本质上与传统的技术原理是相似的，技术并没有本质的进步。其次，由于其二次输出的模拟量很小，更容易受到干扰，只能就地转换和使用，限制了使用范围。

第三种，按相把由模数转换芯片和计算机芯片构成的信号采集转换单元与非传统的电流和/或电压传感器一同置于高电位端。在高压侧获取单相的电压和/或电流信号，A、B、C三相分别通过绝缘性能很好的光纤将高压侧采集转换得到的电压和电流的数字信号传输到低压侧的合并单元，合并单元将收到的各相信号按IEC 61850规约打包传送到数据传输网络或者监测仪表、控制装置和继电保护装置。这是典型的电子式电压互感器或电子式电流互感器。这种技术的主要特点是：第一、电子式电压互感器或电子式电流互感器的绝缘结构大大简化，体积小、重量轻，电压等级越高其性价比优势越明显。第二、电压和电流信号的采集转换、数据处理和通信都是在高压侧完成的。使用光缆而不是电缆作为信号传输工具，实现了高低压的彻底隔离，不存在电磁式电压互感器二次回路短路或电磁式电流互感器二次回路开路给设备和人身造成的危害，安全性和可靠性大大提高。第三、非常规互感器在原理上与传统互感器有着本质的区别，一般不用硅钢片铁芯做磁稱合。因此消除了磁饱和及铁磁谐振现象，从而使互感器运行的暂态响应好，动态范围大，测量精度高，频率响应范围宽。第四、输出采用光纤，数据传输抗干扰能力强。没有常规的铜芯二次导线，它可以使材料特别是金属材料大量的节省。第五、这种技术可以使传感器和采集处理单元完全融合，很容易进行整体误差校验。它的缺点在于：第一、三相电压和三相电流的信号是由分别在A、B、C三相的信号采集转换单元单独进行的，对信号同步采集的要求较高。第二、转换后三相电压和电流数字信号要分别用光纤传送到指定位置的合并单元，进行数据打包后向网络传送，这会导致相间光纤通信通道的增加，使通信单元和合并单元的结构复杂，增加很多电光/光电转换接口，功耗增加，技术实现难度较大。第三、除了增加生产制造成本外，这种结构还会增加高压信号采集装置的故障发生概率。这是一种近年来逐渐普及的新技术，尤其在110kV及以上电压等级中经济技术优势明显。

发明内容