一种低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号(10)授权公告号 CN 204719111 U (45)授权公告日(45)授权公告日 2015.10.21

(21)申请号 201420731709.4(22)申请日 2014.12.01

(73)专利权人国网山东省电力公司东营供电公

司

地址257091 山东省东营市东营区南一路

357号

专利权人国网山东利津县供电公司(72)发明人李刚田 张宝泽 杨迎春 郭洁

左家强 卞秋野 钱芳(51)Int.Cl.

G01R 19/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图2页

(54)实用新型名称

一种低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置(57)摘要

本实用新型提供了一种低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置。该电流检测装置包括高压输电线路电流采集部分和光电信号转换传输部分组成；高压输电线路电流采集部分包括磁位计、积分电路、电压/频率转换电路、无铁芯电流互感器和互感电流稳压电路；光电信号转换传输部分包括光电转换器、信号处理器和通信模块；磁位计采集电流信号通过积分电路将电压信号输出至电压/频率转换电路，将电压信号转换为频率调制信号，通过光电转换器和信号处理器将电流检测值通过通信模块进行传输，提高了高压输电线路电流检测的稳定性、降低传统交流电流传感器的功耗。 C N 2 0 4 7 1 9 1 1 1 U CN 204719111 U

权 利 要 求 书

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1.一种低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置，其特征在于，所述电流检测装置包括高压输电线路电流采集部分和光电信号转换传输部分组成；所述高压输电线路电流采集部分包括磁位计、积分电路、电压/频率转换电路、无铁芯电流互感器和互感电流稳压电路；所述光电信号转换传输部分包括光电转换器、信号处理器和通信模块；所述磁位计由非磁性圆环及均匀分布的密绕线圈组成，高压输电线路穿过所述非磁性圆环，所述密绕线圈的两个抽头与积分电路连接，所述积分电路将电压信号输出至所述电压/频率转换电路将电压信号转换为频率调制信号，所述电压/频率转换电路与所述光电转换器连接，所述光电转换器通过光纤与信号处理器连接，所述信号处理器将电流检测值通过通信模块进行传输；高压输电线路穿过所述无铁芯电流互感器，所述无铁芯电流互感器与互感电源稳压电路连接并输出低压至积分电路、电压/频率转换电路作为参考电压，并为光电信号转换传输部分供电。

2.根据权利要求1所述的低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置，所述积分电路采用斩波稳零集成运算放大器。

3.根据权利要求1所述的低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置，所述电压/频率转换电路采用电压/频率变换集成芯片，满度为150kHz，非线性误差小于0.05％，动态范围为100dB，电压基准输出为1.00V。

4.根据权利要求1所述的低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置，所述光电转换器为发光二极管。

5.根据权利要求1所述的低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置，所述互感电源稳压电路的输出电压为5-10V。

6.根据权利要求1所述的低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置，所述通信模块为无线通信模块、GSM通信模块、3G通信模块或4G通信模块。

7.根据权利要求1所述的低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置，所述高压输电线路电流检测装置的变比为200∶1-200∶5。

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说 明 书

一种低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置

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技术领域

本实用新型涉及一种电流检测装置，尤其涉及一种低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置。

[0001]

背景技术

在我国工业发展升级的驱动下，电力设备的安全性使用越来越受到重视。电流传

感器作为一个兼具保护性和监控作用的工具，将会在未来的电网中起到更重要的意义。相比国外同类产品，国内的电流传感器技术还有很大的差距需要弥补和提高。[0003] 随着城市用电量的增加，使得供电设备经常处于超负荷预装状态，电源设备面临的考验也越来越大，电子设备60％的故障都来自电源。随着电源问题日益突出的严重性，电源技术渐渐被广大厂商重视，具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势，保护电源的设备也随之诞生，检测电流或电压的传感器应运而生。

[0004] 电流传感器是指能感受被测电流并转换成可用输出信号的传感器，在国内外的用途非常广泛。

[0005] 电流传感器对变电站的电力输出进行监控，可以减少地方电网故障所造成的停电时间。电流传感器可以对供电电缆进行电流监控，若是电缆出线超负荷，这些电流传感器可将一部分负荷转移到其他相中，或者是新铺设的电缆中，保护电缆的安全使用和运行。[0006] 交流电流传感器(AC current sensor，AC current transducer)是一种检测交流电流的装置，能感受到被测交流电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。按照敏感元件的感应原理，交流电流传感器可分为：电磁式电流互感器，罗氏线圈，AnyWay变频电流传感器，霍尔电流传感器等。[0007] 目前，电力系统所应用的电流测量都是由带铁芯的电流互感器完成。这类电流传感器随着电网电压等级的提高，其体积、重量以及本身的空载损耗都增加很快，功耗非常高，价格也不菲。铁芯不仅引入了比差和角差等测量误差，而且还存在多种非线性因素，如磁饱和、涡流效应、铜耗及磁滞损耗等，这些都对测量精度和测量范围有很大的影响。此外，CT的安装、检修都极不方便，容易造成人身安全事故。[0008] 近些年来，由于光纤技术的发展，出现了光纤电流传感器传感方法，主要原理是利用磁光晶体的法拉弟效应.根据of＝VB1，通过对法拉弟旋转角0F的测量，可得到电流所产生的磁场强度，从而可以计算出电流大小。

[0009] 虽然它解决了传统CT所存在的高压绝缘问题和安全问题，但存在着技术要求高，易受外界环境影响，价格昂贵等缺点。尤其是，光纤电流传感器对转动十分敏感，由于输电线路多为野外架空的工况状态，环境扰动因素较多，在实际应用中存在较多误判现象。

[0002]

可见，无论是传统的交流电流传感器还是近年来发展的光纤电流传感器在高压输电线路的电流检测中均存在技术问题。

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说 明 书

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实用新型内容

[0011] 本实用新型的目的是为提高高压输电线路电流检测的稳定性、降低传统交流电流传感器的功耗，提供了一种低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置，所要解决的技术问题是传统的交流电流传感器在高压输电线路的电流检测中存在的功耗大、易烧损、通信能力差的问题，同时克服光纤电流传感器在高压输电线路的电流检测中存在的波动性大、容易误报的问题。[0012] 具体的，本实用新型通过如下技术方案实现：[0013] 首先，本实用新型提供了一种低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置，其特征在于，所述电流检测装置包括高压输电线路电流采集部分和光电信号转换传输部分组成；所述高压输电线路电流采集部分包括磁位计、积分电路、电压/频率转换电路、无铁芯电流互感器和互感电流稳压电路；所述光电信号转换传输部分包括光电转换器、信号处理器和通信模块；所述磁位计由非磁性圆环及均匀分布的密绕线圈组成，高压输电线路穿过所述非磁性圆环，所述密绕线圈的两个抽头与积分电路连接，所述积分电路将电压信号输出至所述电压/频率转换电路将电压信号转换为频率调制信号，所述电压/频率转换电路与所述光电转换器连接，所述光电转换器通过光纤与信号处理器连接，所述信号处理器将电流检测值通过通信模块进行传输；高压输电线路穿过所述无铁芯电流互感器，所述无铁芯电流互感器与互感电源稳压电路连接并输出低压至积分电路、电压/频率转换电路作为参考电压，并为光电信号转换传输部分供电。[0014] 进一步的，为提高积分电路的稳定性并进一步降低功耗，所述积分电路采用斩波稳零集成运算放大器。[0015] 进一步的，根据高压输电线路的输电特点，可选的，所述电压/频率转换电路采用电压/频率变换集成芯片，满度为150kHz，非线性误差小于0.05％，动态范围为100dB，电压基准输出为1.00V。[0016] 进一步的，为降低功耗，便于维护，所述光电转换器为发光二极管。[0017] 进一步的，为提供可靠的参比电压并保障相关设备的工作稳定性，所述互感电源稳压电路的输出电压为5-10V。[0018] 进一步的，根据实际工作需要和工况环境，可选的，所述通信模块为无线通信模块、GSM通信模块、3G通信模块或4G通信模块。[0019] 进一步的，为实现电流数据的准确采集，减小误差，且避免不必要的过高的精度，[0020] 所述高压输电线路电流检测装置的变比为200∶1-200∶5。

[0021] 本实用新型相比于传统的交流电流传感器和近年来发展的光纤电流传感器在高压输电线路的电流检测中具有以下技术效果：[0022] (1)集成度高，功耗低。本实用新型采用了微电子领域中广泛应用且商业化程度高、工业化应用稳定的通用的电压/频率变换集成芯片、斩波稳零集成运算放大器、信号处理器和通信模块，尽量采用集成电路对低压信号进行处理，避免了高功耗元件的采用，同时，自取电进行供电，避免了蓄电池、太阳能电池等的应用，有效的降低了设备的外部供电，这也有利于整个设备的重量降低，避免人工安装作业时的施工难度大的缺点。(2)检测灵敏度设置恰当。结合高压输电线路的工作特点，本实用新型避免了高精度的功耗维持和硬件设备成本过高，同时避免误报率高的缺点。

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说 明 书

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(3)远程监控方便。通信模块的引入有利于实现远程监控，减少了线路巡检的工作量和工作难度。附图说明

[0025]

图1为本实用新型中低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置的总体结构

示意图。

图2为本实用新型中积分电路的等效电路图。

[0027] 图3为本实用新型中互感电流稳压电路的电路结构图。

[0026]

具体实施方式

[0028] 为使本实用新型的技术方案及其技术效果更加清楚、明确，下面结合图1-3对本实用新型具体实施方式做进一步详述。应当理解，下述具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本实用新型。[0029] 参照附图1，本具体实施方式提供了一种低功耗光电混合型高压输电线路电流检测装置，该电流检测装置包括两个部分，如附图1中两个线框示出的。[0030] 首先，高压输电线路电流采集部分，即直接与高压输电线路相互作用的部分，与现有技术中的电流互感器不同，该部分的电流信号并非采用带有铁芯的电流互感线圈进行感应，而是直接采用线圈进行信号的采集。[0031] 具体结构为：高压输电线路电流采集部分包括磁位计、积分电路、电压/频率转换电路、无铁芯电流互感器和互感电流稳压电路。[0032] 为明确各结构之间的作用，又将该部分分为两个子结构，(1)磁位计、积分电路、电压/频率转换电路构成第一子结构，主要功能是电流信号的采集；(2)无铁芯电流互感器和互感电流稳压电路构成第二子结构，主要功能是作为电源，以代替现有技术中的外加电源，同时能够为第一子结构的相关组件提供参比电压。为提供可靠的参比电压并保障相关设备的工作稳定性，所述互感电源稳压电路的输出电压为5-10V。根据高压输电线路的输电特点，可选的，所述电压/频率转换电路采用电压/频率变换集成芯片，满度为150kHz，非线性误差小于0.05％，动态范围为100dB，电压基准输出为1.00V。[0033] 磁位计由非磁性圆环及均匀分布的密绕线圈组成，高压输电线路穿过所述非磁性圆环，所述密绕线圈的两个抽头与积分电路连接，所述积分电路将电压信号输出至所述电压/频率转换电路将电压信号转换为频率调制信号。[0034] 如图2所示，本具体实施方式中可以采用本领域中通用的等效电路的任意集成芯片，比如ICL7650集成芯片，为提高积分电路的稳定性并进一步降低功耗，所述积分电路采用斩波稳零集成运算放大器。[0035] 如图3所示，本具体实施方式的第二子结构中，高压输电线路穿过所述无铁芯电流互感器，所述无铁芯电流互感器与互感电源稳压电路连接并输出低压至积分电路、电压/频率转换电路作为参考电压，并为光电信号转换传输部分供电。其电路结构示意图如图3所示，是本领域中通用的提供稳压电路的结构图，其中稳压芯片也是通用的器件，比如稳压芯片LM293，能够提供+5V的电压输出，能够与一般的其他集成芯片连用，提供参比电压，同时与蓄电池联用，也能用做电源输出，供其他用电部件作为电源用。

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说 明 书

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该部分的设计有以下的技术效果和优势：集成度高，功耗低。采用了微电子领域中广泛应用且商业化程度高、工业化应用稳定的通用的电压/频率变换集成芯片、斩波稳零集成运算放大器、信号处理器和通信模块，尽量采用集成电路对低压信号进行处理，避免了高功耗元件的采用，同时，自取电进行供电，避免了蓄电池、太阳能电池等的应用，有效的降低了设备的外部供电，这也有利于整个设备的重量降低，避免人工安装作业时的施工难度大的缺点。

[0037] 其次，光电信号转换传输部分包括光电转换器、信号处理器和通信模块；所述电压/频率转换电路与所述光电转换器连接，所述光电转换器通过光纤与信号处理器连接，所述信号处理器将电流检测值通过通信模块进行传输。为降低功耗，便于维护，所述光电转换器为发光二极管。根据实际工作需要和工况环境，可选的，所述通信模块为无线通信模块、GSM通信模块、3G通信模块或4G通信模块。通信模块的引入有利于实现远程监控，减少了线路巡检的工作量和工作难度。尤其是，4G模块的传输速度快，数据传输量大，有利于实现远程、复杂地形下的数据传输和网络监控。[0038] 为实现电流数据的准确采集，减小误差，且避免不必要的过高的精度，所述高压输电线路电流检测装置的变比为200∶1-200∶5。该装置检测灵敏度设置恰当，结合高压输电线路的工作特点，本实用新型避免了高精度的功耗维持和硬件设备成本过高，同时避免误报率高的缺点。

[0039] 应当理解的是，本实用新型的结构、应用、具体部件的选用等等不限于上述的举例，对本领域技术人员来书，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型的保护范围。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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说 明 书 附 图

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图3

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