一种用于高压输电线大电流检测的光纤电流互感器的制造方法
【专利摘要】一种用于高压输电线大电流检测的光纤电流互感器，采用罗氏线圈作为电流互感器把高压侧的大电流转化为采样电流，采样电流通过电流-温度转化单元，利用薄膜电阻的温升间接达到测量电流的目的，提高了系统的响应时间和测量精度。与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：提高了系统的响应时间和测量精度，通过光纤将被测电流大小的信息传输下来，达到了隔离高电压的目的。克服传统磁电式电流互感器的磁饱和效应，又能克服镜式结构中块状材料的缺陷，体现中全光纤传感技术在高压输配电线电流检测中的优越性。
【专利说明】—种用于高压输电线大电流检测的光纤电流互感器
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及电流互感器领域，尤其涉及一种用于高压输电线大电流检测的光纤电流互感器。
【背景技术】
[0002]输电线路是电力系统的重要组成部分，其准确性关系到电网的稳定运行。随着电网运行等级的提高，对输电线路的各项参数测量变得尤为重要，其中输电线路的传输电流大小是关注的重点。但是目前关于大电流电流检测存在以下几个问题:一是不能完成光路输出的模拟信号检测和高精度计量，造成测量数据不精确，影响模拟信号检测结果；二是传统的机遇电磁原理的电流互感器已经不能满足实际测量的需求。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种用于高压输电线大电流检测的光纤电流互感器，采用罗氏线圈作为电流互感器把高压侧的大电流转化为采样电流，采样电流通过电流-温度转化单元，利用薄膜电阻的温升间接达到测量电流的目的，提高了系统的响应时间和测量精度。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现:
[0005]一种用于高压输电线大电流检测的光纤电流互感器，包括高压侧部分和低压侧部分，所述的高压侧部分包括大电流采集装置、电热转换单元，大电流采集装置为罗氏线圈，电热转换单元为薄膜电阻；低压侧包括光电转换单元、信号处理单元，光电转换单元为光电转换器，信号处理单元为微处理器；所述的罗氏线圈围绕在被测电流的导体上，罗氏线圈端部连接薄膜电阻，薄膜电阻通过传送光纤与分光镜、光电转换器、微处理器依次连接；所述的薄膜电阻上涂有荧光材料，荧光材料材质为粉状短余辉荧光材料红粉，余辉寿命为7ms，温度范围在O?120°C。
[0006]所述的光电转换器与微处理器连接，微处理器包括单片机一、单片机二、单片机三、液晶显示器，单片机一和单片机二的SCK引脚与单片机三SCK引脚连接，单片机一和单片机二的MISO引脚与单片机三的MISO引脚连接，单片机一和单片机二的MOISI引脚与单片机三的MOISI引脚连接，单片机一和单片机二的GP1引脚与单片机三的NSS引脚连接，单片机三与液晶显示器连接。
[0007]所述的单片机一、单片机二、单片机三的型号为C8051F120。
[0008]与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0009]提高了系统的响应时间和测量精度，利用罗氏线圈作为电流互感器把高压侧的大电流转化为采样电流，采样电流通过电流-温度转化，达到利用测温来测电流的目的，通过光纤将被测电流大小的信息传输下来，达到了隔离高电压的目的。克服传统磁电式电流互感器的磁饱和效应，又能克服镜式结构中块状材料的缺陷体现中全光纤传感技术在高压输配电线电流检测中的优越性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的整体方案框图。
[0011]图2是低压荧光激励光工作示意图。
[0012]图3是由模拟开关MAX318驱动紫外线二极管激励光的驱动电路图。
[0013]图4是薄膜电阻荧光余辉信号放大电路图。
[0014]图5是串行外设接口连接图。
[0015]1-罗氏线圈2-薄膜电阻3-分光镜4-光电转换器5-微处理器6-传送光纤7_单片机一 8-单片机二 9-单片机三10-液晶显不器11-激励光12-激励光和突光的混合光13-环境温度测量
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进一步说明:
[0017]如图1、图2所示，一种用于高压输电线大电流检测的光纤电流互感器，包括高压侧部分和低压侧部分，所述的高压侧部分包括大电流采集装置、电热转换单元，大电流采集装置为罗氏线圈1，电热转换单元为薄膜电阻2;低压侧包括光电转换单元、信号处理单元5,光电转换单兀为光电转换器4,信号处理单兀为微处理器5 ;所述的罗氏线圈I围绕在被测电流的导体上，罗氏线圈I端部连接薄膜电阻2，薄膜电阻2通过传送光纤6与分光镜3、光电转换器4、微处理器5依次连接；所述的薄膜电阻2上涂有荧光材料，荧光材料材质为粉状短余辉荧光材料红粉，余辉寿命为7ms，温度范围在O?120°C。
[0018]所述的光电转换器4与微处理器连接，微处理器包括单片机一 7、单片机二 8、单片机三9、液晶显示器10，单片机一 7、单片机二 8、单片机三9的型号为C8051F120，单片机一7和单片机二 8的SCK引脚与单片机三SCK引脚连接，单片机一 7和单片机二 8的MISO引脚与单片机三9的MISO引脚连接，单片机一 7和单片机二 8的MOISI引脚与单片机三9的MOISI引脚连接，单片机一 7和单片机二 8的GP1引脚与单片机三9的NSS引脚连接，单片机三9与液晶显示器连接。
[0019]高压侧主要通过罗氏线圈在高压侧完成电流取样，实现将电力线路上的一次大电流转换为二次小电流。二次电流流经薄膜电阻2电阻，完成电流到热量的转换，因此，对电流的测量转换为对热或者温度的测量，采取荧光光纤测温法测量薄膜电阻2表面温度，其传感部分是附着在敏感电阻表面的荧光物质和传送光纤。
[0020]低压侧主要完成对光纤传送来的荧光信号的处理工作，以微处理器为核心，对荧光余辉信号进行放大，然后用AD对放大后的荧光余辉曲线进行采样，测量荧光余辉寿命从而测的敏感电阻的温度，进而得到被测电流信息，微处理器型号为intel8088。
[0021]利用罗氏圈测量时，将线圈围绕在载有被测电流的导体上，线圈两端连接上薄膜电阻2就可以测量变化的电流。另外，在荧光光纤传感器的制作中，粉状的荧光材料更便于探头的制作。薄膜电阻2上涂有荧光材料，荧光材料和传送光纤做作为温度传感器部分，材料材质为粉状短余辉荧光材料红粉，余辉寿命为7ms，温度范围在O?120°C。
[0022]采用罗氏线圈I作为电流互感器把高压侧的大电流转化为采样电流，并利用薄膜电阻2作为电流-温度转化器件，通过测量薄膜电阻的温升间接达到测量电流的目的。而对温度的测量是通过荧光光纤测量温度的方法来完成的。荧光材料受激励光的激发产生荧光，当激励脉冲消失时，荧光材料由于自身的特点会产生余辉衰减现象，余辉衰减时间是环境温度的函数，把余辉衰减信号经过光电转换和信号放大电路传输到微处理器5上，对采集到的数据并进行分析就可以间接得到被测的温度，进而对被测电流进行测量。
[0023]具体的方法是将激励光照射到薄膜期间的荧光材料上，然后再把荧光材料受激发所发出的荧光传回光电转换环节进行信号处理。
[0024]激励源采用紫外发光二极管(UVLED)，光谱主峰在365nm处，半峰宽为10nm，由精密CMOS互补金属氧化物半导体模拟开关MAX813驱动，使其所发出的脉冲形式的高低电平来激发激励光源发光。激励光经过光纤传递到高压端，对涂在薄膜电阻上的荧光材料进行激发，使其发出荧光，并利用同一条光纤将荧光传回微处理器5，在光纤传回的荧光信号中掺杂着被反射回来的激励光，由于不需要此激励光，所以在传导光纤6加入分光镜3，把不需要的反射回来的激励光滤除掉，这样就保留了单一的荧光信号，然后在经过后续的信号处理单元就能得到被测的电流信息，由MAX318构成的驱动电路如图3所示。
[0025]整个电流的检验过程可以概括为:被测电流变化-热量变化-温度变化-荧光衰减时间变化-光纤信息传输-光电转换-信号处理。这种测量方法的优点是通过光纤将被测电流大小的信息传输下来，达到了隔离高电压的目的。
[0026]光电转换器连接A/D转换器、放大电路，荧光余辉信号经过光纤传导，最后由光电转换器4将光信号转换成弱电流信号。光信号的强度直接影响弱电流信号的强度。而突光余辉信号的强度与探头前端敏感材料和激励光强度有关。本实用新型中使用的荧光材料是红粉，激励光照射到红粉之后所产生的荧光余辉信号的峰值强度约为10NA。放大电路部分解决的是将弱电流信号放大为O?2.5V的电压信号以满足AD采样需求，系统选用宽带运算放大器LF357，设计出余辉弱信号放大电路，如图4所示。
[0027]如图5所示，本实用新型采用两个单片机和每个自带的一路AD来同时测量薄膜电阻温度和环境温度，环境温度测量为普通传感器测量，此处不做详细描述，作用是对薄膜电阻温度的补偿，使测量数据精确，两个温度数据整合后将各自测量的信息送到第三个单片机，第三个单片机进行温度信息的接受和处理并送液晶显示屏显示电流结果。这种方案的好处在于两个CPU分别测量，有利于系统的响应时间的提高。
【权利要求】
1.一种用于高压输电线大电流检测的光纤电流互感器，其特征在于，包括高压侧部分和低压侧部分，所述的高压侧部分包括大电流采集装置、电热转换单元，大电流采集装置为罗氏线圈，电热转换单元为薄膜电阻；低压侧包括光电转换单元、信号处理单元，光电转换单元为光电转换器，信号处理单元为微处理器；所述的罗氏线圈围绕在被测电流的导体上，罗氏线圈端部连接薄膜电阻，薄膜电阻通过传送光纤与分光镜、光电转换器、微处理器依次连接；所述的薄膜电阻上涂有荧光材料，荧光材料材质为粉状短余辉荧光材料红粉，余辉寿命为7ms，温度范围在O?120°C ； 所述的光电转换器与微处理器连接，微处理器包括单片机一、单片机二、单片机三、液晶显示器，单片机一和单片机二的SCK引脚与单片机三SCK引脚连接，单片机一和单片机二的MISO引脚与单片机三的MISO引脚连接，单片机一和单片机二的MOISI引脚与单片机三的MOISI引脚连接，单片机一和单片机二的GP1引脚与单片机三的NSS引脚连接，单片机三与液晶显示器连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于高压输电线大电流检测的光纤电流互感器，其特征在于，所述的单片机一、单片机二、单片机三的型号为C8051F120。
【文档编号】G01R15/24GK204086361SQ201420391636
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】马鹏程, 徐亚军 申请人:鞍山博丰电力设备有限公司