专利名称：一种发电机转子电压和电流测量方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机转子电压和电流测量方法及其装置，属于发电机励磁参数测量技术领域。
背景技术：
发电机转子电压、电流信号是对发电机励磁参数进行监控的关键参数。由于监控设备距离发电机都有较远的距离，目前一般采用金属电缆来传输发电机转子的电压、电流信号。由于转子上具有较高的电压，如果采用很长的金属电缆将信号传至测量装置，在安全性方面将存在较大的隐患，一旦电缆发生故障(接地或者短路)，将带来严重的后果；在对发电机转子电流的测量中，由于转子电流测量用分流器的输出信号一般比较弱(毫伏量级)，在远距离电缆线传输过程中容易受到电磁干扰的影响，导致测量准确度下降。由于测量回路电感的作用，这种测量方式对一些暂态过程无法进行准确测量。目前市面上还未有出现暂态性能好、准确度高的专门用于发电机转子电压、电流测量的变送器。在这种背景下，本发明采用一种基于光纤数字化测量系统的发电机转子电压、电流测量装置，用以替代现有的基于电缆传输的测量系统。
发明内容
本发明的目的是提出一种发电机转子电压和电流测量方法及其装置，克服现有发电机转子电压、电流测量系统的诸多缺陷，将光纤数字化测量系统应用于发电机转子电压、电流的测量，采用光调制、解调方法，使发电机转子电压、电流的测量具有转换速度快、抗电磁干扰能力强、准确度高的特点。
本发明提出的发电机转子电压和电流测量方法，包括以下各步骤(1)采集发电机转子的电压信号和电流信号；(2)分别将上述电压信号和电流信号转换为光信号；(3)远距离传输和接收上述光信号，并将接收的光信号转换为电信号后输出。
本发明提出的发电机转子电压和电流测量装置，包括分压器和比例放大器，分别用于采集发电机转子的电压信号和电流信号，分压器和比例放大器分别与光调制器相连；光调制器，用于将电压信号和电流信号分别转换为光信号；光纤传输系统，用于接收和传输上述光信号，光纤传输系统分别与光调制器和光信号接收转换器相连；
光信号接收转换器，用于将接收到的光信号转换为电信号后输出；隔离电源，用于为光调制器提供工作电源，隔离电源与光调制器相连。
上述测量装置中的分压器，由多个电阻相互串联而成，用于将转子的电压按比例缩小，多个电阻的阻值之和与发电机转子电压之比为阻值之和∶发电机转子电压＝600～1000千欧姆∶1千伏。
上述测量装置中的比例放大器，由一个运算放大器、第一电阻和第二电阻组成，比例放大器用于将发电机转子上分流器输出的电压信号放大，运算放大器的同相端与发电机转子上的分流器的一端相连；第一电阻并联在运算放大器的反相端和输出端之间；第二电阻的一端与运算放大器的反相端相连，另一端与分流器的另一端相连并接地。
上述测量装置中的光调制器，由差分放大器、模数转换器、逻辑控制与信号处理器以及电光转换器组成；其中差分放大器用于将分压器和比例放大器输出的电压信号进行增益调整；模数转换器用于将增益调整后的电压信号进行模数转换，输出数字信号；逻辑控制与信号处理器用于为模数转换器提供逻辑控制信号，并对模数转换器输出的数字信号进行编码，得到编码信号；电光转换器用于将上述编码信号转换成光信号。
上述测量装置中的光信号接收转换器，由光电转换器、数字信号处理器、数模转换器和隔离放大器组成；其中光电转换器用于将从光调制器接收的光信号转换为电信号；数字信号处理器用于为数模转换器提供逻辑控制信号，并对上述电信号进行解码，得到数字脉冲信号；数模转换器用于将数字脉冲信号转换为模拟信号；隔离放大器用于将上述模拟信号隔离并输出。
本发明提出的发电机转子电压和电流测量方法及其装置，与现有技术比较，有如下优点1、本发明中，发电机转子侧(高压侧)和控制室(低压侧)之间的信息交换媒质为电绝缘性能优良的光纤，所以信号传输系统具有优良的抗电磁干扰性能，能够消除空间电磁干扰对信号传输通道的影响，进而使得对转子电压、电流的测量结果更准确、可靠。
2、本发明装置具有优良的抗电磁干扰特性，由于光纤数字化测量系统中，高、低压侧之间的信息是以数字化的光脉冲形式进行传输的，传输过程中不会受到任何电磁干扰的影响。
3、本发明装置的测量准确度高、暂态性能优良，光纤数字化测量系统的测量误差小于±0.1％；发电机转子电压、电流光纤测量装置中，电流通道的测量误差取决于分流器的测量准确度，电压通道的测量误差小于±0.2％；转子电压、电流测量装置的时间响应特性小于8ms。
4、本发明装置具有很好的温度稳定性和抗振动特性，在-40℃～+80℃的温度变化范围内，光纤数字化测量系统因温度变化引起的测量误差小于±0.15％；外部振动对测量装置的准确度不会造成任何影响。
图1是本发明提出的发电机转子电压和电流测量装置的结构框图。
图2是本发明装置中的分压器的电路图。
图3是本发明装置中的比例放大器的电路图。
图4是本发明装置中的光调制器的逻辑框图。
图5是本发明装置中的光信号接收转换器的逻辑框图。
具体实施例方式
本发明提出的发电机转子电压和电流测量方法，首先采集发电机转子的电压信号和电流信号；分别将采集的电压信号和电流信号转换为光信号；远距离传输和接收上述光信号，并将接收的光信号转换为电信号后输出。
本发明提出的发电机转子电压和电流测量装置的结构框图如图1所示，包括分压器和比例放大器，分别用于采集发电机转子的电压信号和电流信号，分压器和比例放大器分别与光调制器相连；光调制器，用于将电压信号和电流信号分别转换为光信号；光纤传输系统，用于接收和传输上述光信号，光纤传输系统分别与光调制器和光信号接收转换器相连；光信号接收转换器，用于将接收到的光信号转换为电信号后输出；隔离电源，用于为光调制器提供工作电源，隔离电源与光调制器相连。
上述测量装置中的分压器，其电路图如图2所示，由多个电阻相互串联而成，用于将转子的电压按比例缩小，多个电阻的阻值之和与发电机转子电压之比为阻值之和∶发电机转子电压＝600～1000千欧姆∶1千伏。
上述测量装置中的比例放大器，其电路图如图3所示，由一个运算放大器、第一电阻和第二电阻组成，比例放大器用于将发电机转子上分流器输出的电压信号放大，运算放大器的同相端与发电机转子上的分流器的一端相连；第一电阻并联在运算放大器的反相端和输出端之间；第二电阻的一端与运算放大器的反相端相连，另一端与分流器的另一端相连并接地。
上述测量装置中的光调制器，其电路图如图4所示，由差分放大器、模数转换器、逻辑控制与信号处理器以及电光转换器组成；其中差分放大器用于将分压器和比例放大器输出的电压信号进行增益调整；模数转换器用于将增益调整后的电压信号进行模数转换，输出数字信号；逻辑控制与信号处理器用于为模数转换器提供逻辑控制信号，并对模数转换器输出的数字信号进行编码，得到编码信号；电光转换器用于将上述编码信号转换成光信号。
上述测量装置中的光信号接收转换器，其电路图如图5所示，由光电转换器、数字信号处理器、数模转换器和隔离放大器组成；其中光电转换器用于将从光调制器接收的光信号转换为电信号；数字信号处理器用于为数模转换器提供逻辑控制信号，并对上述电信号进行解码，得到数字脉冲信号；数模转换器用于将数字脉冲信号转换为模拟信号；隔离放大器用于将上述模拟信号隔离并输出。
本发明对发电机转子电流的测量方法的原理是采用比例放大器将发电机转子上分流器输出的信号进行比例放大，并通过光调制器将之转换为光信号，然后通过光纤传输系统传送到控制室，位于控制室的光信号接收转换器再将光信号解调为电信号，并提供给标准的输出接口(±5V模拟量输出/数字量输出/4～20mA电流环输出)，供监测、控制设备所用。
本发明对发电机转子电压的测量方法的原理是首先采用高准确度分压器将转子电压比例缩小成低电压模拟信号，再通过光调制方法将该信号转换为光信号，经由光纤传输系统送至位于控制室的光信号接收转换器中，将信号解调为电信号，并提供给标准的输出接口(±5V模拟量输出/数字量输出/4～20mA电流环输出)，供监测、控制设备所用。
如附图1所示，本发明的基于光纤数字化测量系统的发电机转子电压和电流测量装置包括发电机转子侧的分压器和比例放大器、发电机转子侧的光调制器、光纤传输系统、低压侧光信号接收转换器及隔离电源。其中分压器的电路图见图2，它由多个电阻组成，电阻精度为0.1％、温度系数小于10×10-6/℃，分压器输出电压Uo取自R25的端电压，多个电阻的阻值之和与发电机转子电压之比为阻值之和∶发电机转子电压＝600～1000千欧姆∶1千伏，本发明的一个实施例中，电阻为五个，如图2所示，其中R21～R24的阻值均为200kΩ；R25的阻值为1.2kΩ，分压比k＝(R21+R22+R23+R24)/R25＝666.67。
比例放大器的一个实施例的电路图如图3所示，它由一个运算放大器U31和两个电阻R31、R32构成，它将分流器输出的几十毫伏(额定值为50mV)的信号放大至模数转换器的量程附近(1.25V)，U31采用的Analog Device公司的OP27，R31和R32的阻值分别为1kΩ和24kΩ，精度为0.1％，温度系数小于10×10-6/℃，比例放大器的放大倍数为1+R62/R61＝25。
发电机转子侧光调制器的逻辑框图见图4，包括差分放大器、模数转换器、逻辑控制与信号处理器和电光转换器，其中，差分放大器和模数转换器分别采用美国Analog Device公司的AD620和AD7894芯片，逻辑控制与信号处理器采用的是美国Altera公司的MAX7064，电光转换器采用的是Agilent公司的HFBR1414T；光纤传输系统采用的普通通信用光纤芯径为125/62.5μm的多模铠装光缆。
低压侧光信号接收转换器的逻辑框图见图5，包括光电转换器、数字信号处理器、数模转换器及隔离放大器，其中光电转换器采用的是Agilent公司的HFBR2412，数字信号处理器采用的是Altera公司的EP1C6，数模转换器采用的是Analog Device公司的AD7841BR，隔离放大器采用的是美国TI公司的ISO124。隔离电源采用C&D Technoligies公司的NMS1205隔离输出DC-DC转换器。分压器输出的信号被光调制器调制为数字化的光脉冲信号，通过光纤传输系统传至低压侧光信号接收转换器中，光信号接收转换器将该光脉冲信号进行解调后输出转子电压信息，供发电机监控设备采用。分流器输出信号经发电机转子侧的比例放大器放大后，被光调制器调制为数字化的光脉冲信号，通过光纤传输系统传至低压侧光信号接收转换器中，光信号接收转换器将该光脉冲信号进行解调后输出转子电流信息，供发电机监控设备采用。
权利要求
1.一种发电机转子电压和电流测量方法，其特征在于该方法包括以下各步骤(1)采集发电机转子的电压信号和电流信号；(2)分别将上述电压信号和电流信号转换为光信号；(3)远距离传输和接收上述光信号，并将接收的光信号转换为电信号后输出。
2.一种发电机转子电压和电流测量装置，其特征在于该装置包括分压器和比例放大器，分别用于采集发电机转子的电压信号和电流信号，分压器和比例放大器分别与光调制器相连；光调制器，用于将电压信号和电流信号分别转换为光信号；光纤传输系统，用于接收和传输上述光信号，光纤传输系统分别与光调制器和光信号接收转换器相连；光信号接收转换器，用于将接收到的光信号转换为电信号后输出；隔离电源，用于为光调制器提供工作电源，隔离电源与光调制器相连。
3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于其中所述的分压器由多个电阻相互串联而成，用于将转子的电压按比例缩小，多个电阻的阻值之和与发电机转子电压之比为阻值之和∶发电机转子电压＝600～1000千欧姆∶1千伏。
4.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于其中所述的比例放大器由一个运算放大器、第一电阻和第二电阻组成，比例放大器用于将发电机转子上分流器输出的电压信号放大，运算放大器的同相端与发电机转子上的分流器的一端相连；第一电阻并联在运算放大器的反相端和输出端之间；第二电阻的一端与运算放大器的反相端相连，另一端与分流器的另一端相连并接地。
5.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于其中所述的光调制器由差分放大器、模数转换器、逻辑控制与信号处理器以及电光转换器组成；其中差分放大器用于将分压器和比例放大器输出的电压信号进行增益调整；模数转换器用于将增益调整后的电压信号进行模数转换，输出数字信号；逻辑控制与信号处理器用于为模数转换器提供逻辑控制信号，并对模数转换器输出的数字信号进行编码，得到编码信号；电光转换器用于将上述编码信号转换成光信号。
6.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于其中所述的光信号接收转换器由光电转换器、数字信号处理器、数模转换器和隔离放大器组成；其中光电转换器用于将从光调制器接收的光信号转换为电信号；数字信号处理器用于为数模转换器提供逻辑控制信号，并对上述电信号进行解码，得到数字脉冲信号；数模转换器用于将数字脉冲信号转换为模拟信号；隔离放大器用于将上述模拟信号隔离并输出。
全文摘要
本发明涉及一种发电机转子电压和电流测量方法及其装置，属于发电机励磁参数测量技术领域。本方法首先采集发电机转子的电压信号和电流信号；将采集的信号转换为光信号；远距离传输和接收该光信号，并将其转换为电信号后输出。本装置包括发电机转子侧的分压器和比例放大器、发电机转子侧光调制器、光纤传输系统、低压侧光接收转换器及隔离电源。分压器将转子电压进行比例缩小，比例放大器将分流器输出的反映转子电流变化信息的电压信号进行放大，经光调制器成为光脉冲信号，经光纤传输系统传至光信号接收转换器中，并完成对光信号的解调，输出转子电压、电流的测量信号。本发明的优点是测量结果准确、可靠，并具有很好的温度稳定性和抗振动特性。
文档编号G01R19/00GK101055294SQ200710099860
公开日2007年10月17日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者王鹏, 贺丽英 申请人:王鹏, 贺丽英