统一变比型宽幅计量组合互感器的制作方法

本实用新型涉及一种统一变比型宽幅计量组合互感器。

背景技术：

新型设备在投入使用之前，都需要对设备进行试验，以便对设备的性能进行验证，尤其是设备的安全性能和工作性能要得到保证。为了保证电力系统安全经济运行，必须对电力设备的运行情况进行监视和测量。但一般的测量和保护装置不能直接接入一次高压设备，而需要将一次系统的大电流按比例变换成小电流，供给测量仪表和保护装置使用。

在电力系统的每个环节，包括发电、变电、输电、配电和用电，都需要对线路进行测量、保护和控制(以下简称测控)。然而线路中电流大小悬殊，从几安到几万安都有，这些电流需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压一般都比较高，如直接测控是非常危险的。电流互感器(Current transformer，简称CT)的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。如变比为400/5的电流互感器，可以把实际为400A的电流转变为5A的电流。除起到电流变换的作用外，还起到电气隔离作用。

电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，实际中往往只有一匝，也就是穿心而过，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次侧匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路等设备中。

关于计量的准确度方面：在测量电流时由于电气设备容量的不同，需要测量的电流值有大有小，如果固定用一组变比较大的电流互感器在测大电流时，测试出的电流值精度较高，但当做小容量的电气设备时变比较大的互感器测试出的电流值精度就会较低，造成误差很大。

中国专利局于2009年6月3日公告了一份CN201252002Y号专利，名称为电流互感器多挡位切换端子，包含端子板、输入端子、输出端子、挡位切换模块、计量表信号线，输入端子、输出端子、挡位切换模块固定在端子板上，输入端子连接挡位切换模块的输入端，输出端子连接挡位切换模块的输出端，计量表信号线连接挡位切换模块的信号端。通过改变挡位来改变电流互感器的变比但是结构比较复杂，需要较多的元器件，成本较高。

中国专利申请号201020615547.X，公开了一种智能自动转换计量装置，属于电力计量技术领域。包括电度表、复合变比电流互感器、电流采样电路和切换电路，切换电路设置连接复变比电流互感器，电流采样电路连接复合变比电流互感器，其特征在于：设置智能处理模块和通讯模块，智能处理模块的输入端连接电流采样电路，智能处理模块的电源端连接电源电路，智能处理模块的通讯端连接通讯模块，智能处理模块的输出端连接切换电路。智能处理模块处理分析来自三相电流采样电路的信号，分析处理结果及运行状态数据通过通讯模块上传上一级设备和读取。本实用新型没有公开了具体的连接关系，得不出任何技术启示。

可以看出，以上是电流互感器和多变比电流互感器转换装置的方案及其现有技术，都是事后对于电流互感器的二次开路做出补救措施，未能从根本上解决问题。

为了计量准确而使用的大小不同的多变比的电流互感器，均在浇筑的互感器外进行变比的换算，换算为同一变比，线路连接麻烦。当然，基于以上的分析也同样可知，现有技术中，相应的组合互感器，肯定不会达到理想的效果，现有的组合互感器必定线路连接麻烦。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种统一变比型宽幅计量组合互感器，能够在浇筑一体的互感器内完成变比转换，在后级能够智能切换大小变比的电流互感器，智能化程度高，能够提高计量的准确度。组合互感器一体成型，结构紧凑，利用率高，采用可控硅作为转换触点，动作可靠，寿命长，避免电磁继电器频繁动作烧坏触点而造成的故障。

本实用新型要解决的技术问题的技术方案是：

统一变比型宽幅计量组合互感器，至少包括设置于同一相母线上的、具有不同电流变比的小变比电流互感器和大变比电流互感器，至少一只电压互感器，以及，至少一个电流互感器切换单元和控制装置构成的用于设置于同一相母线上的具有不同变比的大、小变比电流互感器切换的宽幅计量转换终端，所述小变比电流互感器的后级并接一个电流缩小型电流转换器，所述小变比电流互感器经电流缩小型电流转换器转换后得到与大变比电流互感器一样的变比；所述小变比电流互感器、电压互感器、电流转换器和大变比电流互感器之间分别通过其间浇铸的树脂实现机械连接和电气隔离；所述电流互感器切换单元包括CT切换检测电流互感器、用于两只双变比的母线侧电流互感器切换用可控开关装置，其中，电流转换器的一输出端与大变比电流互感器的一输出端并接，形成对外连接至电度计量装置的一端，在电流转换器的一输出端与大变比电流互感器的一输出端并接后的线路上穿设一CT切换检测电流互感器，CT切换检测电流互感器的输出经一信号处理和放大单元连接至控制装置，电流转换器的另一输出端串接第一可控开关装置后与大变比电流互感器另一输出端经第二可控开关装置输出后并接，形成对外连接至电度计量装置的另一端，所述第一、第二可控开关装置分别与控制装置连接，所述控制装置用以程序控制可第一、第二可控开关装置的导通与关闭，所述控制装置与电源连接。

优选的，所述电流互感器切换单元为两个，以及，在两相母线上设有不同电流变比的小变比电流互感器和大变比电流互感器，设置于三相母线上的两只电压互感器，所述小变比电流互感器的后级并接一个电流缩小型电流转换器，所述小变比电流互感器经电流缩小型电流转换器转换后得到与大变比电流互感器一样的变比；所述各个小变比电流互感器、电压互感器、电流转换器和大变比电流互感器之间分别通过其间浇铸的树脂实现机械连接和电气隔离。

优选的，所述电流互感器切换单元为两三个，以及，在三相母线上设有不同电流变比的小变比电流互感器和大变比电流互感器，设置于三相母线上的两三只电压互感器，所述小变比电流互感器的后级并接一个电流缩小型电流转换器，所述小变比电流互感器经电流缩小型电流转换器转换后得到与大变比电流互感器一样的变比；所述各个小变比电流互感器、电压互感器、电流转换器和大变比电流互感器之间分别通过其间浇铸的树脂实现机械连接和电气隔离。

优选的，所述大变比电流互感器的输入端和第二可控开关装置之间并接有防止电流互感器二次侧开路的过电压抑制装置。

优选的，所述过电压抑制装置为压敏电阻、tvs管、电容、阻容串联单元、1:1电流变换器之一或其组合。

优选的，所述第一、第二可控开关装置为可控硅、继电器触头之一，所述可控硅、继电器触头由控制装置程序控制

优选的，所述小变比电流互感器和大变比电流互感器在输出同样大小电流情况下，输入电流大小比为1:5、1:4、1:3、1:2之一，相应的，与小变比电流互感器连接的电流缩小型电流转换器的缩小倍数为5、4、3、2倍。

优选的，所述控制装置的输出还连接一显示与输入单元，所述显示与输入单元采用液晶屏或LED屏，可实现触摸式人机对话。

优选的，所述控制装置的输出还设有RJ45接口，用以实现互联网功能。

优选的，所述控制装置的输出还连接有GPRS远程发送模块用来将输出信号发送到指定IP，或者设备上，与用户后台实现联网，实时传输数据，并可实现远程控制。

本实用新型的优异效果：

1、统一变比型宽幅计量组合互感器，能够自动切换不同变比的电力互感器，一体化程度高，电力计量精度高，能使1％点计量精度达到0.2％，扩宽了计量幅宽，使计量更加准确。组合互感器一体成型，结构紧凑，利用率高。

2、不同变比的电流互感器采用可控硅为电流转换触点，使其动作可靠，方便，避免电磁继电器频繁动作烧坏触点而造成的故障。

3、在大变比电流互感器后边并接过电压抑制单元，以及在小变比的电流互感器后边并接一变比转换电流互感器，能够确保电流互感器二次侧开路的安全，防止安全事故的发生。

4、本实用新型能够在浇筑一体的互感器内完成变比转换，连接方便，使用可靠。

附图说明

此处所说明的附图用以提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图1是本实用新型一种实施例的电气原理图，

附图2是本实用新型一种用于两相母线上的组合互感器的电气原理图，

附图3是本实用新型一种用于三相母线上的组合互感器的电气原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的技术内容，本领域的技术人员可由本说明书揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点和功效。本实用新型亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同的观点和应用，在不违背本实用新型的精神下进行各种修饰和变更。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“A相”、“B相”、“C相”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤，仅仅是为了描述的方便等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等，也不是具体特别的指定。

参见图1。下面以设置于A相母线为例，对本实用新型进行详细说明。

统一变比型宽幅计量组合互感器，至少包括设置于同一相母线上的、具有不同电流变比的小变比电流互感器11和大变比电流互感器12，至少一只电压互感器8，以及，至少一个电流互感器切换单元5和控制装置构成的用于设置于同一相母线上的具有不同变比的大、小变比电流互感器切换的宽幅计量转换终端9，所述小变比电流互感器11的后级并接一个电流缩小型电流转换器6，所述小变比电流互感器11经电流缩小型电流转换器6转换后得到与大变比电流互感器12一样的变比；所述小变比电流互感器11、电压互感器8、电流转换器6和大变比电流互感器12之间分别通过其间浇铸的树脂实现机械连接和电气隔离。

小变比电流互感器11、电流转换器6和大变比电流互感器12之通过浇铸成为一体，宽幅计量转换终端9与其独立设置，两者进行电性连接。宽幅计量转换终端9包括电流互感器切换单元5和控制装置。

所述电流互感器切换单元5包括CT切换检测电流互感器4、用于两只双变比的母线侧电流互感器切换用可控开关装置SCR1、SCR2，其中，电流转换器6的一输出端与大变比电流互感器12的一输出端并接，形成对外连接至电度计量装置的一端S1，在电流转换器6的一输出端与大变比电流互感器12的一输出端并接后的线路上穿设一CT切换检测电流互感器4，CT切换检测电流互感器4的输出经一信号处理和放大单元3连接至控制装置，电流转换器6的另一输出端串接第一可控开关装置SCR1后与大变比电流互感器12另一输出端经第二可控开关装置SCR2输出后并接，形成对外连接至电度计量装置的另一端S2，所述第一、第二可控开关装置SCR1、SCR2分别与控制装置连接，所述控制装置用以程序控制可第一、第二控开关装置的导通与关闭，所述控制装置与电源连接。所述大变比电流互感器的输入端和第二可控开关装置之间并接有防止电流互感器二次侧开路的过电压抑制装置7

举例为：

假设小变比电流互感器的量程为100A/5A，大变比电流互感器量程为200A/5A，并以200A/5A作为计量基础，大变比电流互感器用于大电流的常态测量。小变比电流互感器和大变比电流互感器在输出同样大小电流情况下，输入电流大小比为1:2。在所述小变比电流互感器11的后级并接一个电流缩小型电流转换器6，电流缩小型电流转换器6的缩小倍率为2，这样，小变比电流互感器11经电流转换器6后就会得到与大变比电流互感器一样的变比。也就是说两者的输出一致。

实际情况是：如果固定用一组变比较大的电流互感器在测大电流时，测试出的电流值精度较高，但当测量小容量的电气设备时，变比较大的互感器测试出的电流值精度就会较低，造成误差很大。

如果通过控制装置，采用小变比电流互感器用在小电流时的精确测量，可以充分发挥小变比的电流互感器的最佳工作范围，电力计量精度高，能够使1％点计量精度达到0.2％，扩宽了计量幅宽，使计量更加准确。例如：可根据负荷大小，通过控制装置程序控制实现可控硅SCR1和SCR2实现无触点切换，可以设定在低于20％负荷时，由小变比电流互感器实施计量，当负荷电流高于20％时，由大变比电流互感器实施计量。

参见图2，是本实用新型一种用于两相母线上的电流互感器的电气原理图。

所述宽幅计量转换终端9包括两个电流互感器切换单元51、52，以及，设置于两相母线上的、具有不同电流变比的小变比电流互感器11、21和大变比电流互感器12、22，设置于三相母线上的两只电压互感器81、82，所述小变比电流互感器11、21的后级并接一个电流缩小型电流转换器61、62，所述小变比电流互感器经电流缩小型电流转换器61、62转换后得到与大变比电流互感器12、22一样的变比；所述各个小变比电流互感器11、21、两只电压互感器81、82、电流转换器61、62和大变比电流互感器12、22之间分别通过其间浇铸的树脂实现机械连接和电气隔离。

所述电流互感器切换单元51、52分别包括CT切换检测电流互感器41、42，其中，电流转换器61、62的一输出端与大变比电流互感器12、22的一输出端并接，形成对外连接至电度计量装置的一端S1、s3，在电流转换器61、62的一输出端与大变比电流互感器12、22的一输出端并接后的线路上穿设一CT切换检测电流互感器41、42，CT切换检测电流互感器41、42的输出经一信号处理和放大单元31、32连接至控制装置，电流转换器61、62的另一输出端串接第一可控开关装置SCR1、SCR3后与大变比电流互感器12、22另一输出端经第二可控开关装置SCR2、SCR4输出后并接，形成对外连接至电度计量装置的另一端S2、s4，所述第一、第二可控开关装置SCR1、SCR3、SCR2、SCR4分别与控制装置连接，所述控制装置用以程序控制可控第一、第二控开关装置的导通与关闭，所述控制装置与电源连接。所述大变比电流互感器12、22的输出端和第二可控开关装置SCR2、SCR4之间并接有防止电流互感器二次侧开路的过电压抑制装置71、72。

参见图3，是本实用新型一种用于三相母线上的电流互感器的电气原理图。

所述宽幅计量转换终端9包括三个电流互感器切换单元51、52、53，以及，设置于三相母线上的、具有不同电流变比的小变比电流互感器11、21、31和大变比电流互感器12、22、32，设置于三相母线上的三只电压互感器81、82、83，所述小变比电流互感器11、21、31的后级并接一个电流缩小型电流转换器61、62、63，所述小变比电流互感器11、21、31经电流缩小型电流转换器61、62、63转换后得到与大变比电流互感器一样的变比；所述各个小变比电流互感器11、21、31、三只电压互感器81、82、83、电流转换器61、62、63和大变比电流互感器12、22、32，之间分别通过其间浇铸的树脂实现机械连接和电气隔离。

所述电流互感器切换单元51、52、53分别包括CT切换检测电流互感器41、42、43，其中，电流转换器61、62、63的一输出端与大变比电流互感器12、22、32的一输出端并接，形成对外连接至电度计量装置的一端S1、s3、s5，在电流转换器61、62、63的一输出端与大变比电流互感器12、22、32的一输出端并接后的线路上穿设一CT切换检测电流互感器41、42、43，CT切换检测电流互感器41、42、43的输出经一信号处理和放大单元31、32、33连接至控制装置，电流转换器61、62、63的另一输出端串接第一可控开关装置SCR1、SCR3、SCR5后与大变比电流互感器12、22、32另一输出端经第二可控开关装置SCR2、SCR4、SCR6输出后并接，形成对外连接至电度计量装置的另一端S2、s4、s6，所述第一、第二可控开关装置SCR1、SCR3、SCR5、SCR2、SCR4、SCR6分别与控制装置连接，所述控制装置用以程序控制可控第一、第二控开关装置的导通与关闭，所述控制装置与电源连接。所述大变比电流互感器12、22、32的输出端和第二可控开关装置SCR2、SCR4、SCR6之间并接有防止电流互感器二次侧开路的过电压抑制装置71、72、73。

以上各实施例中，所述过电压抑制装置为压敏电阻、tvs管、电容、阻容串联单元、1:1电流变换器之一或其组合，以及，所述第一、第二可控开关装置为可控硅、继电器触头之一，所述可控硅、继电器触头由控制装置程序控制。

优选的，所述小变比电流互感器和大变比电流互感器在输出同样大小电流情况下，输入电流大小比为1:5、1:4、1:3、1:2之一，据上分析，相应的，与小变比电流互感器连接的电流缩小型电流转换器的缩小倍数为5、4、3、2倍。

有了电流转换器6与小变比电流互感器的并接，相当于在小变比电流互感器的后方并接了一个固定的负载，因此能够时刻限制电流互感器二次侧开路引起的过电压。而为了防止大变比电流互感器的输出开路引起过电压。优选的，所述过电压抑制装置为压敏电阻、tvs管、电容、阻容串联单元、1:1电流变换器之一或其组合。

TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR)或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度(最高达1*10-12秒)使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。TVS的反应速度比RC回路快10E-12s,可不用考虑TVS的击穿电压VBR,反向临界电压VWM,最大峰值脉冲电流IPP和最大箝位电压VC及峰值脉冲功率PP.选择VWM等于或大于电路工作电压,VC为小于保护器件的耐压值,能测量最好(IPP),或估计出脉冲的功率,选功率较大的TVS.

TVS管由于它具有响应时间快、瞬态功率大、电容低、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小、易于安装等优点，目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、消费类电子、电源、家用电器等各个领域。

过电压保护器是限制雷电过电压和操作过电压的一种先进的保护电器。常见的过压保护元器件或设备有防雷器、压敏电阻、避雷器等。在通信电源领域，为防止雷电瞬间高电压对其造成巨大损害，通常会配置压敏电阻对其进行过压防雷保护。当雷电产生的瞬间高电压施加在压敏电阻两端时，压敏电阻阻值变得无穷小，使得压敏电阻导通并将雷电产生的大电流引入大地，从而保护电源设备不受雷电损伤。在电源系统侧通常会使用防雷器对交流、直流进行过压保护。

优选的，所述第一、第二可控开关装置为可控硅、继电器触头之一，所述可控硅、继电器触头由控制装置程序控制。在图1、图2、图3的实施例中，所述第一、第二可控开关装置为可控硅，可控硅为电流转换触点，使其动作可靠，方便，避免电磁继电器频繁动作烧坏触点而造成的故障。

所述控制装置可以采用内置中央处理器为核心可同时处理8路输入信号，并可根据需要通过编程扩展其应用范围。控制装置可以设计和编程为能自动存储统计大小负荷用电情况，并可输出数据，方便巡查与统计。

进一步，所述控制装置的输出还连接一显示与输入单元，为现场近端调试提供直观的观看效果，以及可实现触摸式人机对话。所述显示与输入单元采用液晶屏或LED屏，输入单元可采用具有显示与输入一体的触摸屏，实现触摸式人机对话。

液晶显示模块用来实时显示温湿度采集结果，为近端调试提供直观的调试效果；优先地，所述液晶显示模块只需要实时显示温度和湿度两个参数，所以装置中的液晶显示与输入单元选择16×2的LCD1602。

LCD1602为工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。(16列2行)1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形(用自定义CGRAM，显示效果也不好)。

LCD1602微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。

优选的，所述控制装置的输出还设有RJ45接口，用以实现互联网功能。或者，所述控制装置的输出还连接有GPRS远程发送模块用来将输出信号发送到指定IP，或者设备上，与用户后台实现联网，实时传输数据，并可实现远程控制。

例如，可以通过GPRS远程发送模块将输出信号发送至制定的手机上，便于相关领导及时掌握，以便做出相应决策。GPRS远程发送模块，具有大数据互联网功能，并可与用户后台实现联网，实时传输数据，并可实现远程控制。

为了将数据信号进行远传，所述单片机的输出还连接有一无线发射模块，用来将报警信号发送到指定IP，或者设备上。优选的，所述无线发射模块以SIM900A为核心构建。

优选的，所述无线发射模块选用SIMCom公司的适用于中国大陆SIM900A，900MHz/1800MHz双频段表贴式GPRS/GSM模块，通过UART串口与CPU交互。无线发射模块无线发射模块以SIM900A为核心，通过GPRS链路发射温湿度处理结果到指定IP地址的终端设备或手持设备。

SIM900A是紧凑型、高可靠性的无线模块，采用SMT封装的双频GSM/GPRS模块解决方案，采用功能强大的处理器ARM9216EJ-S内核，能满足低成本、紧凑尺寸的开发要求。

使用工业标准界面，使得具备GSM/GPRS 900/1800MHz功能的SIM900A以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。SIM900A能满足M2M几乎所有应用要求，尤其是小巧、紧凑型的设计。其物理尺寸为：24mmx 24mm x 3mm。基于成熟可靠的技术平台，以及提供从产品定义到设计和生产的服务支持。

网关GPRS支持节点实际上就是网关或路由器，它提供GPRS和公共分组数据网以X.25或X.75协议互联，也支持GPRS和其它GPRS的互联。GGSN和SGSN一样都具有IP地址，GGSN和SGSN一起完成了GPRS的路由功能。网关GPRS支持节点支持X.121编址方案和IP协议，可以IP协议接入internet，也可以接入ISDN网。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

虽然本专利已参照较佳的实施例及附图予以说明，然而上述的说明应视为举例性而非限制性，熟悉此项技术者根据本实用新型的精神所做的变化及修改，均应属于本专利的保护范围。