一种现场总线型交流电流互感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种现场总线型交流电流互感器。包括一次电流导体电容屏、二次静电屏、测量用电流互感器铁心、保护用电流互感器铁心、测量用电流互感器二次绕组、保护用电流互感器二次绕组和一次电流导体；还包括PCB线路板和现场总线连接器；测量用电流互感器二次绕组的引出线连接PCB线路板的测量用二次电流输入端；保护用电流互感器二次绕组的引出线连接PCB线路板的保护用二次电流输入端；一次电流导体电容屏连接PCB线路板的二次电压输入端；PCB线路板的信号输出端连接所述现场总线连接器。利用所述现场总线型交流电流互感器实现了现场总线条件下对交流电流的状态信息和控制信息进行信号处理，以及与现场总线进行信号交互的目的。
【专利说明】
一种现场总线型交流电流互感器
技术领域
[0001 ]本发明实施例涉及互感器技术，尤其涉及一种现场总线型交流电流互感器。
【背景技术】
[0002] 交流电流互感器被广泛应用于10kV电力系统中，包括配电和用电装置以及配网自 动化系统。在可再生能源分布式接入时代，要求10kV电力系统中使用的电流互感器需要具 备对交流电流的状态信息和控制信息进行信号处理，以及与现场总线进行信号交互的能 力。
[0003] 目前，应用于10kV电力系统中的电流互感器在本质上都仅仅是简单的物理量变换 器，其工作原理是在一个口字形或圆环形铁心磁路上用导线绕制互相绝缘的一次绕组和二 次绕组，通过电磁感应把一次交流电流变换成与一次绕组和二次绕组匝数成反比的二次交 流电流。可见，目前现有的电流互感器只具备电流比例变换或电流对电压的比例变换功能， 而不能自适应地实现对交流电流的状态信息和控制信息进行信号处理，以及与现场总线进 行信号交互。
[0004] 在现场总线条件下，现有的电流互感器需使用现场的数字处理器或网络主机才能 实现上述信号处理及交互功能，这样便导致10kV电力系统在现场总线条件下系统线路复 杂，安装与维护不方便。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种现场总线型交流电流互感器，以实现现场总线条件下对交流电流 的状态信息和控制信息进行信号处理，以及与现场总线进行信号交互的目的。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种现场总线型交流电流互感器，包括:一次电流 导体电容屏、二次静电屏、测量用电流互感器铁心、保护用电流互感器铁心、测量用电流互 感器二次绕组、保护用电流互感器二次绕组和一次电流导体;所述一次电流导体电容屏与 所述二次静电屏之间置入所述测量用电流互感器铁心和所述保护用电流互感器铁心;所述 测量用电流互感器铁心沿圆周均匀绕有所述测量用电流互感器二次绕组，所述保护用电流 互感器铁心沿圆周均匀绕有所述保护用电流互感器二次绕组，所述测量用电流互感器铁心 和所述保护用电流互感器铁心的内侧装有所述一次电流导体电容屏;所述一次电流导体穿 过所述一次电流导体电容屏的中心空腔;所述交流电流互感器还包括:PCB线路板和现场总 线连接器；
[0007] 所述测量用电流互感器二次绕组的引出线连接所述PCB线路板的测量用二次电流 输入端;所述保护用电流互感器二次绕组的引出线连接所述PCB线路板的保护用二次电流 输入端;所述一次电流导体电容屏连接所述PCB线路板的二次电压输入端；
[0008] 所述PCB线路板的信号输出端连接所述现场总线连接器，所述PCB线路板用于接收 和处理二次电流和二次电压信号，并将处理过的二次电流和二次电压信号发送至现场总 线。
[0009] 进一步地，所述PCB线路板上印刷有测量用信号调理模块、测量用模数转换模块、 保护用信号调理模块、保护用模数转换模块、分压电容、二次电压信号调理模块、二次电压 模数转换模块、数字信号处理模块和通讯接口模块；
[0010] 所述测量用信号调理模块连接所述测量用二次电流输入端;所述保护用信号调理 模块连接所述保护用二次电流输入端;所述二次电压输入端连接所述分压电容，以提供二 次电压给二次电压信号调理模块；
[0011] 所述测量用信号调理模块、所述测量用模数转换模块、所述数字信号处理模块和 所述通讯接口模块依次相连；
[0012] 所述保护用信号调理模块、所述保护用模数转换模块、所述数字信号处理模块和 所述通讯接口模块依次相连；
[0013] 所述二次电压信号调理模块、所述二次电压模数转换模块、所述数字信号处理模 块和所述通讯接口模块依次相连；
[0014] 所述通讯接口模块的输出端用作所述PCB线路板的信号输出端。
[0015] 进一步地，所述现场总线连接器连接现场总线，所述现场总线的供电电源为直流 电源。
[0016] 进一步地，所述现场总线的供电电源为5V直流电源。
[0017] 进一步地，交流电流互感器还包括:环氧树脂外壳，所述交流电流互感器置入所述 环氧树脂外壳内。
[0018] 进一步地，所述环氧树脂外壳内设有屏蔽腔，用于放置所述PCB线路板。
[0019] 进一步地，所述环氧树脂外壳上设置有安装底座，用于安装所述交流电流互感器； 所述环氧树脂外壳的安装底座端为敞开端，用于更换和维护所述交流电流互感器的内部组 件。
[0020] 进一步地，所述交流电流互感器还包括:密封底板，用于密封所述环氧树脂外壳的 安装底座端。
[0021] 进一步地，所述测量用电流互感器铁心闭合，所述保护用电流互感器铁心开有气 隙。
[0022] 进一步地，所述一次电流导体电容屏和所述二次静电屏均由铜网制成。
[0023]本发明通过利用PCB线路板接收和处理二次电流和二次电压信号，并将处理过的 二次电流和二次电压信号发送至现场总线，解决了现有的电流互感器需使用现场的数字处 理器或网络主机才能实现信号处理及交互功能，从而导致10kV电力系统在现场总线条件下 系统线路复杂，安装与维护不方便的问题，实现了现场总线条件下对交流电流的状态信息 和控制信息进行信号处理，以及与现场总线进行信号交互的目的。
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施例一中的一种现场总线型交流电流互感器的结构图；
[0025]图2是本发明实施例一中的一种现场总线型交流电流互感器的剖视结构图；
[0026]图3是利用本发明实施例一中的一种现场总线型交流电流互感器进行过负荷电流 保护控制信号处理流程图；
[0027]图4是利用本发明实施例一中的一种现场总线型交流电流互感器进行过电流性质 控制信号处理流程图；
[0028] 图5是利用本发明实施例一中的一种现场总线型交流电流互感器进行短路区间控 制信号处理流程图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描 述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便 于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0030] 实施例一
[0031] 图1为本发明实施例一中的一种现场总线型交流电流互感器的结构图，图2是本发 明实施例一中的一种现场总线型交流电流互感器的剖视结构图；本实施例可适用于需要对 二次电流和二次电压信号进行处理并发送的情况。参考图1和图2,本实施例提供的现场总 线型交流电流互感器包括:一次电流导体电容屏104、二次静电屏203、测量用电流互感器铁 心102、保护用电流互感器铁心103、测量用电流互感器二次绕组105、保护用电流互感器二 次绕组106和一次电流导体101;所述一次电流导体电容屏104与所述二次静电屏203之间置 入所述测量用电流互感器铁心102和所述保护用电流互感器铁心103;所述测量用电流互感 器铁心102沿圆周均匀绕有所述测量用电流互感器二次绕组105,所述保护用电流互感器铁 心103沿圆周均匀绕有所述保护用电流互感器二次绕组106,所述测量用电流互感器铁心 102和所述保护用电流互感器铁心103的内侧装有所述一次电流导体电容屏104;所述一次 电流导体101穿过所述一次电流导体电容屏104的中心空腔;所述交流电流互感器还包括： PCB线路板201和现场总线连接器202;
[0032] 所述测量用电流互感器二次绕组105的引出线连接所述PCB线路板201的测量用二 次电流输入端;所述保护用电流互感器二次绕组106的引出线连接所述PCB线路板201的保 护用二次电流输入端;所述一次电流导体电容屏104连接所述PCB线路板201的二次电压输 入端；
[0033]所述PCB线路板201的信号输出端连接所述现场总线连接器202,所述PCB线路板 201用于接收和处理二次电流和二次电压信号，并将处理过的二次电流和二次电压信号发 送至现场总线。
[0034]具体的，经所述PCB线路板201处理过的二次电流和二次电压信号可以包括交流电 流的状态信息和/或控制信息。所述交流电流的状态信息可以包括交流电流的有效值、频 率、峰值、平均值、电流总谐波失真和非周期分量等;所述交流电流的控制信息可以包括线 路过负荷控制、线路过电流控制和故障区间控制等。例如，所述故障区间控制可以为短路区 间控制。
[0035]具体的，所述PCB线路板201具有对二次电流和二次电压信号进行数字测量、信息 处理、数据存储、行为决策、信息传输的能力，并具有向现场总线传输交流电流有效值、频 率、峰值、平均值、电流总谐波失真等状态信息以及线路过负荷、过电流、故障区间等控制信 息的能力。
[0036] 具体的，所述交流电流互感器还包括绝缘伞裙208,用于增加沿面爬电距离。
[0037]其中，所述PCB线路板201上印刷有测量用信号调理模块113、测量用模数转换模块 114、保护用信号调理模块111、保护用模数转换模块112、分压电容107、二次电压信号调理 模块108、二次电压模数转换模块109、数字信号处理模块110和通讯接口模块115;
[0038]所述测量用信号调理模块113连接所述测量用二次电流输入端;所述保护用信号 调理模块111连接所述保护用二次电流输入端；所述二次电压输入端连接所述分压电容 107,以提供二次电压给二次电压信号调理模块108;
[0039]所述测量用信号调理模块113、所述测量用模数转换模块114、所述数字信号处理 模块110和所述通讯接口模块115依次相连；
[0040] 所述保护用信号调理模块111、所述保护用模数转换模块112、所述数字信号处理 模块110和所述通讯接口模块115依次相连；
[0041] 所述二次电压信号调理模块108、所述二次电压模数转换模块109、所述数字信号 处理模块110和所述通讯接口模块115依次相连；
[0042]所述通讯接口模块115的输出端用作所述PCB线路板201的信号输出端。
[0043] 具体的，测量用电流互感器二次电流/2a输入到测量用信号调理模块113,经过电 流/电压变换、限幅、滤波、偏置后输入到测量用模数转换模块114,模拟信号通过采样或2-A变换后得到数字信号，采样率每周波优选80点，得到的采样数字信号输入到数字信号处 理模块110。
[0044] 具体的，保护用电流互感器二次电流/26输入到保护用信号调理模块111，经过电 流/电压变换、限幅、滤波、偏置后输入到保护用模数转换模块112,模拟信号通过采样或2-S变换后得到数字信号，采样率每周波优选80点，得到的采样数字信号输入到数字信号处理 模块110。
[0045] 具体的，由一次电流导体电容屏104和分压电容107组成的电容分压器的二次电压 输入二次电压信号调理模块108,经过电压变换、限幅、滤波、偏置后输入到二次电压模 数转换模块109，模拟信号通过采样或2 - A变换后得到数字信号，采样率每周波优选80点， 得到的采样数字信号输入到数字信号处理模块110。
[0046] 具体的，数字信号处理模块110根据需要有选择地计算某些交流电量参数，例如电 流有效值、峰值、平均值、非周期分量、总谐波失真、有功功率、无功功率等，计算结果形成的 状态代码和控制代码送到通讯接口模块115后再被发送到现场总线。所述状态代码通常每 〇.6s发送一次，而负荷控制、过电流控制、故障区间等所述控制代码在计算形成后即时发 送。
[0047]具体的，所述测量用信号调理模块113、所述保护用信号调理模块111和所述二次 电压信号调理模块108中优选使用了程控增益放大芯片AD526;所述测量用模数转换模块 114、所述保护用模数转换模块112和所述二次电压模数转换模块109中优选使用了 16位的 ADC芯片ADS8505;所述数字信号处理模块110优选使用了 16位的DSP芯片TMS320LF2407A和 64KX16位的RAM芯片CY7C1021、频率10MHz的晶振芯片PX0-660;所述通讯接口模块115中 优选使用了 485接口芯片MAX1487E。
[0048]其中，所述现场总线连接器202连接现场总线，所述现场总线的供电电源为直流电 源。所述现场总线的供电电源优选5V直流电源。该5V直流电源同时为所述PCB线路板201提 供工作用电。
[0049] 其中，所述交流电流互感器还包括:环氧树脂外壳207,所述交流电流互感器置入 所述环氧树脂外壳207内。所述环氧树脂外壳207内设有屏蔽腔206，用于放置所述PCB线路 板 201。
[0050]其中，所述环氧树脂外壳207上设置有安装底座204,用于安装所述交流电流互感 器;所述环氧树脂外壳207的安装底座端为敞开端，用于更换和维护所述交流电流互感器的 内部组件。所述交流电流互感器还包括:密封底板205,用于密封所述环氧树脂外壳207的安 装底座端。
[0051] 其中，所述测量用电流互感器铁心102闭合，所述保护用电流互感器铁心103开有 气隙。所述一次电流导体电容屏104和所述二次静电屏203均由铜网制成，这样设置的好处 在于，使所述一次电流导体电容屏104具有更好的屏蔽电磁干扰的功能;使所述二次静电屏 203具有更好的防静电干扰的功能。
[0052]图3是利用本发明实施例一中的一种现场总线型交流电流互感器进行过负荷电流 保护控制信号处理流程图。参考图3,保护用电流互感器连续的30个周波同步采样数字信号 从存储单元被数字处理单元取出，计算交流有效值。若所得数值超过线路设定的负荷阈值G 时，判断线路处于过负荷状态，发送过负荷控制代码。
[0053]图4是利用本发明实施例一中的一种现场总线型交流电流互感器进行过电流性质 控制信号处理流程图。参考图4,保护用电流互感器1个周波的同步采样数字信号从存储单 元被数字处理单元取出，计算50Hz基波有效值。若50Hz基波有效值超过保护限值时，发送金 属性接地控制代码。若50Hz基波有效值没有超过保护限值，计算100Hz谐波有效值，然后计 算100Hz谐波有效值与50Hz谐波有效值之比。若所得数值超过15%时，判断线路处于励磁涌 流状态，发送励磁涌流控制代码。
[0054]图5是利用本发明实施例一中的一种现场总线型交流电流互感器进行短路区间控 制信号处理流程图。参考图5,保护用电流互感器2个周波的同步采样数字信号从存储单元 被数字处理单元取出，同时也取出电容分压器2个周波的同步采样数字信号存储单元的数 据，计算交流有功电能和交流电压有效值。然后把交流有功电能折算到额定二次电压，以尽 量消除线路故障发生后相电压变化对故障判断的影响。若折算到额定二次电压的交流有功 电能的绝对值超过阈值H，且交流有功电能为正值，可判断短路区间方向与电流极性标志一 致，发送段内短路区间控制代码，若交流有功电能为负值，可判断短路区间方向与电流极性 标志相反，发送段外短路区间控制代码。
[0055]本实施例一的技术方案，通过利用PCB线路板接收和处理二次电流和二次电压信 号，并将处理过的二次电流和二次电压信号发送至现场总线，解决了现有的电流互感器需 使用现场的数字处理器或网络主机才能实现信号处理及交互功能，从而导致10kV电力系统 在现场总线条件下系统线路复杂，安装与维护不方便的问题，实现了现场总线条件下对交 流电流的状态信息和控制信息进行信号处理，以及与现场总线进行信号交互的目的。
[0056]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解， 本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、 重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行 了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还 可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【主权项】
1. 一种现场总线型交流电流互感器，包括:一次电流导体电容屏、二次静电屏、测量用 电流互感器铁心、保护用电流互感器铁心、测量用电流互感器二次绕组、保护用电流互感器 二次绕组和一次电流导体;所述一次电流导体电容屏与所述二次静电屏之间置入所述测量 用电流互感器铁心和所述保护用电流互感器铁心;所述测量用电流互感器铁心沿圆周均匀 绕有所述测量用电流互感器二次绕组，所述保护用电流互感器铁心沿圆周均匀绕有所述保 护用电流互感器二次绕组，所述测量用电流互感器铁心和所述保护用电流互感器铁心的内 侧装有所述一次电流导体电容屏;所述一次电流导体穿过所述一次电流导体电容屏的中心 空腔;其特征在于，所述交流电流互感器还包括:PCB线路板和现场总线连接器； 所述测量用电流互感器二次绕组的引出线连接所述PCB线路板的测量用二次电流输入 端;所述保护用电流互感器二次绕组的引出线连接所述PCB线路板的保护用二次电流输入 端;所述一次电流导体电容屏连接所述PCB线路板的二次电压输入端； 所述PCB线路板的信号输出端连接所述现场总线连接器，所述PCB线路板用于接收和处 理二次电流和二次电压信号，并将处理过的二次电流和二次电压信号发送至现场总线。2. 根据权利要求1所述的一种现场总线型交流电流互感器，其特征在于，所述PCB线路 板上印刷有测量用信号调理模块、测量用模数转换模块、保护用信号调理模块、保护用模数 转换模块、分压电容、二次电压信号调理模块、二次电压模数转换模块、数字信号处理模块 和通讯接口 1?块； 所述测量用信号调理模块连接所述测量用二次电流输入端;所述保护用信号调理模块 连接所述保护用二次电流输入端;所述二次电压输入端连接所述分压电容，以提供二次电 压给二次电压信号调理模块； 所述测量用信号调理模块、所述测量用模数转换模块、所述数字信号处理模块和所述 通讯接口模块依次相连； 所述保护用信号调理模块、所述保护用模数转换模块、所述数字信号处理模块和所述 通讯接口模块依次相连； 所述二次电压信号调理模块、所述二次电压模数转换模块、所述数字信号处理模块和 所述通讯接口模块依次相连； 所述通讯接口模块的输出端用作所述PCB线路板的信号输出端。3. 根据权利要求2所述的一种现场总线型交流电流互感器，其特征在于，所述现场总线 连接器连接现场总线，所述现场总线的供电电源为直流电源。4. 根据权利要求3所述的一种现场总线型交流电流互感器，其特征在于，所述现场总线 的供电电源为5V直流电源。5. 根据权利要求1所述的一种现场总线型交流电流互感器，其特征在于，交流电流互感 器还包括:环氧树脂外壳，所述交流电流互感器置入所述环氧树脂外壳内。6. 根据权利要求5所述的一种现场总线型交流电流互感器，其特征在于，所述环氧树脂 外壳内设有屏蔽腔，用于放置所述PCB线路板。7. 根据权利要求5所述的一种现场总线型交流电流互感器，其特征在于，所述环氧树脂 外壳上设置有安装底座，用于安装所述交流电流互感器;所述环氧树脂外壳的安装底座端 为敞开端，用于更换和维护所述交流电流互感器的内部组件。8. 根据权利要求7所述的一种现场总线型交流电流互感器，其特征在于，还包括:密封 底板，用于密封所述环氧树脂外壳的安装底座端。9. 根据权利要求1-8任一所述的一种现场总线型交流电流互感器，其特征在于，所述测 量用电流互感器铁心闭合，所述保护用电流互感器铁心开有气隙。10. 根据权利要求9所述的一种现场总线型交流电流互感器，其特征在于，所述一次电 流导体电容屏和所述二次静电屏均由铜网制成。
【文档编号】G01R15/18GK106053913SQ201610286035
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】黎莎, 王乐仁
【申请人】北京铁道工程机电技术研究所有限公司