CN104502663A - 一种光纤电流互感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤电流互感器装置，包括：光纤电流互感器、合并单元和状态量数据监测模块，其中，光纤电流互感器通过开关状态量及采样值接口与合并单元耦合，光纤电流互感器还通过模拟状态量接口与状态量数据监测模块耦合；其中，合并单元接收来自光纤电流互感器的开关状态量及采样值数据，并发送给状态量数据监测模块；光纤电流互感器将模拟状态量数据发送给状态量数据监测模块。利用本发明可实现对光纤电流互感器运行状态量的监测。

Description

一种光纤电流互感器装置

技术领域

本发明涉及光纤电流互感器技术领域，具体涉及一种光纤电流互感器装置。

背景技术

光纤电流互感器是一种电子式电流互感器，具有抗电磁干扰性能好、测量范围大、响应频带宽、可测量交直流以及安装维护方便等优点，正在成为电子式电流互感器发展的趋势。在实际应用中，光纤电流互感器的现场运行会受到各种外在因素和内在因素的影响，例如环境温度、振动、冲击、电磁干扰、光电子器件性能老化、光路损耗增加，等等。这些因素将引起光纤电流互感器的内部关键状态量发生变化，长期使用稳定性和可靠性较差，不利于光纤电流互感器相关产品的应用推广。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种光纤电流互感器装置，在运行过程中监测光纤电流互感器的多个状态量，用于故障预测和诊断。

本发明提供一种光纤电流互感器装置，包括：光纤电流互感器、合并单元和状态量数据监测模块，其中，光纤电流互感器通过开关状态量及采样值接口与合并单元耦合，光纤电流互感器还通过模拟状态量接口与状态量数据监测模块耦合；其中，合并单元接收来自光纤电流互感器的开关状态量及采样值数据，并发送给状态量数据监测模块；光纤电流互感器将模拟状态量数据发送给状态量数据监测模块。

优选地，其中光纤电流互感器通过光纤或电缆与合并单元连接，光纤电流互感器还通过光纤或电缆与状态量数据监测模块连接。

优选地，其中开关状态量及采样值数据和模拟状态量数据的传输基于空分复用技术。

优选地，其中模拟状态量数据的传输基于时分复用技术。

优选地，其中状态量数据监测模块通过模拟状态量接口向光纤电流互感器发送需要查询的模拟状态量的地址，光纤电流互感器发回地址对应的模拟状态量的当前参数值。

优选地，其中开关状态量及采样值数据包括告警开关状态量数据，其中告警开关状态量数据用于指示光路异常状态、电路异常状态、通讯异常状态、光源驱动异常状态、光功率异常状态、半波电压异常状态、温度传感器异常状态和/或FPGA异常状态。

优选地，其中开关状态量及采样值数据包括维修开关状态量数据，其中维修开关状态量数据用于指示光路维修状态、电路维修状态、通讯维修状态、光源驱动维修状态、光功率维修状态、半波电压维修状态、温度传感器维修状态和/或FPGA维修状态。

优选地，其中模拟状态量数据用于指示光源驱动电流值、光源驱动电压值、光源制冷电流值、光源制冷电压值、光源温度值、光源功率值、半波电压值、传感头温度值、采集器温度值和/或参考源电压值。

优选地，其中开关状态量及采样值接口的传输协议数据帧结构包括起始位、数据位、状态位和校验位，其中数据位包括采样值数据，状态位包括开关状态量数据。

优选地，其中模拟状态量接口的传输协议数据帧结构包括起始位、数据位和校验位，其中数据位包括状态寄存器地址和状态寄存器值，各个状态寄存器与各项模拟状态量一一对应。

本发明的有益效果：

1、本发明实施例使光纤电流互感器具备了对自身状态进行监测的能力，其实时获取的状态量数据可为设备运行故障诊断提供切实依据，有助于改善光纤电流互感器的稳定性和可靠性。

2、本发明实施例将光纤电流互感器的状态量分为开关状态量和模拟状态量，开光状态量再细分为告警开关状态量和维修开关状态量，整体上从三个层次对状态量进行监测，并在数据传输中设计了空分复用和时分复用结合的传输方式，数据传输实时性高，可扩展性能好，样本数据充足，为对开关状态量和模拟状态量进行综合分析做好准备；

3、后台处理设备利用所获得的状态量信息和采样值，能够在故障发生之前及时预警，故障发生之后快速定位，对提高整个***网络的可靠性具有重要意义。

附图说明

图1是本发明实施例的光纤电流互感器装置的结构框图。

图2是本发明实施例的光纤电流互感器装置的连接示意图。

图3是本发明实施例的光纤电流互感器装置监测的状态量数据分类示意图。

图4是本发明实施例的开关状态量数据和采样值数据的传输协议图。

图5是本发明实施例的模拟状态量数据查询传输下行协议图。

图6是本发明实施例的模拟状态量数据查询传输上行协议图。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。

图1示出了本发明实施例的光纤电流互感器装置100的结构框图，包括光纤电流互感器101、合并单元102和状态量数据监测模块103；参考图2，光纤电流互感器101通过开关状态量及采样值接口120与合并单元102耦合，光纤电流互感器101还通过模拟状态量接口130与状态量数据监测模块103耦合。

工作时，一方面，合并单元102从光纤电流互感器101接收开关状态量及采样值数据，然后将数据发送给状态量数据监测模块103；另一方面，状态量数据监测模块103从光纤电流互感器101接收模拟状态量数据。

关于合并单元，其为物理组件，其在光纤电流互感器装置中其最主要的功能是采样值的合并和传输服务，光纤电流互感器通过合并单元与上位机实现通信，通常合并单元通过光纤向上位机输出采样值数据。合并单元可以独立实现，也可以与互感器共同做成一个组成件。在图1和图2实施例中，合并单元101为独立实现。

关于状态量数据监测模块，其为物理组件，其主要功能是获取光纤电流互感器的工作状态参量。不限于此，状态量数据监测模块也可以通过合并单元获取光纤电流互感器的采样值，并进行分析处理，得到光纤电流互感器采样值与工作状态参量的关系曲线。状态数据监测模块可以是独立装置也可以是PC机。

在实际应用中，光纤电流互感器101可通过光纤或电缆与合并单元102以及状态量数据监测模块103分别连接。

参考图3，关于光纤电流互感器装置100可监测的状态量，主要包括光纤电流互感器101的“开关状态量”和“模拟状态量”，根据状态量信息的重要程度，又可将开关状态量划分为两类：“告警开关状态量”和“维修开关状态量”，告警开关状态量的重要程度高于维修开关状态量，这些状态量表现为光纤电流互感器自身运行过程中的各种状态量参数。

其中，告警开关状态量包括：光路异常状态、电路异常状态、通讯异常状态、光源驱动异常状态、光功率异常状态、半波电压异常状态、温度传感器异常状态和/或FPGA异常状态。

维修开关状态量包括：光路维修状态、电路维修状态、通讯维修状态、光源驱动维修状态、光功率维修状态、半波电压维修状态、温度传感器维修状态和/或FPGA维修状态。

模拟状态量包括：光源驱动电流值、光源驱动电压值、光源制冷电流值、光源制冷电压值、光源温度值、光源功率值、半波电压值、传感头温度值、采集器温度值和/或参考源电压值。

在本发明的实施例中，开关状态量数据和采样值数据通过开关状态量及采样值接口120一同传输，模拟状态量数据通过模拟状态量接口130传输。

在本发明的实施例中，光纤电流互感器装置100在硬件上可采用空分复用技术进行数据传输，使开关状态量与模拟状态量分不同端口传输，开关状态量由开关状态量及采样值接口120传输，模拟状态量由模拟状态量接口130传输，可确保开关状态量实时传输、模拟状态量输出达到足够精度和数量，同时还可获取足够多的样本数据，兼顾传输实时性和准确性两方面的要求，这有助于对开关状态量和模拟状态量进行综合判断，达到提高判断准确性的目的。

在本发明的实施例中，光纤电流互感器装置100采用时分复用技术传输模拟状态量数据，利用时分复用技术实现灵活地查询需要关注的状态量信息，为用户提供可靠数据。

具体来讲，在本发明的实施例中，基于时分复用的状态量数据传输包括查询和时分复用两部分。查询部分是状态量数据监测模块通过模拟状态量接口130向光纤电流互感器101发送需要查询的状态量的地址，然后光纤电流互感器101返回该地址对应的状态量的当前参数值。时分复用部分是指对不同的状态量分不同的时刻查询，每一时刻查询一个状态量，其中各个状态量的获取流程相同。上述处理也称为时分复用查询技术，可提高状态量查询的灵活性和可扩展性，遇到有新的状态量增加的情况，可以方便地添加新的状态量地址信息，不需要更改已有查询量。

开关状态量及采样值接口120和模拟状态量接口130可采用串口通信协议。其中，开关状态量及采样值接口120传输数据的具体数据帧包括起始位，数据位，状态位和校验位，其中数据位包括采样值数据，状态位包括开关状态量数据，状态位与数据位一起实时向合并单元传输。模拟状态量接口130传输数据的具体数据帧包括起始位、数据位和校验位，其中数据位包括状态寄存器地址和状态寄存器值，各个状态寄存器与各项模拟状态量一一对应。以下进行详细描述。

图4示出了本发明实施例采用的开关状态量数据和采样值数据的传输协议。该协议包括起始位、数据位、状态位和校验位。起始位为十六进制0xA5，数据位包括保护通道1采样值，保护通道2采样值，测量通道1采样值，均为包括但不限于32位有符号整型数据，从高8位数据开始发送。

状态位包括ST0、ST1、ST2、ST3四部分。其中，ST0用于表示采样值的有效性和告警开关状态量指示；ST2用于表示维修开关状态量指示；ST1和ST3为预留字节，用于状态位扩展。

具体地，ST0的8位定义如下(图4中“注1”的内容)：

bit0(LSB):保护通道1采样值，0：有效；1：无效

bit1:保护通道2采样值，0：有效；1：无效

bit2:测量通道1采样值，0：有效；1：无效

bit3:光源(驱动)异常告警，0：正常；1：异常

bit4:光功率异常告警，0：正常；1：异常

bit5:半波电压异常告警，0：正常；1：异常

bit6:温度传感器异常告警，0：正常；1：异常

bit7:FPGA异常告警，0：正常；1：异常

具体地，ST2的8位定义如下(图4中“注2”的内容)：

bit0(LSB):预留

bit1:预留

bit2:预留

bit3:光源(驱动)维修告警，0：正常；1：维修

bit4:光功率维修告警，0：正常；1：维修

bit5:半波电压维修告警，0：正常；1：维修

bit6:温度传感器维修告警，0：正常；1：维修

bit7:FPGA维修告警，0：正常；1：维修

具体地，开关状态量和采样值传输协议采用CRC校验。校验数据从保护通道1采样值D0开始，到状态位ST3截止，特征多项式为x8+x2+x1+x0(图4中“注3”的内容)。

图5示出了本发明实施例采用的模拟状态量数据查询传输下行协议。该协议用于状态检测仪向光纤电流互感器下发查询命令。协议包括起始位，数据位和校验位。数据位包括状态寄存器地址。状态寄存器地址用于区分不同的模拟状态量。状态寄存器与模拟状态量的对应关系如下：

状态寄存器地址0：光源驱动电流值；

状态寄存器地址1：光源驱动电压值；

状态寄存器地址2：光源制冷电流值；

状态寄存器地址3：光源制冷电压值；

状态寄存器地址4：光源温度值；

状态寄存器地址5：光源功率值；

状态寄存器地址6：半波电压值；

状态寄存器地址7：传感头温度值；

状态寄存器地址8：采集器温度值；

状态寄存器地址9：参考源电压值。

对于新增的模拟状态量的地址，只需将地址进行累加即可，通讯协议不用更改。校验采用CRC校验。校验数据包括寄存器地址ADDR，特征多项式为x8+x2+x1+x0(图5中“注4”的内容)。

通过下行通讯协议，将需要获取的状态量地址发送到光纤电流互感器，光纤电流互感器能返回对应的模拟量值。通过时分复用查询方式，将不同状态量在不同时刻进行查询，即提高了单个状态量获取的速度，也增加了状态量获取的灵活性。

图6示出了本发明实施例采用的模拟状态量数据查询传输上行协议。该协议用于光纤电流互感器向状态监测仪返回查询结果。协议包括起始位，数据位和校验位。数据包括状态寄存器地址，状态寄存器值。状态寄存器值为包括但不限于32位有符号整形数据，先发高字节。

对于不同地址的查询结果，均采用该协议返回查询值，同时返回查询的地址，用于后台验证。校验采用CRC校验。校验数据从ADDR开始，到数据位D3截止，特征多项式为x8+x2+x1+x0(图6中“注5”的内容)。

由于状态量数据监测模块可以根据接收到的状态量参数对光纤电流互感器的运行状态进行分析，当发现异常参数时意味着设备运行异常，由此就能够在故障发生之前采取相应措施，例如发出告警，提醒操作人员进行维修或更换设备。这种对光纤电流互感器自身运行状态监测的功能能够将监测信息传输给后台设备进行综合故障预测和判断，解决了光纤电流互感器长期运行的稳定性和可靠性问题，实现了故障提前预警，故障同步告警，快速诊断定位故障，加快设备检修速度。并且，通过对故障类型的长期统计，还可为设备改进和升级提供有力依据。

以上，结合具体实施例对本发明的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本发明的思想。本领域技术人员在本发明具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤电流互感器装置，其特征在于，包括：光纤电流互感器、合并单元和状态量数据监测模块，其中，所述光纤电流互感器通过开关状态量及采样值接口与所述合并单元耦合，所述光纤电流互感器还通过模拟状态量接口与所述状态量数据监测模块耦合；其中，

所述合并单元接收来自所述光纤电流互感器的开关状态量及采样值数据，并发送给所述状态量数据监测模块；所述光纤电流互感器将模拟状态量数据发送给所述状态量数据监测模块。

2.如权利要求1所述的光纤电流互感器装置，其特征在于，其中所述光纤电流互感器通过光纤或电缆与所述合并单元连接，所述光纤电流互感器还通过光纤或电缆与所述状态量数据监测模块连接。

3.如权利要求1所述的光纤电流互感器装置，其特征在于，其中所述开关状态量及采样值数据和所述模拟状态量数据的传输基于空分复用技术。

4.如权利要求1所述的光纤电流互感器装置，其特征在于，其中所述模拟状态量数据的传输基于时分复用技术。

5.如权利要求4所述的光纤电流互感器装置，其特征在于，其中所述状态量数据监测模块通过所述模拟状态量接口向所述光纤电流互感器发送需要查询的模拟状态量的地址，所述光纤电流互感器发回所述地址对应的模拟状态量的当前参数值。

6.如权利要求1所述的光纤电流互感器装置，其特征在于，其中所述开关状态量及采样值数据包括告警开关状态量数据，其中告警开关状态量数据用于指示光路异常状态、电路异常状态、通讯异常状态、光源驱动异常状态、光功率异常状态、半波电压异常状态、温度传感器异常状态和/或FPGA异常状态。

7.如权利要求1所述的光纤电流互感器装置，其特征在于，其中所述开关状态量及采样值数据包括维修开关状态量数据，其中维修开关状态量数据用于指示光路维修状态、电路维修状态、通讯维修状态、光源驱动维修状态、光功率维修状态、半波电压维修状态、温度传感器维修状态和/或FPGA维修状态。

8.如权利要求1所述的光纤电流互感器装置，其特征在于，其中所述模拟状态量数据用于指示光源驱动电流值、光源驱动电压值、光源制冷电流值、光源制冷电压值、光源温度值、光源功率值、半波电压值、传感头温度值、采集器温度值和/或参考源电压值。

9.如权利要求1所述的光纤电流互感器装置，其特征在于，其中所述开关状态量及采样值接口的传输协议数据帧结构包括起始位、数据位、状态位和校验位，其中数据位包括采样值数据，状态位包括开关状态量数据。

10.如权利要求1所述的光纤电流互感器装置，其特征在于，其中所述模拟状态量接口的传输协议数据帧结构包括起始位、数据位和校验位，其中数据位包括状态寄存器地址和状态寄存器值，各个状态寄存器与各项模拟状态量一一对应。