CN111398662A - 输电线路电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种输电线路电流传感器，包括：罗氏线圈模块，其输出信号是被测电流的微分电压信号；积分器模块，将微分电压信号转换为被测电流的电压信号；隔直放大模块，将积分器模块的电压信号滤除直流，再放大，输出工频信号和高频电流信号；高通滤波模块，其将高频电流信号中的工频及其谐波滤除，输出大小幅值的高频电流信号；实时监控测量输配电线路工频电流、高频雷电流和高频局放电流。本发明的优点是只有通过检测到这些电流才能检测到故障，实时有效地监控线路的安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流传感器，特别涉及一种输电线路电流传感器。
背景技术
输配电网错综复杂，电网中运输的正常工频电流需要得到监控和保护。雷击会产生高频雷电流；树木倒伏在线路上，会产生高频的局放电流。这些高频电流都属于故障电流，只有检测到这些故障电流才能检测到相应的故障，才能实时有效地监控线路的安全运行。
罗氏线圈是将导线均匀缠绕在大小均匀的非铁磁性结构之上，通过绕线线圈感应电动势，其输出信号是对被测电流的微分电压信号，需要通过积分器才能还原成被测信号，其具有带宽高、不易饱和的特点，克服了传统电磁式电流互感器的诸多缺点，非常适合输配电***电流的测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种有效监控线路安全的输电线路电流传感器。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种输电线路电流传感器，包括
罗氏线圈模块：输出信号是被测电流的微分电压信号；
积分器模块：将微分电压信号转换为被测电流的电压信号；
隔直放大模块：将积分器模块的电压信号滤除直流，再放大，输出工频信号和高频电流信号；
高通滤波模块：将高频电流信号中的工频及其谐波滤除，输出大小幅值的高频电流信号；
所述上述模块实时监控测量输配电线路工频电流、高频雷电流和高频局放电流，只有通过检测到这些电流才能检测到故障，实时有效地监控线路的安全运行。
所述高通滤波模块输出的小幅值的高频电流信号经高增益放大模块输出。
所述罗氏线圈模块为高频罗氏线圈模块，其带宽至少2兆赫兹以上。
所述积分器模块输出的信号经电容电阻组成的隔直电路，到同相放大器的同相端，隔直放大模块的输出信号通过可调电阻调节，校准输出精度。
所述高通滤波模块包括四阶高通滤波器和三阶高通滤波器，经四阶高通滤波器滤除低频信号输出幅值大的高频电流信号，经三阶高通滤波器滤除低频信号输出幅值小的高频电流信号。
本发明的优越功效在于：
1） 本发明将工频电流和高频电流分开输出，简化工频和高频的分析，为检测有效电流和故障电流提供了有效技术支持，为信号处理提供巨大的便利性；工频输出可以一直监控线路中的正常电流大小；
2） 本发明高频电流输出部分滤除了工频信号，为高频分析提供极大的便利，行波中工频含量很少，因此滤除工频不会对原波形的分析带来很大影响，而工频的存在使得截取波形变得困难，因此滤除工频便能很好的捕捉到行波信号；
3） 行波发生的大小变化很大，大的到上百千安培，小的就几安培，两个量程的输出可以将大小故障分开，便于仔细地分析故障；
4） 本发明传感器需要配合高频的罗氏线圈，提高了罗氏线圈本身的固有频率，提高整个采集的频带，一般电流传感器无法达到这么高的频率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明的电路图；
图中标号说明
P1—积分器模块； P2—隔直放大模块；
P3—四阶滤波器； P4—三阶滤波器；
P5—高增益同相放大器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1示出了本发明实施例的电路原理框图，图2示出了本发明实施例的电路图。如图1和图2所示，本发明提供了一种输电线路电流传感器，如图2所示上中下三路输出分别对应工频输出、高频大量程输出和高频小量程输出；包括罗氏线圈模块、积分器模块P1、隔直放大模块P2、四阶高通滤波器P3、三阶高通滤波器P4和高增益同相放大器P5。
所述罗氏线圈模块为高频罗氏线圈，其带宽至少要达到2兆赫兹以上，因其空心的特性，频率可做的很高，一般电流传感器无法达到这么高的频率。
所述积分器模块P1是将高频罗氏线圈采用到的微分电压信号转换成为反映原电流的电压信号，其置于高频罗氏线圈和隔直放大模块之间。如图2所示，高频罗氏线圈两个输出端分别与运放U1A的同相和反相输入端相连，R1和C1共同决定积分时间，R2为直流增益限制电阻，限制因为运放的失调电压引起的直流增益。
所述隔直放大模块P2是将积分器模块所得的电压信号滤除直流，再放大，通过调节可调电阻校准输出精度；其位于积分器模块和高通滤波器模块之间。信号由积分器模块输出之后，经过电容电阻组成的隔直电路，到同相放大器的同相端。因为前一级积分电路的失调电压引起的直流增益会使其输出信号不是位于中心点，所以需要进行隔直处理。而同相放大器的高阻抗输入，也避免了各路之间串扰的情况。输出信号通过可调电阻RX1、RX2、RX3调节，校准输出精度。其中：C2和R3构成工频通道隔直，C3和R7构成高频大量程档隔直，C8和R14构成高频小量程档隔直，RX1,RX2,RX3分别负责三路输出的放大倍数调节。
所述四阶高通滤波器P3位于高频电流大量程通道上，其将工频及其谐波滤除，剩下纯粹的高频电流信号，以便于分析。其将隔直放大模块输出的信号滤波之后，直接输出幅值大的高频电流。电容C4、C5、C6、C7与电阻R8、R9、R10、R11共同决定拐点频率，通过设置1KHZ的拐点频率，对应切比雪夫滤波器的系数表得出对应的值，实现Q值和频率衰减坡度的平衡。
所述三阶高通滤波器P4位于高频电流小量程通道上，其同样是将工频及其谐波滤除，剩下纯粹的高频电流信号，以便于分析。其将隔直放大模块输出的信号滤波之后，输出到下一级高增益放大模块。电容C9、C10、C11和电阻R15、RC16、R18共同决定拐点频率，也是通过设置1KHZ的拐点频率，对应切比雪夫滤波器的系数表得出对应的值。
所述高增益同相放大器P5位于高频电流小量程通道上。为了测量细微的高频电流信号，需要将该信号放大输出，便于分析。该高增益放大模块放大经过三阶滤波器滤波之后的微小电压信号，放大结果直接输出。其中：(1+R19/R17)为放大倍数，本实施例设置放大倍数为20倍，C12为高频噪声抑制电容，C12电容抑制超高频干扰信号的扰动，如电源高频纹波，得到比较小的噪声输出，该电容平滑输出波形。
图2中所示的放大器供电都是正负5V电压。
以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种输电线路电流传感器，其特征在于：包括
罗氏线圈模块：输出信号是被测电流的微分电压信号；
积分器模块：将微分电压信号转换为被测电流的电压信号；
隔直放大模块：将积分器模块的电压信号滤除直流，再放大，输出工频信号和高频电流信号；
高通滤波模块：将高频电流信号中的工频及其谐波滤除，输出大小幅值的高频电流信号。
2.根据权利要求1所述的输电线路电流传感器，其特征在于：所述高通滤波模块输出的小幅值的高频电流信号经高增益放大模块输出。
3.根据权利要求1所述的输电线路电流传感器，其特征在于：所述罗氏线圈模块为高频罗氏线圈模块，其带宽至少2兆赫兹以上。
4.根据权利要求1所述的输电线路电流传感器，其特征在于：所述积分器模块输出的信号经电容电阻组成的隔直电路，到同相放大器的同相端，隔直放大模块的输出信号通过可调电阻调节，校准输出精度。
5.根据权利要求1所述的输电线路电流传感器，其特征在于：所述高通滤波模块包括四阶高通滤波器和三阶高通滤波器，经四阶高通滤波器滤除低频信号输出幅值大的高频电流信号，经三阶高通滤波器滤除低频信号输出幅值小的高频电流信号。
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| CN202010393419.3A CN111398662A (zh) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 输电线路电流传感器 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112526293A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-03-19 | 北京合锐赛尔电力科技股份有限公司 | 一种配电线路在线故障监测装置、***及方法 |
| CN113098402A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-07-09 | 广芯微电子（广州）股份有限公司 | 一种中心频率自校准的低功耗带通放大电路 |
| CN113325265A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-08-31 | 武汉三相电力科技有限公司 | 一种检测输电线路中混合行波的装置 |
| CN114089135A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-25 | 南京征途信息技术有限公司 | 一种变配电高频电流局放传感器及其方法 |
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2020
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