一种三相共箱的GIS用光学电子式电流互感器的制作方法

本发明涉及高压电器技术领域，具体涉及一种三相共箱的GIS用光学电子式电流互感器。

背景技术：

随着光学电流传感器的日益发展，光学传感器在电力行业的应用日益增多。在变电站中，电磁环境极为复杂，相比传统电信号传输，光信号传输可有效避免信号传输过程中发生失真的情况发生。

GIS高压开关设备是近年来高压变电站中广泛应用的开关设备，但是其使用的传统互感器越来越不能适应智能电网的发展需要，并且其二次输出采用电信号，受变电站电磁干扰影响较大。研制一种GIS用光学电子互感器可有效解决上述问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种三相共箱的GIS用光学电子式电流互感器，受变电站中强电磁干扰影响小，具有可靠的密封性能和绝缘性，使信号传递更加稳定，保证了在实际工程长期运行的稳定性，有效避免了在复杂环境中产生故障的可能性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种三相共箱的GIS用光学电子式电流互感器，包括高压电流传感单元、信号采集单元和壳体，高压电流传感单元和信号采集单元均设置于壳体上，其中，高压电流传感单元包括3个全光纤电流传感器和光缆，全光纤电流传感器通过光缆与信号采集单元连接，3个全光纤电流传感器分布于壳体上，3个导电杆分别与3个全光纤电流传感器一一对应，导电杆从相应的全光纤电流传感器的中心穿过，壳体内设有密封气室，密封气室内充有惰性气体，导电杆与相应全光纤电流传感器的交叉点设置于密封气室内。

按照上述技术方案，密封气室内充有1～5个大气压的惰性气体，所述惰性气体为六氟化硫气体。

按照上述技术方案，壳体上端和下端均设有端盖，端盖的一侧与壳体的侧壁之间留有缝隙，壳体内沿缝隙设有安装板，安装板的上端和下端通过螺栓分别与上端盖和下端盖连接固定，安装板与壳体的侧壁之间设有压紧法兰，压紧法兰通过密封螺栓与安装板压紧固定连接，压紧法兰紧贴壳体内壁设置，安装板和压紧法兰之间设有密封槽内，安装板和压紧法兰上设有凹孔，密封槽分布于凹孔的两侧，全光纤电流传感器两端固定于密封槽内，全光纤电流传感器的中部设置于凹孔内，凹孔边沿的密封槽内设有绝缘密封板，安装板和压紧法兰之间设有绝缘密封板，端盖、壳体、安装板、压紧法兰和绝缘密封板一起构成密封气室，高压电流传感器中部设置于密封气室内，高压电流传感器的一端通过光缆从安装板和压紧法兰之间的密封槽穿出到壳体外与采集器连接。

按照上述技术方案，安装板和压紧法兰均采用金属材料，可抑制互感器内部的相间干扰，绝缘密封板为为非导磁绝缘材料。

按照上述技术方案，绝缘密封板采用聚四氟乙烯添加氧化铝。

按照上述技术方案，端盖与安装板之间设有第二密封圈，密封螺栓上设有第一密封圈，绝缘密封板上套设有O型密封圈。

按照上述技术方案，信号采集单元为采集器，内部设有依次连接的光电转换模块、AD转换模块和微机处理模块。由全光纤电流传感器产生的光强信号经由光电装换模块转化为模拟电压信号，再通过A/D转换模块产生数字信号，输入到微机处理模块内，计算出一次电流并将其传给后台。

按照上述技术方案，微机处理模块中嵌入相位补偿算法，采用短数据窗移相算法，调理信号再传输过程中产生的相位偏差，准确反映一次电流的真实值，提升了互感器的测量精度。

按照上述技术方案，光缆与采集器连接采用航空插座，航插采用双层金属铠甲设计。

按照上述技术方案，微机处理模块核心处理器采用现场可编程门阵列FPGA。

本发明具有以下有益效果：

互感器的二次信号传输通过光纤传感器采用光强信号实施，受变电站中强电磁干扰影响小，导电杆与全光纤电流传感器的交叉点设置于密封气室内，具有可靠的密封性能和绝缘性，使信号传递更加稳定，保证了在实际工程长期运行的稳定性，有效避免了在复杂环境中产生故障的可能性。

附图说明

图1是本发明实施例中三相共箱的GIS用光学电子式电流互感器的结构示意图；

图2是本发明实施例中采集器信号处理流程图；

图3是本发明实施例中超前相位移相图；

图4是本发明实施例中滞后相位移相图；

图中，1-全光纤电流传感器，2-绝缘密封板，3-O型密封圈，4-密封螺栓，5-安装板，6-压紧法兰，7-壳体，8-光缆，9-采集器，10-导电杆，11-第一密封圈，12-第二密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中的三相共箱的GIS用光学电子式电流互感器，包括高压电流传感单元、信号采集单元和壳体7，高压电流传感单元和信号采集单元均设置于壳体7上，其中，高压电流传感单元包括3个全光纤电流传感器1和光缆8，全光纤电流传感器1通过光缆8与信号采集单元连接，3个全光纤电流传感器1均匀分布于壳体7上，3个导电杆10分别与3个全光纤电流传感器1一一对应，导电杆10从相应的全光纤电流传感器1的中心穿过，3个导电杆10分别与三相高压线路连接，壳体7内设有密封气室，密封气室内充有惰性气体，导电杆10与相应全光纤电流传感器1的交叉点设置于密封气室内；互感器的二次信号传输通过光纤传感器采用光强信号实施，受变电站中强电磁干扰影响小，导电杆10与全光纤电流传感器1的交叉点设置于密封气室内，具有可靠的密封性能和绝缘性，使信号传递更加稳定，保证了在实际工程长期运行的稳定性，有效避免了在复杂环境中产生故障的可能性。

进一步地，密封气室内充有1～5个大气压的惰性气体，所述惰性气体为六氟化硫气体。

进一步地，壳体7上端和下端均设有端盖，端盖的一侧与壳体7的侧壁之间留有缝隙，壳体7内沿缝隙设有安装板5，安装板5的上端和下端通过螺栓分别与上端盖和下端盖连接固定，安装板5与壳体7的侧壁之间设有压紧法兰6，压紧法兰6通过密封螺栓4与安装板5压紧固定连接，压紧法兰6紧贴壳体7内壁设置，安装板5和压紧法兰6之间设有密封槽内，安装板5和压紧法兰6上设有凹孔，密封槽分布于凹孔的两侧，全光纤电流传感器1两端固定于密封槽内，全光纤电流传感器1的中部设置于凹孔内，凹孔边沿的密封槽内设有绝缘密封板2，安装板5和压紧法兰6之间设有绝缘密封板2，端盖、壳体7、安装板5、压紧法兰6和绝缘密封板2一起构成密封气室，高压电流传感器中部设置于密封气室内，高压电流传感器的一端通过光缆8从安装板5和压紧法兰6之间的密封槽穿出到壳体7外与采集器9连接。

进一步地，安装板5和压紧法兰6均采用金属材料，可抑制互感器内部的相间干扰，绝缘密封板2为为非导磁绝缘材料，同时也为硬质材料，保证传感器采集到的每相信号不减弱。

进一步地，硬质绝缘密封板2采用聚四氟乙烯添加氧化铝，聚四氟乙烯添加氧化铝的材料不导磁，硬度高，绝缘性能好，保证电流传感器采集到的一次电流信号不减弱。

进一步地，端盖与安装板5之间设有第二密封圈12，密封螺栓4上设有第一密封圈11，绝缘密封板2上套设有O型密封圈3，在密封气室各接口处的进行密封，使密封气室的密封效果更好。

进一步地，信号采集单元为采集器9，内部设有依次连接的光电转换模块、AD转换模块和微机处理模块。由全光纤电流传感器1产生的光强信号经由光电装换模块转化为模拟电压信号，再通过A/D转换模块产生数字信号，输入到微机处理模块内，计算出一次电流并将其传给后台。

进一步地，微机处理模块中嵌入相位补偿算法，采用短数据窗移相算法，调理信号再传输过程中产生的相位偏差，准确反映一次电流的真实值，提升了互感器的测量精度；微机处理模块中嵌入相位补偿算法，采用短数据窗移相算法，调理信号再传输过程中产生的相位偏差，准确反映一次电流的真实值，提升了互感器的测量精度。

进一步地，光缆8与采集器9连接采用航空插座，航插采用双层金属铠甲设计。

进一步地，微机处理模块核心处理器采用现场可编程门阵列FPGA。

本发明的一个实施例中，本发明的工作原理：

本发明装置包括高压电流传感单元、壳体7和信号采集单元。高压电流传感单元包括全光纤电流传感器1、光缆8及端部插接件。每台互感器中含有三个全光纤电流传感器1，相对壳体7的轴线均分，每个传感器通过螺钉固定在安装板5上，三个导电杆10分别从每一相的全光纤电流传感器1的中心穿过。当导电杆10通过电流时，全光纤电流传感器1产生光强信号，由光缆8传输至采集器9。三相共箱的GIS用光学电子互感器内部充1-5个大气压的六氟化硫气体，密封在由安装板5、压紧法兰6、壳体7、硬质绝缘密封板2形成的气室内部，通过密封圈3、密封圈11、密封圈12与外部空气隔绝开。密封圈3放置在硬质绝缘密封板2两侧，安装板5、压紧法兰6、硬质绝缘密封板2压紧通过壳体7外部环绕的一圈螺栓将密封圈3压缩在安装板5、压紧法兰6中的密封槽内。除了在壳体7外部环绕的一圈螺栓外，气室内部安装了密封螺栓4，保证了图1中三个密封圈3受力均匀，密封圈上每个点都承受了足够的压紧力。安装板5、压紧法兰6采用金属材料，可抑制互感器内部的相间干扰，硬质绝缘密封板2采用聚四氟乙烯添加氧化铝，该材料不导磁，硬度高，绝缘性能好，保证传感器采集到的每相信号不减弱。其中：光缆8与采集器9连接采用航空插座，航插采用双层金属铠甲设计。密封螺栓4采用特殊处理的钝化螺栓，在六氟化硫气体内部不会产生化学反应。

信号采集单元为采集器9，内部包含光电转换模块、AD转换模块、微机处理模块。其中微机处理模块的核心处理器采用FPGA。由全光纤电流传感器1产生的光强信号经由光电装换模块转化为模拟电压信号，再通过A/D转换模块产生数字信号，输入到微机处理模块内，计算出一次电流并将其传给后台。信号在一系列的数据编码、传输、解码等操作后，一定会产生相位的变化，为了减小误差，在微机处理模块中进行相位补偿，采用短数据窗移相算法，具体实现方式如下：若采样信号滞后角度，t时刻的采样电流为i(t)＝I_msin(ωt+θ)对应的向量为其上一个采样点的采样电流为对应的向量为为每个周期的采样点数。相位超前角度的电流可表示为对应的向量为其向量关系可见图3，

设其中a、b为系数，根据图3可得到：

$\frac{\left|\stackrel{\·}{I_{\∂}}\right|}{sin\frac{2\mathrm{\π}}{N}}\frac{b\left|\stackrel{\·}{I}\∠-\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right|}{\sin \∂}=\frac{a\left|\stackrel{\·}{I}\right|}{sin(\mathrm{\π}-\∂-\frac{2\mathrm{\π}}{N})}$

其中由此可得系数a、b的值：

$a=\frac{sin(\∂+\frac{2\mathrm{\π}}{N})}{sin\frac{2\mathrm{\π}}{N}},b=\frac{sin\∂}{sin\frac{2\mathrm{\π}}{N}}$

故可改写成

$i_{\∂}\left(t\right)={\mathrm{aI}}_{m}sin(\mathrm{\ω}t+\mathrm{\θ})+{\mathrm{bI}}_{m}sin\[\mathrm{\ω}(t-\frac{2\mathrm{\π}}{N})+\mathrm{\θ}\]$

转换成采样值计算可得即两个电流i(t)的相邻采样点可得到超前电流角度的采样值，达到调相目的。

类似的，相位滞后角度的电流，如图4，计算可得，滞后电流

使用该方法后，互感器可更为准确反映一次电流的真实值，提升了互感器的测量精度。

另外，本发明中，电流传感器所处位置的温度由安装在安装板5、压紧法兰6内部的温度传感器将数据传输给采集器9。电子互感器直接与接地网可靠相连，与GIS回路上其他设备相对独立，避免了由于局部过电压对信号采集单元内部器件产生的影响。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。