一种用于电流互感器的信号传输装置及方法
【技术领域】
[0001] 一种用于电流互感器的信号传输装置及方法，属于电气测量领域。
【背景技术】
[0002] 在电力生产、电力传输系统及电力设备中，电流互感器是实现电能测量及系统保 护的重要设备。传统的电磁式电流互感器由于具有绝缘困难、易受电磁干扰、体积大、成本 高等自身难以克服的缺点而逐渐被新型的电流互感器所取代。在各种新型电流互感器中， 电子式互感器凭借其绝缘性能好、抗干扰能力强、尺寸小、造价低、测量动态范围宽、灵敏度 高、运行安全等优势而逐渐成为传统电磁式电流互感器的理想替代品。
[0003] 电子式互感器基于电子技术和光纤传输系统，其基本原理是采用一次电流传感器 (如空心线圈或铁芯线圈）将母线电流根据线圈的匝数比变换为小数值的模拟电流信号，再 将该电流信号转换为模拟电压信号，此后通过AD采样将模拟电压信号转换为数字信号，由 CPU对数字信号进行编码后送入发光管驱动电路通过电/光转换得到数字光信号，利用光 纤将光信号传输至二次侧电路，依次完成光/电转换、解码后得到母线电流大小的数字量 输出或解码后通过D/A转换输出反映母线电流波形的信号。
[0004] 使用以上原理设计的电子式电流互感器具有如下缺点： (1)由于其一次侧存在AD转换环节，导致一次侧电路功耗较高，而电流互感器一次侧 的供电问题也是目前电流互感器设计的难题之一。
[0005] (2)整个系统对信号的传输采用的是数字信号，因此AD采样时的采样频率就限制 了所要传输的信号的带宽，若采用较高的采样频率，则系统功耗更大，因此实际系统的采样 频率通常不能太大，使得电流中的高频谐波或故障时更高频的行波信号受采样频率的限制 而无法传输至二次侧。而这些高频信号恰恰又是电能质量分析或线路故障分析的重要信 息，故而使电流互感器的作用受限。
[0006] (3)实际系统中，由于三相母线都要有电流互感器，因此在将表示母线电流大小的 数字量送入电/光转换电路之前必须对各路的信号进行同步编码，以使二次侧接收的三路 信号能够同步，因此在一定程度上增加了系统设计的复杂度。
[0007] 电子互感器中采用的发光管一般由电流驱动型器件如发光二极管LED或激光二 极管LD实现，其发光功率的大小取决于流经发光管的电流，当流经发光管的电流增大至一 定程度时，发光管的发光功率P与流过它的电流/呈线性关系。光电管在有光照时输出的 电流/与受到的光照强度P也是线性关系。
[0008] 利用发光管及光电管的以上特性，在现有技术中已存在有将一次侧进入发光管驱 动电路前的模拟电压信号（即工频信号）直接调制发光管发光，即将该模拟电压信号直接变 为模拟光信号送入光纤传到二次侧的光/电转换电路，则可以避开一次侧电路的AD米样环 节，从而也就解决了一次侧电路功耗过高和传输信号频带受限的问题；同时，由于直接将模 拟信号调制传输，也无需对实际系统的三相数据进行同步，则可使系统设计的复杂度大大 降低。故而也就解决了目前电子式电流互感器所存在的上述问题。
[0009] 在实际应用中，在一次侧使用模拟信号对光信号进行调制时，通常要提供一个固 定大小的直流偏置电压信号，该信号也作为参考信号，通过该信号将模拟调制信号抬高至 发光管的线性区，从而实现模拟光信号的传输，这是利用发光管实现模拟信号传输的基本 原理。然而，光信号在传输过程中会因发光管与光纤连接器之间的耦合损耗、光纤传输损 耗、光纤连接器与光电管之间的耦合损耗、发光管老化引起的发光功率下降等原因从而导 致信号大小出现衰减，若要通过测量二次侧工频信号大小来计算一次侧工频电流信号的大 小，必须知道工频信号的衰减，可以简单的将直流参考信号的衰减当作工频信号的衰减，但 由于两个信号的衰减并不相等，因此用这种方法设计出的电流互感器的误差较大，该方法 对于设计保护用的电流互感器是可行的，但将该方法用于设计高精度的测量用电流互感器 则是行不通的。
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种简单方便、成本低 廉、能精确计算一次侧工频电流信号大小，可应用到高精度的电流互感器的设计中的用于 电流互感器的信号传输装置及方法。
[0011] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该用于电流互感器的信号传输装 置，包括由光纤连接的一次侧和二次侧，其特征在于：在所述的一次侧中，连接母线的线圈 的输出端连接信号调理单元的输入端，信号调理单元的输出端连接恒流驱动单元的输入 端，恒流驱动单元的输出端连接所述光纤的一端； 光纤的另一端连接二次侧内光电探测单元的输入端，光电探测单元的输出端连接信号 提取单元的输入端，由信号提取单元的输出端进行信号的输出。
[0012] 优选的，所述的信号提取单元至少包括隔直电容及中央处理单元，所述的光电探 测单元的信号分为两路：一路通过隔直电容与中央处理单元相连，另一路直接与中央处理 单元相连。
[0013] 优选的，所述的光电探测单元至少包括：将光信号转换为电流信号的光电管以及 将光电管转换得到的电流信号转换为电压信号的电流-电压转换电路。
[0014] 优选的，所述的信号调理单元至少包括：可生成直流参考电压的电压基准芯片，以 及将所述线圈输出的工频信号以及参考电压进行混合的信号混合电路。
[0015] 优选的，所述的恒流驱动单元至少包括将信号调理单元输出的电压信号转换为电 流信号的转换电阻以及由转换电阻转换得到的电流信号进行驱动发光的发光管。
[0016] 优选的，所述的发光管为通讯用发光管。
[0017] 优选的，所述的转换电阻为负温度系数的热敏电阻。
[0018] 用于电流互感器的信号传输装置的信号传输方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤1，向恒流驱动单元输出多组数值不同的直流电压，驱动发光管以不同的功率发 光，得到发光管的多组U-P数值； 步骤2,通过步骤1获得的多组U-P数值拟合得到发光管的发光功率-驱动电压的P