光学电流互感器的信号处理和监控装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电流测量技术领域，尤其设及一种光学电流互感器的信号处理和监控 装置及其方法。
【背景技术】
[0002] 电流互感器是电力系统计量和保护控制的重要设备，电磁式电流互感器经过长期 发展，其测量稳态电流的精度可达万分之几，甚至更高;可是在短路故障情况下电磁式电流 互感器出现严重的磁饱和现象，导致二次输出电流波形失真，不能描述短路电流的过渡过 程，运是继电保护误动和拒动的主要原因之一。今后，电力系统的监视与控制将走向全时间 过程，从局部走向全局。继电保护的误动和拒动会给电力系统带来灾难性的事故，因此，人 们正在构建电力系统安全防御体系，传统的电磁式电流互感器不能反映电网动态过程，迫 切需要新型的电流互感器，于是基于法拉第磁光效应的光学电流互感器（〇CT，Optical Current Transducer)受到重视，特别是块状光学电流互感器。2007年5月16日中国专利局 公开了申请号为200510117694.8名称为"光学电流互感器及其测定电流的方法"的发明专 利说明书。其技术方案是:传感头为直条状磁光材料，沿直线布置的输入光纤、输入自聚焦 透镜、起偏器、光学传感头、检偏器、平行输出自聚焦透镜和光纤及垂直输出自聚焦透镜和 光纤构成基本光路。被测电流通过环形导体，在其腔内建立平行磁场，在磁场内至少有一条 基本光路，其传感头与磁力线平行。多个光路时各传感头等长且到环形导体轴线等距，每光 路的输出光纤分别接低压侧的两个光电转换器，输出平行电压信号和垂直电压信号，从而 算出被测电流。有多个光路时可W求平均值或进行溫度修正从而提高精度。该发明传感头 中的偏振光直通，克服"光绕电"式的光学电流互感器的光路缺陷，不会因反射面变性而失 稳。该互感器能长期稳定运行且测量精度较高；但是该发明还有不足之处，表现在:基本光 路还有垂直偏振光路，一旦垂直自聚焦透镜与主轴线稍有不垂直，或者垂直自聚焦透镜与 平行自聚焦透镜在性能上发生差异，则输出结果的精度就会受到影响。基本光路在工艺和 运行过程中容易受到环境污染和光电，也会影响到测量精度。
【发明内容】
[0003] 为了消除由于垂直光路所引起的缺陷，进一步提高光学电流互感器的测量精度， 本发明提出了一种光学电流互感器的信号处理和监控装置及其方法。
[0004] -种光学电流互感器的信号处理和监控装置，包括：依次相连的高稳定可控电流 源、受控发光源、光分路器、传感磁光光路结构，所述传感磁光光路结构由依次相连的输入 准直器、起偏器、磁光材料、检偏器和平行输出准直器组成，且均处于非导磁材料的壳体内；
[0005] 光分路器将光分成两路:一路输入到前级光电探测器，另一路通过传感磁光光路 结构输入到后级光电探测器;前级光电探测器和后级光电探测器分别通过前级模数转换器 和后级模数转换器与突变电流检测单元相连，突变电流检测单元通过暂态电流信号处理单 元和稳态电流信号处理单元与互感器输出信号综合单元相连，且突变电流检测单元直接与 互感器输出信号综合单元相连;所述前级模数转换器、后级模数转换器、突变电流检测单 元、暂态电流信号处理单元、稳态电流信号处理单元、互感器输出信号综合单元共同组成 OCT实时信号处理单元；
[0006] 前级模数转换器和后级模数转换器同时与0CT光强快速录波单元相连，0CT光强快 速录波单元分别通过0CT时变参数辨识单元和0CT运行状态分析单元与稳态电流信号处理 单元和互感器输出信号综合单元相连;所述0CT光强快速录波单元、0CT时变参数辨识单元、 0CT运行状态分析单元共同组成0CT运行监控系统；
[0007] 互感器输出信号综合单元与合并单元相连。
[0008] 所述高稳定可控电流源输出稳定的直流电流到受控发光源，受控发光源输出高稳 定的直流光强，经过光分路器后根据分光比Kj分成两束光，一束光按照受控发光源输出光 的光强的Kj倍，经过传感磁光光路结构后到达后级光电探测器；另一束光按照受控发光源 输出光的光强的（1-Kj)倍，进入到前级光电探测器;比例系数Kj的范围为0.001-0.999。
[0009] 所述0CT运行监控系统中的0CT光强快速录波单元在接收前级模数转换器和后级 模数转换器输出的数据后快速记录，然后将数据传递给0CT时变参数辨识单元和0CT运行状 态分析单元;0CT时变参数辨识单元按照时变参数辨识算法计算出0CT的时变参数，然后将 该参数通过快速通信通道传递给0CT实时信号处理系统中的稳态电流信号处理单元;0CT运 行状态分析单元按照运行状态分析算法计算出0CT运行状态参数，将该参数通过快速通信 通道传递给0CT实时信号处理系统中的互感器输出信号综合单元。
[0010] 所述0CT实时信号处理系统中的突变电流检测单元接收前级模数转换器和后级模 数转换器输出的数据，同时将该数据传递给稳态电流信号处理单元和暂态电流信号处理单 元，突变电流检测单元按照突变电流检测算法计算电流突变率，当电流突变率达到预先设 定的阀值后输出具有固定时间宽度T的脉冲信号或者标志数据到互感器输出信号综合单元 中，互感器输出信号综合单元在接收到该信号后立即将所接收到的暂态电流信号处理单元 输出的数据按照IEC61850-9-1或者IEC61850-9-2的规约或者自定义格式规约输出到合并 单元中；
[0011] 如果互感器输出信号综合单元没有收到突变电流检测单元所输出的具有固定时 间宽度T的脉冲信号或者标志数据时，默认将所接收到的稳态电流信号处理单元输出的数 据按照IEC61850-9-1或者IEC61850-9-2的规约或者自定义格式规约输出到合并单元中，0< Τ< 100毫秒；
[0012] 当互感器输出信号综合单元接收到0CT运行状态分析单元输出的0CT运行状态参 数后，立即将所接收到的0CT运行状态参数按照IEC61850-9-1或者IEC61850-9-2的规约或 者自定义格式规约输出到合并单元中；
[0013] 稳态电流信号处理单元在接收到突变电流检测单元输出的数据后按照稳态电流 信号处理算法计算，将计算结果输出到互感器输出信号综合单元;暂态电流信号处理单元 在接收到突变电流检测单元输出的数据后按照暂态电流信号处理算法计算，将计算结果输 出到互感器输出信号综合单元。
[0014] 所述0CT实时信号处理系统采用FPGA或DSP忍片作为主CPU,包括8ΜΒ SRAM、64MB Flash存储器、12位或16位ADC模数转换器忍片、USB2.0接口忍片、第一 100MW太网接口忍 片、第一 4 X 4键盘和LCD显示器。
[0015] 所述OCT运行监控系统采用嵌入式结构，包括主频为500MHz的32位ARM忍片、64MB SRAM、128MB Flash存储器、232或485串口、第二100MW太网忍片、时钟忍片DS12887、6X6键 盘或第二4X4键盘和彩色液晶显示器;FPGA或DSP控制前级模数转换器和后级模数转换器 对前级光电探测器和后级光电探测器输出的电压信号W每秒Fdata的采样率进行模数转换， 将前级模数转换器和后级模数转换器输出的数据接收并存储到0CT实时信号处理系统上的 8MB SRAM中，通过第一 100MW太网接口忍片通过数据线将数据传递给0CT运行监控系统； 0CT运行监控系统中的32位ARM忍片控制第二100MW太网接口忍片接收到数据后存储到0CT 运行监控系统中的64MB SRAM中，光电输出数据采样率Fdata的取值范围为1000-1000000。
[0016] 一种光学电流互感器的信号处理和监控装置的信号处理和监控方法包括W下步 骤：
[0017] 步骤1:将传感磁光光路结构置于流过被测电流的通流导体旁边，传感磁光光路结 构中的通光方向与通流导体中被测电流的流动方向相互垂直，传感磁光光路结构中磁光材 料的中屯、线与通流导体截面的中屯、线之间距离小于磁光材料长度的一半，传感磁光光路结 构与通流导体之间的间距小于10厘米；
[0018] 步骤2:打开高稳定可控电流源，高稳定可控电流源输出的电流进入到受控发光 源，受控发光源发出稳定的光强；
[0019] 步骤3:打开0CT实时信号处理系统的电源，将光分光路的分光比Kj、第一电流设定 值ISETI、第二电流设定值ISET2、第Ξ电流设定值ISET3、第一协方差Q、第二协方差R、电流设定 比例系数Ka、调节比例系数Κυ的数值通过第一 4X4键盘和LCD显示器输入到0CT实时信号处 理系统中的64MB Flash存储器；
[0020] 步骤4:打开0CT运行监控系统的电源，将光分光路的分光比Kj、第一电流设定值 IsETl、第二电流设定值IsET2、第Ξ电流设定值IsET3、第一协方差Q、第二协方差R、电流设定比 例系数Ka、调节比例系数Κυ、第一光强设定值Jsetl、第二光强设定值Jset2的数值通过6X6键 盘和彩色液晶显示器输入到0