基于光学电流互感器的差动保护装置的制造方法
【专利摘要】基于光学电流互感器的差动保护装置，属于电力系统继电保护领域，本发明为解决现有继电保护装置需要将电流互感器检测的电流信息以同步采样方式传输给数字化保护装置，在变电站中必须要配置完备同步装置的问题。差动保护装置的两个光电转换电路分别接收本侧光学电流互感器和对侧光学电流互感器测量的电流信息，转换成电信号，分别经过两个前置滤波放大电路处理后输送至微处理器，获得差动保护判断结果，判断结果经由I/O口，通过第一电光转换电路传输至执行单元；微处理器将获得的被测电流信息经由I/O口发送给显示电路显示，被测电流信息同时通过第二电光转换电路转换成光脉冲信号，传输至合并单元。本发明用于电力系统的继电保护。
【专利说明】
基于光学电流互感器的差动保护装置
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种差动保护装置。
【背景技术】
[0002] 基于法拉第磁光效应原理的光学电流互感器，能获取准确的、无时延的、同步的电 流波形，能解决常规电磁式互感器存在磁饱和与频带受限等原理性问题，提高电网的暂态 电流测量能力。目前，光学电流互感器技术已趋于成熟，相应的产品在智能变电站中也得到 了越来越多的应用。光学电流互感器优良的测量性能在继电保护领域逐步得到应用，新原 理和新技术保护装置的研究也逐步展开。
[0003] 当前，电力系统中的继电保护装置，都是将电流互感器检测到的电流信息以电信 号的方式传递给继电保护装置，在继电保护装置中进行故障判据的运算和结果判定，电信 号易受电磁干扰。在智能变电站中，都是将电流互感器检测到的电流信息以同步采样的方 式传输给数字化保护装置，在变电站中必须要配置完备的同步装置以实现保护装置接收信 息的同步。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是为了解决现有继电保护装置需要将电流互感器检测到的电流信息 以同步采样的方式传输给数字化保护装置，在变电站中必须要配置完备的同步装置的问 题，提供了一种基于光学电流互感器的差动保护装置。
[0005] 本发明所述基于光学电流互感器的差动保护装置，差动保护装置通过光纤接收本 侧光学电流互感器和对侧光学电流互感器测量的电流信息，差动保护装置将获得的差动保 护判断结果通过光纤输出至执行单元，差动保护装置将获得的被测电流信息通过光纤以串 口通信形式传输至合并单元，差动保护装置通过光纤接收激光器的激光能量，将光能转换 成电能；
[0006] 差动保护装置包括第一光电转换电路、第二光电转换电路、第一前置滤波放大电 路、第二前置滤波放大电路、微处理器、第一电光转换电路、第二电光转换电路、显示电路、 光电池和电源管理电路;第一光电转换电路和第二光电转换电路分别通过光纤接收本侧光 学电流互感器和对侧光学电流互感器测量的电流信息，并将接收到的光信号转换成电信 号，然后将电信号分别经过第一前置滤波放大电路和第二前置滤波放大电路处理后输送至 微处理器，微处理器内的ADC将接收到的信号转换成数字信号，微处理器根据保护判据获得 差动保护判断结果，差动保护判断结果经由微处理器的I/O 口，通过第一电光转换电路转换 成光脉冲信号，由光纤传输至保护的执行单元;微处理器将获得的被测电流信息经由微处 理器的I/O 口发送给显示电路显示，被测电流信息同时通过第二电光转换电路转换成光脉 冲信号，通过光纤以串口通信形式传输至合并单元;光电池通过光纤接收激光器的激光能 量，光电池将光能转换成电能，通过电源管理电路给差动保护装置的各电路模块提供电能。
[0007] 本发明的优点：本发明的差动保护装置直接接收光学电流互感器的光信号，没有 智能变电站保护系统的信号同步问题，简化了保护系统的构成，同时差动保护装置对外全 部采用光纤接口，增强了抗干扰电磁能力;本发明的差动保护装置基于光学电流互感器，直 接利用光学电流互感器测量得到的全电流，无需任何滤波环节，实现实时动作，从而使从故 障发生到保护动作的时间大大缩短。本发明的差动保护装置在采用光学电流互感器的智能 电网中将有良好的应用前景。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明所述基于光学电流互感器的差动保护装置的结构示意图；
[0009] 图2是应用本发明的基于光学电流互感器的差动保护装置的线路电流差动保护系 统示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0010] 一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于光学电流互 感器的差动保护装置，差动保护装置3通过光纤接收本侧光学电流互感器1和对侧光学电流 互感器2测量的电流信息，差动保护装置3将获得的差动保护判断结果通过光纤输出至执行 单元5，差动保护装置3将获得的被测电流信息通过光纤以串口通信形式传输至合并单元6， 差动保护装置3通过光纤接收激光器4的激光能量，将光能转换成电能；
[0011] 差动保护装置3包括第一光电转换电路3-1、第二光电转换电路3-2、第一前置滤波 放大电路3-3、第二前置滤波放大电路3-4、微处理器3-5、第一电光转换电路3-6、第二电光 转换电路3-7、显示电路3-8、光电池 3-9和电源管理电路3-10;第一光电转换电路3-1和第二 光电转换电路3-2分别通过光纤接收本侧光学电流互感器1和对侧光学电流互感器2测量的 电流信息，并将接收到的光信号转换成电信号，然后将电信号分别经过第一前置滤波放大 电路3-3和第二前置滤波放大电路3-4处理后输送至微处理器3-5,微处理器3-5内的ADC将 接收到的信号转换成数字信号，微处理器3-5根据保护判据获得差动保护判断结果，差动保 护判断结果经由微处理器3-5的I/O口，通过第一电光转换电路3-6转换成光脉冲信号，由光 纤传输至保护的执行单元5;微处理器3-5将获得的被测电流信息经由微处理器3-5的I/O 口 发送给显示电路3-8显示，被测电流信息同时通过第二电光转换电路3-7转换成光脉冲信 号，通过光纤以串口通信形式传输至合并单元6;光电池3-9通过光纤接收激光器4的激光能 量，光电池 3-9将光能转换成电能，通过电源管理电路3-10给差动保护装置3的各电路模块 提供电能。
[0012] 本实施方式中，被测电流信息同时通过第二电光转换电路3-7转换成光脉冲信号， 通过光纤以串口通信形式传输至合并单元6，以供远端监测使用。
[0013] 本实施方式中，所述的微处理器3-5选择德州仪器(TI)公司生产MSP430系列的超 低功耗、高性能的16位微处理器的MSP430F149,它可以在超低功耗模式下工作，可靠性高， 在加强电干扰时运行不受影响，适应工业级的运行环境;它内部包含8路12位模数转换模块 (ADC)，并具有连续转换功能，可以在多次转换完成后再去处理结果，多次转换结果平滑后 输出，能起到提高模数转换位数的效果。
[0014]本实施方式中，所述的差动保护装置3采用微功耗设计，其功率消耗可由激光供 给，激光器(4)通过光纤将激光能量传输至光电池 3-9,光电池 3-9将光能转换成电能，通过 电源管理电路3-10给差动保护装置3的各电路模块供能。
[00?5]【具体实施方式】二:本实施方式对实施方式一作进一步说明，本侧光学电流互感器1 和对侧光学电流互感器2采用相同的光学电流互感器，第一光电转换电路3-1和第二光电转 换电路3-2采用相同的光电转换电路，第一前置滤波放大电路3-3和第二前置滤波放大电路 3-4采用相同的滤波放大电路。
【具体实施方式】 [0016] 三:本实施方式对实施方式二作进一步说明，光学电流互感器的数 量为大于等于2的正整数;光电转换电路和滤波放大电路的数量均与光学电流互感器的数 量相同。
[0017] 本发明中，图2为应用本发明的基于光学电流互感器的差动保护装置的线路电流 差动保护系统示意图。本侧光学电流互感器1测得的电流信息^通过光纤传输至差动保护 装置3,同时对侧的对侧光学电流互感器2测量的电流信息^通过光纤传输至差动保护装置 3，差动保护装置3基于光学电流互感器测量的全电流信息，按照全电流差动保护判据一：
[0019]
为全电流差动保护判据的动作量
电流差动保护判据的制动量，im、in为线路两侧同相电流采样瞬时值，tl为计算初始时刻，Δ t为积分时间窗口，KS(3t为制动系数定值，Idw为最小动作电流门槛定值。
[0020] 或者，按照全电流差动保护判据二：
[0022]
为差动保护的动作量， 差动保护的制动量。
[0023]根据上述判据进行判定，如果满足判据，则判定为本相线路区内故障，本相差动保 护动作，否则为本相线路区外故障，本相差动保护不动作。
【主权项】
1. 基于光学电流互感器的差动保护装置，其特征在于，差动保护装置(3)通过光纤接收 本侧光学电流互感器（1)和对侧光学电流互感器(2)测量的电流信息，差动保护装置(3)将 获得的差动保护判断结果通过光纤输出至执行单元(5)，差动保护装置(3)将获得的被测电 流信息通过光纤以串口通信形式传输至合并单元(6)，差动保护装置(3)通过光纤接收激光 器(4)的激光能量，将光能转换成电能； 差动保护装置(3)包括第一光电转换电路(3-1)、第二光电转换电路(3-2)、第一前置滤 波放大电路(3-3)、第二前置滤波放大电路(3-4)、微处理器(3-5)、第一电光转换电路(3-6)、第二电光转换电路(3-7)、显示电路(3-8)、光电池(3-9)和电源管理电路(3-10);第一光 电转换电路(3-1)和第二光电转换电路(3-2)分别通过光纤接收本侧光学电流互感器(1)和 对侧光学电流互感器(2)测量的电流信息，并将接收到的光信号转换成电信号，然后将电信 号分别经过第一前置滤波放大电路(3-3)和第二前置滤波放大电路(3-4)处理后输送至微 处理器(3-5)，微处理器(3-5)内的ADC将接收到的信号转换成数字信号，微处理器(3-5)根 据保护判据获得差动保护判断结果，差动保护判断结果经由微处理器(3-5)的I/O口，通过 第一电光转换电路(3-6)转换成光脉冲信号，由光纤传输至保护的执行单元(5);微处理器 (3-5)将获得的被测电流信息经由微处理器(3-5)的I/O 口发送给显示电路(3-8)显示，被测 电流信息同时通过第二电光转换电路(3-7)转换成光脉冲信号，通过光纤以串口通信形式 传输至合并单元(6);光电池(3-9)通过光纤接收激光器(4)的激光能量，光电池(3-9)将光 能转换成电能，通过电源管理电路(3-10)给差动保护装置(3)的各电路模块提供电能。2. 根据权利要求1所述的基于光学电流互感器的差动保护装置，其特征在于，本侧光学 电流互感器（1)和对侧光学电流互感器(2)采用相同的光学电流互感器，第一光电转换电路 (3-1)和第二光电转换电路(3-2)采用相同的光电转换电路，第一前置滤波放大电路(3-3) 和第二前置滤波放大电路(3-4)采用相同的滤波放大电路。3. 根据权利要求2所述的基于光学电流互感器的差动保护装置，其特征在于，光学电流 互感器的数量为大于等于2的正整数;光电转换电路和滤波放大电路的数量均与光学电流 互感器的数量相同。
【文档编号】H02H3/26GK106026049SQ201610590354
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月25日
【发明人】刘志清, 尹东, 王兴振, 高贵生, 王国朋, 张国庆, 于文斌, 郭志忠, 王贵忠, 汪兴, 岳恒先, 张保华, 刘俊方, 邵志宇, 张健, 王运劭, 吕春晖
【申请人】国网山东省电力公司聊城供电公司, 国家电网公司, 哈尔滨工业大学, 哈工大（张家口）电力科学技术研究所