光电子互感器论文（精选12篇）
光电子互感器论文 第1篇
电子式电流互感器的设计思路是在高压侧将从LPCT取得的模拟信号就地进行A/D转换，并将数字量转换为光信号；互感器本体提供标准的光通信接口，光信号通过该接口由光纤传至控制室的信号接收单元。在控制室由低压侧信号处理单元将该光信号还原为数字电信号，并按照继电保护和测量设备的要求，将信号进行分离，并提供保护通道和测量通道的输出接口。图1是电子式电流互感器系统的结构示意图。
系统中仅采用一个LPCT同时作为测量通道和保护通道的传感元件，因此，首先必须保证LPCT在很宽的一次电流变化范围内有很好的线性度；其次，由于LPCT的二次输出电压变化范围比较大，所以实现对全范围信号的准确测量有一定的难度，这对高压侧信号处理电路也提出了较高的要求。
图1中，高压侧信号处理电路主要由仪用放大器、4阶Bessel抗混叠滤波器、14位A/D转换器、复杂可编程逻辑器件（CPLD）和电光转换模块组成。其中CPLD负责A/D转换器所需控制信号的产生以及数字脉冲的编码。
当输人模拟信号较小时，由于量化误差的影响，A/D转换的误差将增大。在实际测量过程中，一般将A/D转换器的输入调整为其满量程值附近。本文中的高压侧信号处理电路中，共设置了3个模拟输入通道。其中：1个用于测量传感头处温度（通过安装于传感头侧的温度传感器提供模拟信号）；另外2个用于测量LPCT的输出信号，将其放大增益分别设置为1和10，其中1倍增益回路作为保护通道信号，10倍增益回路作为测量通道信号，这是因为在500～120%的额定一次电流范围内, LPCT的二次输出电压较小，将其放大10倍后再进行A/D转换，可以减小转换误差，提高测量准确度。
图1中，高、低压侧之间的信息传输由光纤来完成。光纤具有良好的绝缘性能，利用光纤作为高压端和低压端的信号传输媒质，具有绝缘简单、造价低、技术成熟等优点。光纤中传输的是光信号，必须在高压端增加电光转换模块以及在低压端增加光电转换模块。为了提高测量的可靠性，增强抗干扰能力，在进行电光转换之前，将LPCT输出的模拟信号转换成数字信号。这样，光纤中传输的是数字光脉冲信号，能够进一步提高抗干扰能力。
光信号由光纤传输至低压端后，由信号处理电路将光信号还原为电信号，并按照继电保护和测量设备的要求，分离出测量通道信号和保护通道信号。低压侧信号处理电路主要由光电转换模块、FPGA和D/A转换器组成，低压侧信号处理电路主要完成对各路信号的分离、移相以及必要的增益调节。
电子式电流互感器中，为保证高压侧信号处理电路正常工作，需要一定的能量，本文采用一种激光供能的方式来实现。
四、试验
（一）试验方案
电子式电流互感器的测试方案如图2所示。图中, A为电流源，电流传感头由LPCT构成，高准确度电流互感器为0.1级，其二次输出信号作为标准信号与电子式电流互感器输出信号进行对比。本文采用一种基于比对技术的ES互感器校验仪来完成对电子式电流互感器的校验。
互感器测试系统的输出结果和高准确度电流互感器的输出结果都将送入ES互感器校验仪中的DSP进行处理，其中高准确电流互感器的输出结果被认为是标准值，而电子式电流互感器测试系统的输出结果则被认为是测量值，ES互感器校验仪仪器通过比较两路信号的大小的比对即可计算出电子式电流互感器测试系统的测量误差。对ES光电互感器校验仪内部电路可（参1）中，可得出测量误差可达到0.05%。
（二）准确度试验
当一次电流从额定电流（100 A）的500～12000变化（5A-120A）时，电子式电流互感器测量通道的比差和角差电子式电流互感器测量通道在5%～120%额定一次电流变化范围内比差、角差测量值满足0.2级电子式电流互感器准确度的要求。
此外，还对保护通道在20倍额定电流下进行了测试，（参2）采用ES光电互感器校验仪，测试结果如表1所示。
从表1可以看出，电子式电流互感器保护通道满足5P20级电子式电流互感器准确度的要求。
（三）温度特性试验
电子式电流互感器实际工作在-30℃～70℃温度范围内，所以，必须对电子式电流互感器做温度特性试验。因条件所限，本文（参3）采用等安匝法对额定一次电流下测量通道做了温度试验。将LPCT、高压侧信号处理电路和高压侧电源先后分别放置在烘箱和冰箱内，调节温度变化范围为70℃～20℃和-30℃～20℃。测量得到的系统比差和角差随温度变化曲线如图3所示。
从图3可以看出，电子式电流互感器在-30℃～70℃范围内，系统比差变化小于±0.1%，角差变化小于±2°，具有很好的温度特性。
四、结语
本文所介绍的ES光电互感器校验仪采用大规模可编程集成电路作为核心，具有体积小巧、成本低廉、性能优异、可拓展能力强的特点。尤其是FPGA中的自适应位同步模块和快速序列同步模块设计独特、功能完善，具有较高的应用价值。随着该ES光电互感器校验仪外部设备的不断完善和改进，它将向更多的专业用户提供更全面更优质的支持与服务，本仪器仪成功的在宁德电业局、福州电业局、石狮电力公司等多个电能计量部门中大批量采用。
摘要：介绍了光电电流互感器的结构原理和输出特点, 提出了光电电流互感器的测试和校验方法, 对光电互感器基于比对技术和采用ES光电互感器校验仪来完成对电子式电流互感器的校验做了全面的介绍。
参考文献
参1:赖振文《低压电器》2009年第19期《AT89C51单片机在单双电桥检定装置中的应用》
参2:郭志伟《福建电力与电工》2006年第4期《发电厂下网电量计量方案探讨》。
实验五光电转速传感器测速实验 第2篇
一、实验目的了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。
二、基本原理
光电式转速转速传感器有反射型和透射型两种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源通过转盘上开的孔透射后由光电二极管接受转换成电信号，由于转盘上有相间的6个孔，转动时将获得与转速及孔数有关的脉冲，将电脉冲计数处理即可得到转速值。
三、需用器件与单元
传感器实验模块
四、实验步骤
1．光电转速传感器已经安装在传感器实模块上。
2．将+5V直流稳压电源接到光电转速传感器的“+5V输入”端。
3．将光电转速传感器的输出接“频率/转速表”输入端。
4．将面板上的0~30V稳压电源调节到小于24V，接到传感器实验模块“0~24V转动电源”输入端。
5．调节0~30V直流稳压电源输出电压（+24V以下），使转盘的转速发生变化，观察频率/转速表显示的变化，并用虚拟示波器观察光电转速传感器输出波形。
五、注意事项
1．转动源的正负输入端不能接反，否则可能击穿电机里面的晶体管。
2．转动源的输入电压不可超过24V，否则容易烧毁电机。
3．光电转速传感器中+5V电源不能接错,否则会烧毁光电传感器.六、思考题
光电子互感器论文 第3篇
关键词：数字化变电站；电子互感器
一、数字化变电站的主要技术特征
变电站一次设备和保护的连接主要从CT、PT引出的电缆，根据需要，在端子箱内重新组成对应各保护、测量等回路，二次设备引入测量量，进行A/D变换后，送入CPU处理判断。CPU处理的结果，或合闸、跳闸、闭锁（不允许其他的跳合闸起作用）通过开入开出板连接到开关端子箱。在过程总线中，保护装置的功能被组合到一次设备到一次设备，形成新的接线模式。而数字化变电站一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构，A/D变换没有了，代之以高速通信。开关量输出DO、输入DI移入智能化开关，保护装置发布命令，由一次设备的执行器来执行操作。相比传统的变电站，数字化变电站在一次、二次设备方面有了巨大的变化。
1.一次设备智能化
随着技术的进步，一次设备出现了智能组合电器。其主要特征是：（1）模拟量就地采样在一次设备内部，电子化TA/TV的二次侧直接进行模拟量采样，实现了模拟量到数字量的转化，转化结果通过通信接口光纤为介质传输给间隔层保护/测控等设备。替代现有的直接以二次电缆传输模拟量的方式。（2）使用智能传感器通过智能传感器获得SF6气体密度等信息并通过通信接口传出。（3）使用智能操作机构以通过通信接口接受外部命令并执行，对执行情况进行记录。替代现有的控制电缆方式。同时实现智能跳合闸。（4）实现状态信息记录能够记录开断次数、开断电路等与状态检修相关的信息，并能通过通信接口外传。方便用户及时掌握装置状况信息，实现按需检修，替代现有的计划检修。2.二次设备网络化
将传统二次设备内部的小TA/TV（电流/电压变换器）以及模数变换部分改为网络通信方式[1]，装置以通信方式直接获得由一次设备采样并传出的数字量信息。对于支持网络通信方式驱动断路器操作机构及传输间隔状态信息的一次设备，间隔层保护/测控等设备就可将现有的开出和开入插件转换为通信接口插件。这些变化将使现有二次设备向通用化、网络化方向发展。
二、电子互感器的主要技术表现
数字互感器在原理与传统的互感器完全不同，数字互感器是利用光电子技术和光纤传感技术来实现电力系统电压、电流测量的新型互感器。与传统互感器相比，数字互感器具有绝缘性能好，造价低；不含铁心，不存在磁饱和、铁磁谐振等问题；低压侧不存在开路高电压危险；暂态响应范围大，测量精度高；频率响应范围宽；无易燃、易爆炸等危险；体积小、重量轻[2]。抗电磁干扰能力强等优点。光纤互感器一般以弱功率数字量输出，非常适合微机保护装置的需要。这将最佳地适应日趋广泛采用地微机保护、电力计量数字化及自动化发展的潮流。
电子式互感器包括四个不同的技术领域，即传感器技术、数据采集变送技术、高压绝缘技术和网络通信技术[3]。由于电子式简化了绝缘结构，而数据采集和网络通信可以借用现有成熟技术，这些方面已不再是研发的核心，核心技术缩小为三个方面：传感器技术、电源技术以及新增的特殊电磁防护技术。
这是基于以下考虑：①传感器技术虽经多年研发，但期望将所有优点集于一身是不现实的，一些特定传感器在具有优点的同时，总是带有一定的缺憾，各种不同传感器原理之间的相互配合互相渗透、优势互补将是一个发展趋势；一些基础器件由国外垄断、价值链留在国外、价格高出同功能互感器3～5倍、性能并不具备优势的传感器将会淡出市场。②电源技术仍作为核心技术，有两层含义：其一是作为独立式互感器，高压侧传感的无源化或自源化，正常无故障寿命周期都寄望于发展和完善自供电模式；其二是克服VFTO现象也需要隔离度更高、抗扰频谱更宽的新型电源系统，这种电源系统需要改变原有设计思路，进行技术创新。③常规的中低频、小于3千伏峰值的EMI防护组件不能适应电站特殊干扰工况，需要研发可抵御数万伏、跨越短波至微波波段的功率型集成滤波器件。
三、电子互感器发展趋势
1.新趋势1 - 结构组合化
利用电子式微功率、小型化优势，互感器更多以组件方式组合于变压器、GIS、HGIS、断路器、隔离刀等组合电器中，减少占地，降低造价，还可以通过功能复用促进一次电器本身的小型化和智能化[4]。各种传感方式，也会相互组合，优势互补，发挥整体效能。国网公司近期也提出了结构组合的指导性意见，助推电子式互感器的组合化趋势。
2.新趋势2 - 功能复用化
充分利用数据共享优势，单点配置的互感器，可供多点共享，这一优势可以体现在以下几个层面：①单点测量信息的本地共享，装在一次电器上的互感器，除了通过合并器向间隔层和站控层传递信息外，可以配置本地输出端口，为一次电器本体的智能化提供服务。一些国外开关电器，依靠本机集成的ECT实现故障开断录波和数理分析统计实现状态监测、寿命预期、故障诊断等智能化功能的经验值得借鉴。互感器可提供Goose、RS485等不同类型的数字接口，供多种测控设备共享，减少互感器多点重复安装，使设备配置更加紧凑，功能集成度更高[5]。②在不增加传感器的前提下，增配不同速率的采集器和接口方式，兼顾故障行波测距、光差保护、PMU监测专用。③合并器除了实时收集ECT/EVT测量信息外，稍作扩充，即可利用既有硬件资源收集一次状态信息将原有分散的设备状态监测网络归化到统一的以太网中，达到信息全站共享。
3.新趋势3- 设计标准化
经过多年的试用实践，电子式互感器技术优势已在一些典型电站上得到验证。但在技术进步效果明显的同时，扩展应用也面临新问题，最集中的表现是在应对恶劣电磁环境上，其深层原因是无论国内、国外，从标准体系、试验方法到设计规范，尚未完全意识到电站特殊电磁干扰的严重性，至今还没有专门针对高压电站电磁干扰方面的系统试验和理论研究，导致的结果是电子式互感器的工业标准中缺少与电站实际操作等效的试验标准和评测方法。众多制造厂家简单地瞄准现行标准进行研发，即使达到最高级别，也不能完全适应现场应用条件。
互感器的四大部件应逐渐走向标准化，具有相互兼容的接口方式，以便具有通用性和互换性，可作为标准“插接”安装于各种一次电器，达到不同厂家互感器可以更替和互换，也利于产品的维修、更换、版本升级换代。
参考文献：
[1] 王涛，郑薇，潘晨等.电子互感器在智能变电站中的应用研究[J].华章，2011，（28）：328.
[2] 马伟，张晓春.数字化变电站的建设与研究[J].价值工程，2010，29（13）：164-165.
[3] 林江明.智能电网调度自动化技术研究[J].北京电力高等专科学校学报（自然科学版），2010，27（9）：1-1.
[4] 吕鹏，黄元亮，金卓昀等.光电互感器技术分析[J].软件，2010，31（10）：27-32.DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2010.10.006.
电子互感器合并单元研究 第4篇
随着计算机技术、微处理器技术和通信技术的快速发展,电力系统在综合自动化的道路上越走越快,各种数字化和智能化的一次二次设备层出不穷。电子式互感器生产成本低、抗干扰能力强、绝缘性能高、重量轻、体积小,并且和传统的电磁式互感器相比,不存在磁饱和与铁磁谐振的问题,比传统的电磁式互感器有较多的优点。因此,经过50多年的不断探索和发展,电子式电压互感器(Electronic Voltage Transformer,EVT)和电子式电流互感器(Electronic Current Transformer,ECT)以其绝对的优势在数字化变电站技术中使用越来越普遍。
电子式互感器的通信数据和采样值都是数字量,将模拟信号数字化,这是对传统的电磁式互感器的通信数据和采样值都是模拟电信号的质的改变。但是,如何让二次设备能够在同一时间接收到来自不同电子互感器的采样值呢?合并单元应运而生,为了进一步推动电子式互感器的发展,国际电工委员会给出了一个全新的物理设备定义—合并单元(Merging Unit,MU),合并单元的功能就是将从不同的电子互感器采集到的离散的数字信号同步整合成一个有序数据帧后发送给相应的二次设备,是一次设备和二次设备之间数字化信息传输的枢纽。合并单元在同一时刻实时接收电子互感器输出的数字采样值,然后对采样值进行实时验证和数据处理合并,最后通过光纤进行处理后的数据信息的传输,送至变电站间隔层,传输速率快,抗干扰能力强;由于采用了点对点或者点对多点的通信模式,合并单元它和二次设备的接线变得简单,大幅降低了安装成本,实现了数据共享。
2 电子式互感器合并单元设计标准
IEC61850标准是国际电工委员会制订的电力系统自动化领域唯一的全球通用标准。通过这一标准,使智能变电站的工程运作标准化,每一步的工程实施都变得规范、统一和透明。按照此标准建立的所有的智能变电站工程都可以通过系统配置文件了解整个变电站的结构和布局,对于智能化变电站发展具有重要的历史意义,并且该标准不但统一规范了变电站内整个系统的具体要求,还对数字变电站内智能电子设备彼此之间的通信行为进行了规范,对数字化变电站的建设发展具有重要意义,该标准具体组成如图1所示。
IEC61850与传统的变电站通信协议相比较,具有以下3个明显的优势。
(1)互操作性。互操作性在IEC61850中被表述为“来自同一厂家或不同厂家的智能装置(Intelligent Electronic Device,IED)之间交换信息和正确使用信息协同操作的能力”。信息的正确使用需要信息语义的支持,取决于相互之间对信息的理解,它需要共享过程数据并对通信实体进行规范。IEC61850-9标准的引入,按照标准内协议规定的数据帧格式进行组帧传送,使得合并单元具备了互操作性和互换性,降低了数据传输的误码率和丢包率。
(2)功能自由分布。在IEC61850协议中,对互操作的描述中常常有功能自由分布,在一定程度共享过程数据的基础上,跨越自动化装置边界的自动化功能或者子功能之间的协调配合是变电站自动化未来的发展趋势,虽然在IEC61850协议没有明确对此进行定义,但是对功能自由分布的支持是IEC61850针对自动化逻辑适应的重要体现。
(3)长期稳定性和可扩充性。IEC61850标准,抽象定义了通信服务,并且通过SCSM对具体的通信协议栈的应用进行了详细的规范,充分适应通信技术发展和变化的趋势和方向,这也是IEC61850标准优于传统通信协议的主要特点之一。并且,IEC61850标准面向变电站自动化的所有应用,全面支持信息扩充,具有广泛的适用性。
国际电工委员会在IEC60044-7/8协议标准中,提出了合并单元的概念。IEC61850-9在原有IEC60044-8的基础上深化了合并单元的概念,数据传输方式采用以太网传输模式,数据帧技术方面加入了状态量数据集,将合并单元作为IEC61850体系中的一个逻辑设备。IEC61850-9-2定义了两种通信方式,一种是目前使用比较多,占市场主流的方式,类似于IEC61850-9-1协议标准,直接映射到链路层,只要数据集的格式符合要求,可以根据实际的需求对数据集进行自由的增减,并且数据集不需要采用固定的格式,可是,这种通信方式不具备互操作性,在发展过程中,必将慢慢向IEC61850-9-2标准迈进;另一种方式则具有真正意义上的互操作性,这种方式通过TCP/IP协议,并映射到MMS上,此方式引入了复杂的网络通信协议,实现了数据传送的实时性,但是对硬件平台有较高的要求,真正具备互操作性,实现了资源的最大化融合,目前在国内提出的方案中使用最多的是IEC61850-9-1,由于实现难度较低,对硬件性能的要求也相对较低,但是因为不具备互操作性,功能上存在局限性,未来趋势的发展是向IEC61850-9-2协议标准过渡。
3 电子式互感器合并单元设计方案
合并单元的设计方案总体上可分为3个单元进行设计,分别是数据接收模块单元、数据处理模块单元和数据传输模块单元,采用的技术基本为现场可编逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)芯片技术、数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)芯片技术和微处理器(Advanced RISC Machines,ARM)技术,实现方案主要有以下几种。
(1)采用FPGA芯片技术和DSP芯片技术相结合的实现方案。FPGA芯片具有高速的同步时序并行处理能力,可以用来构建数据接收模块,DSP芯片具有强大的数据运算能力,可以用来构建数据处理模块,两者的优点相结合同时外挂Ethernet芯片用来实现数据帧的发送,这个方案结合了FPGA芯片和DSP芯片的优点,芯片功能明确,资源利用得到了最优发挥,目前,国内外的实用性产品中普遍采用这种技术配置,但是这种方案没有可以对全部的系统资源进行分配、调用和控制的操作系统,并且方案中一般采用IEC61850-9-1标准,直接映射到链路层,如果想用此方案来实现IEC61850-9-2标准中提到的基于TCP/IP协议并映射到串流媒体服务器(Microsoft Media Server,MMS)的方式,具有较大的实现难度。因此,这种方案适用于要求从链路层映射的通信协议,并且不需要操作系统的情况。
(2)采用FPGA芯片和ARM微处理器相结合的实现方案。和上一个方案相比,此方案用ARM微处理器代替DSP芯片,可以嵌入4µC/OS-II或者其他更高级的操作系统,与FPGA芯片和DSP芯片相结合的方案相比具有明显的优点,但也存在一些问题,一是这种方案的处理速度比不上DSP芯片,二是ARM微处理器的选择问题。要想获得较好的性能,比如采用ARM11处理器嵌入Windows CE操作系统,就会大大提高开发成本,但是采用低端的ARM嵌入µC/OS-II,又存在实时性不足的问题。
(3)单独采用FPGA芯片的实现方案。FPGA芯片开发周期短,开发费用低,具有丰富的I/O引脚,工作可靠性高,用户可以定制专门用途,采用FPGA芯片技术全硬件实现方案,可以充分利用FPGA芯片技术的各种优点,特别是FPGA芯片并行处理高效快速,这是一个非常大的优势。
电子互感器合并单元在数字化变电站中的使用具有非常重要的意义,是一次设备和二次设备之间进行信息传输的枢纽,在设备的成本和维护成本上都比传统的互感器具有更大的优势,它的应用使数字化变电站过程层数据数字化和共享化成为现实,对它的研究工作具有重要的意义。
摘要：随着数字化变电站的广泛应用,电子式互感器的使用将成为趋势,文章研究的合并单元就是连接电子互感器与二次设备的装置,并介绍了电子互感器合并单元的设计标准和实现方法,它对简化二次设备,提高系统的准确度和可靠性具有重要的意义。
关键词：IEC61850,标准电子互感器,合并单元
参考文献
[1]谢秋金.电子式互感器合并单元设计[D].保定:华北电力大学,2012.
[2]李玲,王亚庆,陈新华.数字化变电站合并单元软件设计与实现[D].成都:西南交通大学,2013.
光电传感器原理及应用的探讨论文 第5篇
光电传感器原理及应用的探讨论文
摘 要在科学技术高度发展的现代社会中，我们主要依靠检测技术获取、筛选和传输信息来实现自动控制。光电传感器本身具有反应快、精度高、可靠性高等优点，而且其在测量速度方面较快，所以在自动测量领域中得到了广泛的应用。本文主要针对光电传感器的原理以及其应用等相关问题进行简要探讨。
关键词光电效应;外光电效应;内光电效应;光电子
在社会和经济快速发展的背景下，信息技术获得了广泛的应用，并在现代社会中发挥着重要的作用。很多人在得到资料后通过一系列科学的分析，加工，处理，才能正确认识和把握规律，促进科技工艺的发展。通过对信息的自动采集和过滤，获取有效的控制信息，可以提升企业的竞争力。
光电子和微电子技术的有效结合，形成了新的光电传感信息技术，这一技术的应用，使精度更高，响应速度更快，是具有高可靠性和高精确度的光电传感器，并且能对表格进行更灵活的测量，在自动检测技术当中得到了非常广泛的应用。光电传感器的应用可以实现对光学部件的有效检测。
1 光电效应理论基础
光电效应分为外部和内部光电效应光电效应。外部光电效应指的是表面电子的某些对象的光照射发生逃逸的现象，也称为电光效应以外光电子效应。基于在光电元件上具有光电管，光电倍增管等光学效应的外部光电效应是指光对下一个对象造成影响时，原子的内部电子被释放，但这些电子不会发生表面的逃逸现象，而是仍保持在所述主体的内部，从而使所述被摄体的变化的电阻率或产生电动势。主要包括光敏电阻器，光电二极管，光电池等光电元件。在光电材料的光，电子材料吸收能量，如果电子的表面能吸收足够的，电子将克服逃逸的`束缚到空间，这是光电效应以外的外表面。
因此，如果光电子逃逸面中，w不同的材料具有不同的功函数，入射光具有一定的频率限制，并且仅当入射光的频率大于该频率的限制，将已光电子，否则力度不大，也不会有光电子，这个频率所具有的上限我们一般把它称为“红色极限”。而光在电效应当中，价带与正常情况下的那些半导体材料之间所具有的带隙能量间隔在导带之间，价带电子不会自发如果通过转换到导带，使得导电半导体材料少得多的导电，但是，以某种方式与价带电子提供能量，它可以被激发到导带，形成一个载体，增加的方式的导电性时，光对于入射光的能量的激励。例如，价带电子将吸收这些具有很高能量的光子，并将其过渡到导带之中，从而留下一个介质孔当中的价带，这样也可以形成一对可以用来导电的电子――空穴对。虽然没有相关的逃逸电子或光电子形成，但是显然有电气效应是由于被光电效应中所产生的光。
用于价带到导带的电子跃迁，是有一定限度的入射光的能量，即ey=hv0=eg(v0是低频率)或频率小时石克事件的光比V比波长大于或更小。同时会发生与入射光的能量之间的电子跃迁是比较小的，不能使从价带的光子转变为导带，该带也可以是在子级结构跃迁内的
房间。
2 应用
光电传感器可以检测已被广泛应用于光的变化量而引起的检测技术，工业自动化和智能控制等领域。在这里，我们来说明这种传感器中的应用生产和生活。
2.1 光隔离器
所谓光隔离器一般是由一个发光的二极管或者光电晶体管在同一封套的组合物进行安装而成的。发光二极管的光敏电阻器，发光二极管光电晶体管。其中发光二极管的光电晶体管是被最广泛使用的，经常在隔离一般信号中使用;发光的光敏可控硅电源隔离的驾驶情况下使用二极管;发光二极管或在直接驱动低功率负荷的场合中使用的达林顿复合管。
2.2 文具计量电路
2.3 条码扫描笔
当扫描条形码笔尖上移动，如果遇到黑线，所述发光二极管的光就会由黑线被吸收，光电晶体管不接收反射的光，高阻抗电流干旱，在横截面中比状态由于当由发光二极管发出的光，被反射到光电晶体管的基极的颜色空间满足，光电晶体管导通，整个条码扫描之后，条形码到光电晶体管的电脉冲信号，将信号放大，脉冲列的形成后成形，然后通过计算机处理，以完成的条形码信息的识别。
2.4 光电探纬器
光电探测器在纬纱织机用检测器，以确定是否断裂时在喷射纬纱效果的进步，红外发射红外光，经纬线反射的接收到的光电池，如果没有接收到电池中的光的反射信号，则纬纱已破裂，因此光电池的输出信号，经过随后的电路放大，脉冲整形，并控制机器的正常操作是打开还是关闭报警。
因为纬纱非常薄，并向前摆动，漫射光的生成，减弱了反射光的强度，并伴有背景的杂散光，因此要求塞具有高的灵敏度和分辨率，为此，利用红外线LED高电流小电源脉冲占空比，它将确保发光管的寿命，而且在瞬间射的光，以提高检测灵敏度。
3 结论
一些广泛运用的光电传感器仍等着我们去研究，去探索，如在太阳下，还不能很好看清手机和电脑的显示，那么我们就可以用它来更改手机的感光器件和屏幕亮度，同样的，空调调节，可以红外线检测自动调整到舒适的温度的身体，当温度过高或过低时，打开空调即可调整到人的舒适范围温度，由此可见，光电传感器将会使我们的生活更方便。
参考文献
[1]张梦欣.自动检测与传感器应用[M].中国劳动社会保障出版社.
光电传感器的新功能拓展 第6篇
实际工程应用中的滚轮式测距仪，通过记录滚轮转过的圈数来换算走过的距离，正满足这样的转换，这是教师讲解传感器应用的一个极好的例子。但测距仪造价昂贵，设计复杂，不够简明直观。
如果在实验室常规传感器上装一个简单小巧的滚轮配件，就能很好地演示这个原理，有利于提高学习效果。同时，也为传感器实验器材拓展了新功能，有创新价值。
一、计数仪器的选取
实验室带计数功能的仪器通常有两种，即数字计时器和分组用的光电传感器。
1.数字计时器
数字计时器一般与气垫导轨配套使用，但常不被采用，原因有二：一是使用220V交流电源，严重制约了它的使用范围;二是计时器光电门使用红外线，其发光二极管和光电二极管外观几乎完全一样，难以分辨。
2.光电传感器
我校有杭州九二无线电厂出品的“J2482型传感器应用实验器”，其中包括光电传感器。它的光电门用发光二极管发光，光敏电阻接收。采用6V直流电源，体积较小。由于它的使用范围较大，所以我选定使用这种。
光电传感器的计数方式是：物体通过光电门一次，计数就加“1”，并不断累积。但滚轮应如何设计，才能让传感器在它转动时计数，且该计数能反映它通过的距离？
二、制作滚轮配件
滚轮转动要实现计数和测距的功能，其设计最关键。我在设计时提出了三个方案，如图1所示。
1.方案一
用一个边缘带缺口的圆轮作为滚轮，缺口与光电门的发光二极管及光敏电阻正相对时就能实现计数。
如果滚轮始终保持一个方向转动，传感器的计数每增加“1”，就意味滚轮前进了一个周长的距离。但实际测距仪需适应包括野外等各种环境，如果滚轮边缘上的缺口被淤泥等堵塞，就无法正常工作。这个设计虽然能基本达到目的，但并不符合实际。
2.方案二
将边缘的小缺口向圆心靠近，让其变成滚轮上的小洞，就减少了被堵塞的可能。滚轮转动时，小洞的角速度与滚轮边缘某一点的角速度一致，所以实现的功能并没有改变。
但因为滚轮上只有一个小洞，意味着滚轮要转足一圈，计数器计数才增加“1”。把精确度定为1dm，周长就只能是1dm，这样的滚轮太小了。
3.方案三
在方案二的基础上加以改进，我决定在滚轮上多开几个小洞。
如果在滚轮上开4个小洞，让滚轮周长为4dm，半径约为6.4cm，滚轮面积较于在上面钻孔。滚轮转一圈是4dm，经过一个小孔是1dm，也就是计数每增加“1”，滚轮就前进1dm的距离。
最终，我确定的滚轮方案是半径为6.4cm的塑料圆盘（可订制），在上面钻5个孔，中心一个，周围4个呈十字分布，各距离中心2.5cm，每个孔的直径都为5mm（5mm是发光二极管等元件的大致直径）。
找一个废旧的木圆规，将圆规的一脚拆下后，正好适合装滚轮。如图2所示，在滚轮左侧的圆规上安装一个发光二极管，并串联一个R=200Ω的电阻;右测则安装一个光敏电阻Rg。发光二极管、光敏电阻、光电传感器与电源按照图3相连。
滚轮上4个小洞距圆心的距离相同。滚轮转动时，小洞如果到达二极管和光敏电阻的连线处，二极管的光就直射光敏电阻，使光敏电阻阻值变小，通过的电流变大。继续转动，小洞离开该位置时，光被挡住，光敏电阻阻值恢复正常，通过的电流变小，此时，传感计数器便在个位上增加“1”。当下一个小洞通过该位置时，滚轮就已经前进1dm，所以，增加“1”表示前进1dm。
测距时，滚轮应保持一个方向转动，并确定滚轮的初始位置，以避免出现偏差。我在滚轮上加了一道黄线，使用前，将滚轮转到黄线与手柄前侧平行处，按传感器上的清零键。测量时按箭头方向前进，保证测量的准确性。
三、创新点
滚轮式光电测距原理演示仪有以下优点。
1.效果明显，简易直观
在粤教版物理教材中，必修一的光电门、选修3-2的传感器都可使用本测距仪做演示，效果明显，原理简单，而且方便讲解。
2.拓展原器材功能，易于规模化
光电式互感器的研究与设计 第7篇
1 光电式互感器介绍
1.1 光电式互感器分类
光电式互感器一般分为无源型和有源型两种。无源型光电式互感器利用Faraday磁光效应测量电流,利用Pockels电光效应测量电压。无源型由于稳定性等原因暂时还没有办法进入实用化的阶段。有源型光电式互感器一般采用罗氏(Rogowski)线圈传感电流,串联感应分压或电容分压技术测量电压,具有暂态性能好、无磁饱和等优点,目前已经进入实用阶段[2]。
1.2 光电式互感器的结构
光电式互感器利用位于高压侧的采集器采集线路上的电流和电压信号,就地转换成数字信号经电光转换成光信号后通过光纤传送至位于低压侧的合并器。合并器收集位于同一间隔内的电压电流信号并按一定的标准格式传送给二次侧的保护、测量及控制设备使用。采集器与合并器之间没有电气的连接,数据通过光纤传至合并器,同时合并器通过光纤以激光供能的方式为采集器提供工作所需的电源。
光电式互感器示意图见图1。
2 高压侧数据采集器的组成
采集器的主要功能是采样线路上的模拟量并行发送给合并器。本设计采用罗氏线圈传感保护电流和低功率铁芯线圈(LPCT)传感测量电流。因为现阶段制造的罗氏线圈传感电流受工艺温度材料等因素影响较大,而采用不同线圈传感不同用处的电流可使光电式互感器具有较大的动态范围及较好的暂态特性的同时具有较高的测量准确度。一个采集器配置一个低功率铁芯线圈、两个罗氏线圈。采集模块1和采集模块2互为冗余配置。采集器结构图见图2。
采集器在正常情况下采用激光供电方式,位于低压侧的合并器通过光纤将电能传送到高压侧的采集器。同时需要设计母线取能方式作为激光供能方式的备用,取能线圈从线路中感应出电能经处理供采集器使用。从目前的激光供能设备来看,其供给的能量非常有限(约为100～300 mW),而大功率激光器更是不能长期工作于大功率状态,因此,高压侧采集模块的功耗应尽可能小,必须选择低功耗的器件。
3 合并器的功能与方案设计
合并器负责向间隔层的保护、测量和控制设备提供电压电流等原始的变电站运行信息。每个间隔内的合并器需要收集本间隔内的12路数据包括三相电压、三相保护电流、三相测量电流、零序电压、零序电流等。
3.1 三个功能模块
合并器的功能主要分为以下3个模块:
(1)数据接收模块:合并器接收同一间隔内的数据,包括来自高压侧采集器的FT3格式数据;其他合并器传来的FT3格式数据;来自传统互感器的电压和电流信号。数据接收模块接收并排序以上各种数据。
(2)数据处理模块:此模块将接收采集器的数据并进行解析、插值、滤波等处理。
(3)数据发送模块:串口发送功能模块用于将各路采样值数据进行组帧并发送给保护测控装置。此功能体现了IEC 60044和IEC 61850的主要区别。前者是基于FT3格式进行曼切斯特编码发送,由于传输速率比较慢(编码前为2.5 Mbit/s),限制了采样率,不适合对采样率要求较高的计量和差动保护;后者基于IEEE 8802-2和ISO/IEC 8802-3,即通过以太网进行发送,速度可达100 Mbit/s甚至更高,相对于IEC 60044,其应用更为广泛[1]。
3.2 合并器的方案设计
合并器需要并行处理多重任务,对外部连接的端口也很多,要具备运算能力和控制能力。通用的单片机和数字信号处理器都难以实时地完成如此多的任务,也很难提供如此多的I/O端口与外部连接。硬件框图见图3。
现场可编程门阵列(FPGA)具有高速、高可靠性的特点,可完成极其复杂的时序与组合逻辑电路功能,适用于高速、高密度的数字逻辑电路设计领域。FPGA是采用模块化设计思想,利用FPGA设计实现合并器时可将系统分成几个子模块,各子模块可并行执行。其丰富的I/O端口以及由用户定制用途的特点决定了用FPGA来完成合并器与采集器进行接口比较方便。ARM微处理器作为合并器的主CPU,完成合并单元中全部的控制和运算任务。ARM实现的功能为:ARM读取FPGA中的并行数据,经数字滤波、积分、插值计算后送入网络控制芯片的发送缓冲区以供以太网通信使用。
4 数据采集器与合并器间数据的传送
高压侧与低压侧之间使用光纤来传输数据。光纤具有强的绝缘能力,使高压侧与低压侧之间实现了完全的电隔离,同时,光纤具有极强的抗干扰能力,使得数据的传输不会受到任何电磁干扰。
由于光电式互感器高压侧采集器的供电通常用激光供能来供电,在选用低功耗运放和低功耗的A/D、CPU后,这部分电路的功耗通过实测和理论估算,小于70 mW。但光传输系统所需的电光转换器件LED所需的驱动电流较大,即使选用垂直腔表面发射激光(VCSEL)的LED,其驱动电流也需要8～10 mA。无疑LED是高压侧电路中功耗最大的器件,合理设计采集器和合并器间的数据传送方式,尽可能地减少LED的数目,将大大降低高压侧采集模块的功耗[3]。
电子互感器的高压采集器与合并器之间的数据传输IEC 60044-7/8和IEC 61850-9-1均没有定义。普遍采用类似异步串行通信的格式,如参考文献[3]定义的格式。但由于采用一根光纤传送一路通道的信号,这样做势必造成LED数目多,从而采集器功耗大的情况。
文中采用一根光纤传输两路通道的信号,这样可以减少高压侧采集器电子转换器件LED的数目,从而有效减少功耗。同时12路信号中来的电压量由于电压取用的习惯等原因会来自电压合并器,这样统一来自高压采集器和其他合并器的信号,可以简化信号的处理。
传输的帧格式按照IEC 60870-5-1规定的具有固定长度的FT3帧格式。
链接服务类是S1:发送/不要(辅助设备)应答,表示采集器将连续和周期性地发送数据。
每帧数据:启动字符(16位)+用户数据(5×8位)+校验序列(16位)。见表1。
传输规定:(1)线路空闲状态为二进制1。(2)每一帧开始的2个8位位组为启动字符。(3)5个用户数据位组跟随一个16位的校验序列。(4)校验序列由CRC16生成。(5)接收时校验信号的质量、启动字符、校验序列、帧长,如果检出一个差错,则舍弃此帧。
5 数据同步的处理
变电站同间隔的有功功率、无功功率、功率因数、电流电压相位、各序分量、线路电压与母线电压的同期等问题都依赖于对同步数据的测量计算。IEC 60044和IEC 61850-9标准规定,每间隔最多可有12路的数据经同一合并器处理后送出,这送出的12路测量必须是同步的[4,5]。IEC标准规定12路数据的定义如下。
解决同步采样有两种方式:脉冲同步法和插值同步法。基于GPS秒脉冲的同步采样方法简单,但秒脉冲存在丢失的危险。通过插值算法实现同步对采样率要求高,软硬件要求高,但不依赖GPS和秒脉冲传输系统。
目前国内变电站使用的保护、测控等智能电子设备(IED)的采样率一般为每周波24点、32点。两者之间并不相等,必须采用再采样的方法提取需要的点数。可以在合并器内即对输入的采样值信号通过插值的方法抽取成保护设备所需要的点数,这样就可将现在保护、测控装置的交流采样模块升级为采样值接收模块,而其他功能模块可以直接使用。
合并器采样频率和变电站保护、测控等智能设备常用的采样率之间大多为非整数倍关系,无法通过简单抽点方式来完成,为了满足系统时间响应的快速性,可以通过插值方法进行信号抽取。由于拉格朗日(Lagrange)插值计算方便,易于实现,可以优先采用。
合并器收到每路数据的每个采样值时记下相应的时刻,在进入循环的第一个起始参考时刻点上,每一路的数据在其前后都会有一个采样值,根据前后点与此时刻的时间差的比,利用插值可以得到一个“近似值”,所有路的数据“近似值”都是此参考时刻的。参考时刻按固定间隔时间后移,计算不断循环,于是输出端得到连续的“同步采样值”。
设线路上原始模拟信号为:
fs为合并器采样频率,Ts为相应的采样周期,采集器采样输入合并器的采样值信号序列为x(n)=x(nTs)。设变电站继电保护等二次设备需要的采样频率为fs′,Ts′为相应得采样周期,则其理想的采样序列应为y(n)=x(n Ts′)=x(nfs/fs′Ts)。由于nfs/fs′一般不是整数,因此可以在其相邻的两点进行线性插值。设u=nfs/fs′,并设m是小于nfs/fs′的最大整数,将y(n)在x(m)和x(m+1)间进行线性插值,其插值公式如下:
拉格朗日插值余项为:
利用拉格朗日插值余项估计每个插值点的插值误差为:
由式(1)得:
由式(4)得:
可见,当Ts越小,即合并器的采样频率越高时,误差越小;插值误差与再采样的频率fs′无关;原信号的幅值越大,插值的误差越大;原信号中的直流分量不会增加插值的误差;随着谐波次数的增加,其插值的误差以平方倍的关系增加。
应用插值法时,合并器仅单方向接收采集器发送的采样值,而利用数值插值计算得到同时刻测量值。数值法同步机制简单,但必然引来方法误差。不同的插值方法有不同的精度、计算量、可靠性与应用范围。对每周期采样点数N=12的情况下,基波最大采样值误差为3.42%;N=24基波最大采样值误差为0.86%;N=48基波最大采样值误差为0.21%。对于各种只关心基波分量的保护,N=24时精度已经足够。拉格朗日插值法对绝大多数只反应基频量的低压设备而言,方法误差可满足精度要求,但它不适用于要求包含高次谐波的电量的低压设备,如采样值差动保护、谐波分析设备等[6]。对于如需要高次谐波分量完成的保护来说,采取的插值方法还需进一步研究。
6 结语
光电式互感器是数字化变电站过程层的关键设备。文中分别研究了采集器和合并器。对于合并器给出了基于ARM和FPGA的方案,用ARM完成控制,FPGA完成数据处理,可以适应合并器数据处理量大、控制的任务多、实时性高等要求。另外合理设计了采集器与合并器之间数据传输方式,利用拉格朗日插值处理采样值同步的方法能较好地满足光电式互感器的要求。
参考文献
[1]殷志良,刘万顺,杨奇逊.一种基于FPGA技术的电子式互感器接口实现新方法[J].电力系统自动化,2004,28(14):93-99.
[2]黄德祥,孙志杰,陈应林.新型高电压测量装置-数字光电式串联感应分压器的研制[J].高压电器,2005,41(2):143-145.
[3]肖霞,徐雁,叶妙元,等.电子式互感器的光传输系统设计[J].高压电器,2006,42(2):146-148.
[4]IEC60044-8 Instrument Transformers-part 8 Electrical Current Transducers[S],2002.
[5]IEC61850-9-1 Communication Networks and:Systems in Substations-part 9-1:Special Communication Service Mapping-Sampled Value over Serial Undiectional Multidrop Point to Point Link[S],2003.
浅论电子式互感器及其应用 第8篇
1 传统电磁式互感器的缺点
传统互感器采用的是电磁耦合原理, 受到其结构原理的的制约, 传统互感器在测量和绝缘性能上都存在其固有的缺陷, 而这些缺陷使得传统互感器越来越不能适应电网智能化和数字化建设的需要, 主要表现在以下方面。
(1) 由于采用电磁耦合原理, 具有铁芯结构, 存在磁滞和磁饱和现象, 使得测量、保护动态范围变小, 通频带变窄, 易发生磁饱和, 造成保护拒动或者误动;易产生铁磁谐振, 损坏设备。
(2) 靠惰性气体绝缘, 绝缘结构复杂, 体形笨重, 造价高, 难维护。
(3) 采集的信号均为模拟量, 与电网的计量、保护及监控的智能化、数字化与网络化不配套。电磁干扰严重, 高频响应差, 新型的基于高频暂态分量的快速保护难以实现。
2 电子互感器的优点
(1) 没有铁芯, 无磁饱和现象, 提高了测量的准确性。电子式互感器取消了铁芯, 从而无磁滞和磁饱和现象, 动态范围大, 频率响应范围宽, 测量精度高。在同一互感器, 可兼顾测量绕组与保护绕组参数的要求, 促进保护新原理的研究[2]。
(2) ECT不会产生由于二次侧开路而造成的高压危险。电子式互感器不采用铁锌耦合原理, 无铁芯结构, 一次和二次侧之间仅通过光纤连接, 所以在二次绕组两端不会产生很高的电压危害人身安全。
(3) VCT不会产生危险铁磁谐振现象。由于不使用铁芯结构, 也就不会产生铁磁谐振而损害设备。
(4) 全面数字化。电子式互感器输出的是数字信号, 在传输过程中无附加误差, 变电站内设备间交换的所有信息, 包括电流量、电压量、开关量、设备状态和控制命令等全部数字化, 从而提高了电站的测量系统、控制系统和运行系统的准确度, 为电力系统的测量、保护的全面微机化、智能化和自动化铺平了道路[3]。
(5) 有较强的抗电磁干扰能力。传统变电站的户外互感器、开关和变压器等一次设备与室内的控制室的测量、继电保护和控制的二次设备之间, 以端子箱为中继, 通过大量的同轴电缆传送传统互感器的模拟信号和其他设备的电气传感信号。特别是传统互感器, 与多个设备连接时, 接线会很复杂, 往往显得纵横交错, 不可避免地发生电磁干扰。电子式互感器输出的是数字信号, 可以很方便地进行数据通信, 通过专门装置, 形成数据共享。这样既大大减少电缆的敷设用量, 又可以利用光纤优越的抗电磁干扰性能避免或极大地减轻电磁干扰的存在。在电站恶劣的电磁环境中, 光纤通信发挥出无与伦比的性能, 光纤代替电缆是数字化电站的一大主要特征。
(6) 安全。电子式互感器仅由电子电路和光纤系统构成, 绝缘结构简单, 没有因含油而产生的易燃、易爆炸等危险。
(7) 造价低。传统互感器采用铁芯结构, 绝缘使用SF6气体, 制造工序繁多, 工艺要求复杂, 耗材多。电压等级越高, 造价也随之上升。电子式互感器采用电子电路和光纤, 材料和绝缘结构较为简单, 性价比高, 特别是高电压等级的性价比优势更加显著。
(8) 由于无铁芯和改变了绝缘方式, 电子式互感器体积小、重量轻。
3 电子式互感器的分类
(1) 有源电子式互感器
在高压侧完成模拟量的数值采样, 然后利用光纤系统将数字信号传输到二次设备。电子式电流互感器多采用罗氏线圈原理, 电子式电压互感器多采用电阻分压器原理, 传感头部分有电源电路, 需要解决供电问题。
(2) 无源电子式互感器
利用Faraday磁光效应感应被测电流信号, 或利用Pockels电光效应感应被测电信号, 通过光纤系统传输传感信号。传感头部分没有电源电路, 无需考虑供电问题。但传感头的光学系统较为复杂, 易受环境影响, 调试困难, 稳定性不高, 是影响实用性的主要原因。
(3) 有源与无源电子式互感器的比较
有源电子式互感器目前有三个难题, 其一是电路供电技术, 其二是可靠性, 其三是可维护性。电源供电技术目前采用激光供电和微波供电。有源电子式互感器的安装调试简单, 运行不受环境因素影响。但有源电子式互感器的可靠性和可维护性都取决于其高压侧部分的电子电路, 是有源电子式互感器的应用瓶颈。
无源电子式互感器的难题是, 光学传感头的稳定性怎样才能不受环境如温度和振动的影响。
4 电子式互感器的基本原理
(1) 电子式电流互感器的基本原理
罗氏线圈原理由于不采用铁芯结构, 无磁饱和和铁磁谐振现象, 多为电子式电流互感器采用。当一次电流通过罗氏线圈时, 在罗氏线圈两端感应与一次电流成线性比例的电压信号, 经专门装置处理, 获得数字量信号, 并经光纤输出, 如图1所示。
(2) 电子式电压互感器原理
电子式电压互感器采用电阻分压原理。
电子式电压互感器采用电阻分压器, 如图2所示。其由高压 (一次) 侧电阻、低压侧电阻、过电压保护装置和屏蔽电盒组成。通过分压器, 按线性比例将高压 (一次) 转换成小电压信号。在低压输出端并联一个过电压保护装置, 防止在低压输出端开路时低压侧电压升高。屏蔽盒是用来改善电场分布状况和杂散电容的影响。也可采用电容 (阻容) 分压的原理制作电子式电压互感器。
二次电压值可设计并整定与微机保护或其它数字化设备接口相适应, 适合数字化控制系统发展的需要。由于采用电阻分压型式的设计, 线性度好, 准确度高, 兼顾性强, 满足测量与保护的要求。另外没有铁芯, 从而杜绝了发生铁磁谐振的危险。
5 电子式互感器的应用
(1) 与各种高压开关柜配套使用
由于电子式电流、电压互感器具有体积小、重量轻的特点, 可方便地置于已有的各种高压开关柜中, 将其用于新型开关柜的设计中, 可大大减小开关柜的尺寸, 减小设备的占地面积, 降低变电站的建设成本。
(2) 与户外高压真空断路器或隔离开关配套使用
采用电子式电流电压组合互感器嵌入高压真空断路器、分段器和重合器或隔离开关配套使用, 组合成新一代智能高压电器产品, 尤其是户外型敞开式组合电器的运用, 可减少设备占用的土地面积和投资费用。
(3) 电子式电流、电压互感器与微机测量保护装置成套使用, 组合成微机综合保护测量装置。该装置的电子式互感器与微机综合保护测量装置之间的接口, 在出厂前就已调试完成, 用户不再需要考虑两者接口的参数匹配。
6 电子式互感器的发展前景
综上所述, 就数字化变电站整体而言, 目前数字化发展程度相对落后的是电子式互感器的普及应用, 究其原因是由于其处于高低压或强弱电交汇处的特殊性造成的, 作为系统一次电量采集单元关键设备的电子式互感器已成为数字化变电站普及的瓶颈, 加速开发电子式互感器显得尤为迫切[4]。电子式互感器的发展将会极大地推进数字化变电站数字化、智能化和自动化发展水平, 保障电站与电网操作人员人身安全和设备安全。电子式互感器采用的是电子电路, 相对于采用铁磁耦合原理的电磁式互感器而言, 在使用中不存在磁损耗, 几乎不消耗能量, 节电效果十分显著, 能节约大量能源。电子式互感器可嵌入其它一次设备, 形成组合电器, 使得一次设备可靠性更高, 体积更小, 占地面积也更少。由于组合电器比分立的一次设备更紧凑, 运营和维护成本也会降低。节约能源与节约土地对节约资源有着重要的意义。
电子式互感器目前的发展状况正处于产业化发展的初期, 它作为数字化变电站发展相对滞后的关键设备, 其产业化前景极其广阔。
参考文献
[1]李九虎, 郑玉平, 古世东, 等电子式互感器在数字化变电站的应用[J].电力系统自动化, 2007 (7) :98-102.
[2]郭志忠.电子式互感器评述[J].电力系统保护与控制, 2008, 16 (8) :1-5.
[3]张贵新, 赵清姣, 罗承沐.电子式互感器的现状与发展前景[J].电力设备, 2006 (04) :112-113.
电子式互感器电磁兼容试验研究 第9篇
电力系统向大容量、特高压和智能化发展,电力设备要求数字化、智能化和高可靠性。目前电力系统中广泛应用常规电磁式电流、电压互感器或电容式电压互感器。因系统电压增高,使互感器的绝缘结构复杂、体积增加,造价也随之升高,而且电磁式互感器还存在磁饱和、铁磁谐振、动态范围小等缺点,难以满足电力系统应用的发展要求。而新型电子式互感器结构紧凑、体积小、不饱和及易于数字信号传输,能顺应智能电网的发展,特别是随着智能变电站的建设,电子式互感器在工程应用上的实践已显得尤其重要[1,2,3,4,5]。
电子式互感器在型式试验中按照GB/T20840.7—2007《电子式电压互感器》和GB/T 20840.8—2007《电子式电流互感器》要求进行了较完整和严格的电磁兼容(EMC)试验[6,7],但是含有电子元器件的电子式互感器在运行情况下直接接入高压回路或内置于一次主设备中,其运行环境的电磁干扰信号远远超过通用的电磁兼容试验标准,特别是在某些电磁暂态过程中,高频的电磁波引起的高压、高频大电流和地电位升高等问题将严重影响电子式互感器中电子元件的正常工作,可能造成其误报、死机甚至器件损坏,从而影响变电站安全运行。
1 变电站电磁环境
变电站的电磁环境是极其复杂的,绝大多数电磁干扰现象在变电站中均有发生,如低频的、高频的、传导的、辐射的、连续的或暂态的,以及静电放电等。变电站在正常运行过程中或发生故障时会产生电弧放电等强烈的电磁暂态过程,主要有以下情况:1)断路器分合变压器、电抗器、电容器、线路;2)隔离开关分合空母线、母线转换电流;3)接地开关分合线路感应电流、容性电流;4)系统短路故障;5)雷电放电。
上述情况会在变电站设备上产生以下电磁干扰:
(1)设备外部空间电弧放电辐射电磁波、电场耦合、磁场耦合,对电子设备、通信线路、裸露引线上的感应杂波数量级为mV到kV;
(2)在GIS设备内隔离开关或断路器分合产生的电弧放电,在密闭筒腔内激发的导行波或谐振波,数量级为mV到kV;
(3)在GIS设备内隔离开关或断路器分合产生的电弧放电,激发的容性暂态涌流导致壳体(地)电位跳升,数量级约为20 kV;
(4)一次设备和线路在电弧放电和雷电放电产生暂态高电压大电流通过互感器从一次传递到二次。
2 电子式互感器电磁干扰传播路径
2.1 电子式互感器的构成
电子式互感器主要由一次传感单元、采集器和合并单元3部分组成,见图1。采集器和合并单元需要外部供电,采集器供电方式为激光供能、高压取能线圈供能和地电位站用电源供电,合并单元供电方式为站用电源供电。
一次电流传感单元按工作原理分为罗氏线圈、低功耗线圈、磁光玻璃和光纤环4种方式;一次电压传感单元按工作原理分为电阻分压、电容分压、电感分压和光学分压4种方式。一次传感单元总体可分为电气传感元件和光学传感元件。电气传感元件中无电子元器件,承受暂态高电压和大电流能力强,基本不受电磁干扰影响,光学传感元件不受电磁干扰影响,所以一次传感单元不受电磁干扰影响或影响很小。
合并单元与采集器采用光纤连接,且一般安装在室内,与常规变电站二次设备运行环境相同,只要通过国标要求的通用电磁兼容试验,能够确保现场不受电磁干扰影响。
2.2 电子式互感器干扰传播途径
电子式互感器受电磁干扰影响最大的部分是采集器,所以着重分析采集器所承受的电磁干扰传导途径。电磁干扰以辐射和传导方式侵害设备,端口是电磁干扰传输的途径或界面。干扰现象的性质和程度与端口类型有关。辐射干扰出现在设备周围的媒体中,传导干扰出现在各种金属性媒体中。采集器有4个端口:信号输入端口、信号输出端口、电源输入端口、外壳端口。
2.2.1 采集器信号输入端口的干扰源
进入采集器信号输入端口的干扰途径有2种:一次传感器传导到二次端口和空间电磁场感应。一次传感元件为光学器件时,采用光纤连接,不会给二次端口传导电磁干扰信号。一次传感元件为电气元件时,采用电器信号连接,则会给二次端口传导电磁干扰信号,这种情况尤以罗氏线圈最为严重,本文以罗氏线圈电子式电流互感器为例分析电子式互感器采集器的电磁干扰。
罗氏线圈的基本功能是把磁场能转换为电能,其特点是线性变换,没有饱和及转换范围的限制,并具有良好的频率特性,这与电磁式互感器形成鲜明对照。电磁式互感器具有饱和及不能变换较高频率的磁场信号,对高频、大电流具有滤除作用。罗氏线圈可以线性变换高频大电流信号,当电流幅值为40kA、在电流频率为工频时罗氏线输出电压为1 V;而在电流频率为30 MHz时,罗氏线圈输出电压值为600 kV。这种变化对线圈绝缘和电子处理单元是一项严重考验。另外,线圈安装在一次设备上,二次导线回路与一次导线有一定量的电场耦合,高压的暂态电压由此传导到电子处理单元。
罗氏线圈与采集器之间的电气连接线是信号输入端口的另一个干扰途径,连接线会受到空间电弧辐射电磁波、电场耦合及磁场耦合引起的电磁干扰。
2.2.2 采集器电源端口的电磁干扰
电源端口引起的电磁干扰有电源线传导和空间电磁场感应。高电位安装时采集器电源来自两个方面:
(1)在传感头部件中,取能线圈直接从一次电流中提取电流,经转换、整流、滤波、稳压等提供采集器工作电源,耦合到取能线圈。
(2)通过合并器激光电源模件经光纤回路向采集器提供电源。
地电位安装时由变电站220 V交流或直流直接供电。
电源传导源的干扰因素主要有:依赖取能线圈获得电源时,浪涌干扰和罗氏线圈暂志过电压对电源系统影响极大;电源线受到空间电磁场辐射和耦合干扰;电源系统自身传导干扰;电源线构成地电位升、罗氏线圈干扰源的通路等。
2.2.3 采集器外壳端口的电磁干扰
外壳端口引起的电磁干扰主要有:高电位安装时外部强电场和磁场的影响;地电位安装时壳体地电位升高的影响。
3 电磁兼容试验分析
根据电磁环境对电子式互感器干扰的传播方式不同,电磁兼容试验主要可分为传导干扰试验和辐射干扰试验2种。
3.1 传导干扰试验
传导干扰是经导线、金属管道、公共接地阻抗等导电路径传播的干扰。只要有连接便可能传导电磁干扰,一般影响最大的是电源回路传导的干扰。工程实践表明,其中最易导致电子设备故障的是脉宽小于1μs的干扰脉冲以及持续时间大于10 ns的持续噪声。涉及到的主要试验为:电快速瞬变/脉冲群试验和冲击波(浪涌)抗扰度试验。
3.1.1 电快速瞬变/脉冲群试验
电快速瞬变/脉冲群是由电感性负载(如继电器、接触器等)在断开时,由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因在断开处产生的暂态干扰。当电感性负载多次重复开关,则脉冲群又会以相应的时间间隙多次重复出现。这种暂态干扰能量较小,一般不会引起设备的损坏,但由于其频谱分布较宽,所以会对电子、电气设备的正常工作产生影响。
快速瞬变脉冲群每个瞬变脉冲有5 ns上升时间、50 ns脉冲宽度、4 mJ能量。瞬变脉冲群的主要特点是上升时间快、持续时间短、能量低、重复频率高。当上述干扰经过装置时,将引起数字系统的位错、系统复位、内存错误以及死机等现象,就可能造成微处理器系统出错,成为装置误动、拒动的重要原因。试验的目的是检验电子式互感器在遭受这类暂态干扰影响时的性能。
3.1.2 浪涌抗扰度试验
浪涌呈脉冲状,其波前时间为数微秒,脉冲半峰值时间从几十微秒到几百微秒,脉冲幅度从几百伏到几万伏,或从几百安到上百千安,是一种持续时间长、能量较大的干扰。开关操作,例如电容器组的切换、晶闸管的通断、设备和系统对地短路和电弧故障、雷击等可以在电网或通信线上产生暂态过电压或过电流。通常将这种过电压或过电流称为浪涌。浪涌干扰可能会影响电子设备的工作,甚至会烧毁元件。试验的目的是检验电子式互感器对电网中操作和雷击(直接或间接)过电压引起单向性瞬变过程的浪涌冲击的抗扰度。
3.2 辐射干扰
辐射干扰近场表现为静电感应与电磁感应导致的干扰,远场则为通过辐射电磁波造成的干扰。所涉及到的试验有:工频磁场抗扰度试验、阻尼振荡磁场抗扰度试验、脉冲磁场抗扰度试验、无线电频率辐射电磁场抗扰度试验。
静电放电产生几十安培的纳秒级瞬态电流,通过复杂的路径经过设备流到大地。1 MHz衰减振荡波的上升时间为75 ns脉冲宽度,能量较大,每个瞬态波形持续时间大约为10μs。
工频磁场是由邻近的电力线路、变压器等在正常运行或故障条件下产生的;阻尼振荡磁场主要是由于在高压变电所中隔离开关分合高压母线所产生的;脉冲磁场则是由雷击建筑物和其他金属构架(包括天线杆、接地体和接地网)以及由低压、中压和高压电力系统中故障的起始暂态产生的,也可由高压变电所的断路器切合高压母线和高压线路产生;无线电频率辐射主要是由各种工业电磁源以及寄生辐射源产生的电磁波干扰。这些试验的目的是为了检验电子式互感器在各种磁场干扰下的运行情况。
3.3 国家标准
传导干扰与辐射干扰对于电子式互感器来说,是必须要通过的试验项目,《电子式电压互感器》和《电子式电流互感器》给出了电子式互感器在特定电磁环境中的电磁兼容性能要求,见表1。
《电子式电流互感器》电磁兼容参照IEC 61000通用电磁兼容系列标准,试验的目的是检验连接到供电网络、控制和通信网络中的电气、电子设备对传导干扰和辐射干扰的抗干扰能力,试验的选择取决于电磁干扰的类型、环境条件、对设备性能的要求以及经济因素等。
通过电子式互感器电磁干扰传播途径和干扰类型分析,经过变电站现场电磁环境测试,现场电磁环境实测数据远远高于电子式互感器国家标准要求,如电快速瞬变脉冲群抗扰度国标要求幅值最大为4kV,频率约10 MHz,现场测量幅值为20 kV以上,频率约为30 MHz。分析电子式互感器的特点及所处的变电站环境,认为电子式互感器国家标准引用电磁兼容通用标准试验结果很难满足电子式互感器现场安全运行要求。
4 结论
电子式互感器的安全稳定运行直接影响电力系统的安全稳定运行,应对其安全稳定性开展电磁兼容、现场环境防护、电子器件的可靠性等多方面的研究。解决电子式互感器电磁兼容问题需要尽快开展变电站暂态电磁环境仿真计算及现场实测,建立基础数据库,为二次设备电磁兼容的实验室和现场试验技术标准、方法和试验设备以及电子式互感器防护措施提供量化的依据。
参考文献
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[6]GB/T 20840.7—2007,电子式电压互感器[S].
电子式互感器输出接口及通讯研究 第10篇
互感器是为电力系统进行电能计量、测量、控制、保护等提供电流/电压信号的重要设备, 其精度及可靠性与电力系统的安全、稳定和经济运行密切相关, 是电力系统必不可少的设备。今年来, 随着电力生产、传输系统容量的增加以及电网运行电压等级的不断提高和变电站的数字化, 使得传统的电磁式互感器越来越不适应电力系统的发展要求, 而电子式互感器以其具有无铁芯、绝缘结构简单可靠、体积小、重量小、线性度好、动态范围大、实现了高低压彻底隔离、无饱和现象、输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口、无污染、无噪音、具有优越多环保性能等优点, 将成为传统电磁式互感器的理想替代品。目前, 国内外许多研究单位都在进行着电子式互感器的研制和制造。许多公司生产的电子式互感器已投入到挂网运行阶段。针对于挂网运行后统一的校准问题, 国际电工委员会正式颁布了标准IEC60044-7《电子式电压互感器》和IEC60044-8《电子式电流互感器》, 对电子式互感器的设计和校验给出了一系列的规范性要求。目前, 国内的电子式互感器的研究还处于不太成熟的阶段, 其输出信号还不一致, 输出接口多种多样, 通讯协议也不尽相同, 因此有必要对其输出有较清楚的了解。
2 电子式互感器的输出
2.1 VFC输出
VFC输出是将传统的电磁式互感器的二次模拟输出进行A/D转换, 得到与输出的模拟信号成正比的脉冲频率, 然后对其进行计数, 计数器的输出就是要转换的模拟量对应的数字量。
以VFC形式输出的互感器与传统的互感器相比具有以下几个优点:首先, V F C输出可以很方便的接入光电隔离器件, 实现了互感器与二次设备的完全隔离, 提高了传输系统的抗干扰能力;其次, 输出的VFC信号可为多个C P U共享, 可以对输出信号进行并行处理。由于它是在传统电磁式互感器的基础上, 对输出的模拟信号进行模数转换, 因此以VFC形式输出的互感器本身也具有磁饱和等现象, 并且它的输出形式也不符合国际电工委员会所规定的标准要求。
2.2 合并单元输出
合并单元是针对数字化输出的电子式互感器定义的, 其主要功能是对多路ECT/EVT输出的数字信号进行同步采集, 并按照标准[1]规定的格式发送给保护和测控设备。它与二次设备的接口是串行单向多路点对点连接, 是电子式互感器接口的重要组成部分。
2.2.1 数字电输出
合并单元到二次设备采用以铜线为基础的传输系统, 系统必须与EIA RS-485标准兼容。标准中建议使用D性9帧连接器, 屏蔽双绞线, 长度为250m, 也可使用带屏蔽的RJ-45连接器代替。
2.2.2 数字光输出
将合并单元的数字输出按一定要求进行电/光转换, 得到数字光输出。光输出和电输出在链路层和应用层的规定上是完全一致的, 只是物理层上的传输介质不同。光纤连接器可采用BFOC/2.5, 近距离传输可采用塑料光纤, 远距离传输可使用玻璃光纤。
3 实现数字输出的通讯技术
无论是光输出还是电输出, 都采用曼彻斯特码进行编码:首先传输MSB (最高位) , 通用帧的标准传输速率为2.5Mbit/s。标准[1]中规定, 实现合并单元到二次设备的通讯有两种技术方案。一种为采用IEC 61850-9-1所述的以太网通讯方案。另一种为标准[1]所描述的通讯方案。下面将分别介绍这两种方案。
3.1 IEC60044-8描述的通讯技术
采用同步脉冲或插值法, 从多个合并单元得到时间相干的一次电流和电压样本。链路层采用IEC60870-5-1的FT3格式。其优点是保持了良好的数据完整性, 其帧结构能保证多点网络同步数据的高速传输, 并且它的链接服务级别为S1:发送/不回答, 这使得数据的传输是连续和同期的, 不需要二次设备的任何认可和应答。帧的内容由启动字符、数据段和C R C验码组成。该通讯方法有利于技术上的实现, 其通讯协议也易于标准化, 对不同的一次电气连接灵活性高。
3.2 IEC 61850-9-1描述的通讯技术
合并单元与二次设备之间的数字输出通讯采用以太网传输。IEC61850[2]标准系列覆盖了电站的所有接口通讯。在这个标准体系中, 将变电站的通信体系分为3层:变电站层、间隔层、过程层。站级总线处理变电站层和间隔层的通讯, 过程级总线处理间隔层和过程层的通讯。
以太网通讯方法技术成熟、结构简单、成本低、对大量实时信息交换、数据集成和维护是一种较为理想的选择。
4 结束语
目前, 国内对电子式互感器的研究还局限于实验室和试运行阶段, 还没有实现产品化。随着国内相应标准的不断完善, 电子式互感器的输出最终会统一起来。可以预见, 电子式互感器在电力系统中的应用将是电力系统的发展方向, 这将对变电站自动化系统产生深远的影响。
参考文献
[1] IEC 60044-8. 电子式电流互感器[S].2002
光电子互感器论文 第11篇
许多原子由于它们特有的电子结构而具有像针那样有南北极的磁矩。当固体受到机械应力时，通常导致一定的变形能量储存在物体中。然而材料也会产生其他效应，而形成电场。元件受压时改变了磁畴的磁矩，其结果是沿着机械力作用的方向改变磁畴特性。这称为磁弹性效应，是传感器的基础。
当施加垂直力时，由于磁弹效应将产生磁各向异性现象，磁长随时间的变化将在线圈中感应出电压，因此，感应电压取决于次但特性，因为也就取决于所加的力。
１．振弦式传感器
目前振弦式传感器主要用语实验室的电子称和其他小称。在工业上曾用于台秤和皮带称。用质量对两根阵线预加负荷，当未知负荷通过角度的弦线施加负荷连接点时，左弦将受到增强的弦力作用，从而增大了该弦的固有频率。左右弦的频率之差正在与所施加的负荷，传感器的输出与将频率差变成脉冲计数对该脉冲串采样，即可直接读出重量值。绝大多数电子称重选用电阻应变式称重传感器。
应变计基本上是一个电阻，它由平行导线或金属箱作成一定的形状，并嵌入电环氧树脂材料作成的绝缘基底中。电阻变化正比于在弹性提上所施加的力，并被精确地测量出来。
热耗散是限制应变计允许通过电流的因素。其结果也就限制了称重传感器的不平衡电压输出。在传感器弹性体中进行有效的热耗散以获得稳定的测量结果是很必要的。
在电阻应变式称重传感器中，弹性提可以采用不同的形状。如圆环、柱式或弯曲梁筹。
2.电阻应变式称重传感器误差来源分析
电阻体积改变式称重传感器如同所有其他物理元件一样受到各种误差源的影响。零点平衡和灵敏度是误差的两个主要来源。其他的误差为：非线形，滞后，蠕度和不重复性。
在相同的外界条件下，重复测量同一负荷下称重传感器输出的最大差值。不重复度在任何传感器测量系统中都是一个即简单而又十分重要的因素。由于它是随即的因而无法补偿，多仪不能在测量系统中加以校准。因此不重复度是校准过程中的不利因素，也就限制了综合测量准确度的提高。
在称重系统中使用一个以上的传感器时，通常由于传感器之间负荷分配不匀，不可避免地引起称重误差。这成为“四角效应”。如果称重传感器具有相同的特性就可避免这种称重误差。
3.称重传感器的安装
正确的安装称量传感器显然是很重要的。如果传感器安装不正确，哪怕是质量最好的传感器和电子装置，也得不到正确的结果。
没有横向力作用于传感器是极其重要的，尤其对柱式传感器横向力将产生弯曲力矩，使贴在圆柱体表面的应变计感受应变。比应变量比所测量的垂直力产生的应变大得多。
目前一般常用以下三种方法来保护传感器免受横向力的作用：
（1）采用导向承压板，允许传感器在枢轴上转动。
（2）采用自动定位滚珠支座允许支承点横向位移。
（3）采用没有限往的自动定位支承安装系统。
4.静态称重系统中传感器的安装
静态称重包括在台架和平台上的称重，料斗和料槽的称重，以及吊车和运输车辆上的称重。
在设计称台或平台时必须考虑以下三个基本因素：
（1）称台或平台的位移。
（2）称重传感器的负荷分配。
（3）作用于称台或平台的外部水平力。
5.误差来源分析
电阻应变式称重传感器如同所有其他物理元件一样受到各种误差源的影响。零点平衡和灵敏度的温度效应是误差的两个主要来源。然而，在许多承重传感器中这些效应可以被补偿，因而剩下的效应可减少到初始值的10%左右。
6.对基础和承载器的要求
一个稳定的称重系统的先决条件是具有一个刚性支撑结构与（或）基础。同样，承载器（料箱，料斗，平台）上的连接法兰，拖架等必须具有相同的刚度。这样在满负荷时角位移保持最小。
如果放在同一结构上的容器数量超过一个，该结构必须设计成足够的刚度以防止由于大的饶曲引起互相干扰误差。
通常在称重传感器下面放一快厚基板以保证负荷均匀地传递到支撑结构，这一点对混凝土基础尤为重要，通常在基础上配置一快厚钢板，以便把称重传感器安装在上面。
对于具有4个或更多称重传感器的静态系统，传感器组合安装通常用垫片，以保证传感器均匀受载。
7.称台和平台
在设计称台或平台时必须考虑以下三个基本因素：
（1）称台或平台的位移。
（2）称重传感器的负荷配置。
（3）作用于称台或平台的外部水平力。
所有称台受载时将产生一定的位移。位移量采取称台是自由浮动的还是用限位元件紧固的，这两种情况都有不同的误差源。有可能降低系统的准确度。
在自由浮动称台中，称台本身的位移不会引起任何称重误差，但在称重时作用于称台的水平力使秤台碰状到自由浮动秤台四周的缓冲器，摩擦引起力的旁路，从而减少了称重传感器上的负荷。这种随即误差可能相当大，在称重过程中必须防止这种现象的出现。
所有称台受载时将产生一定的位移，位移量取决于称台是自由浮动的还是用限往元件紧固的，这两种情况都有不同的误差源，有可能降低系统的准确度。
电子式互感器性能检测及问题分析 第12篇
1 电子式互感器的性能检测
1.1 电磁兼容检测
电子式互感器复杂的运行环境大大提高了设备在运行过程中出现故障的比率, 但是电子式互感器作为检测电力系统安全运行的重要设备, 一旦发生故障, 会对电力运输带来不可预测的风险, 因此, 对电子式互感器进行有关的性能检测, 以此为根据在设备和技术上加以改进是非常有必要的。
在电子式互感器的电磁兼容实验中, 主要是针对产品的合并单元和一次采磁单元, 根据研究可知当电流通过导线会带动导线周围的磁场, 而磁场的大小与电流大小是成正比的, 因此可以通过实验对电子互感器进行检测, 然后根据国家标准对设备做出评断。
1.2 基本精确度检测
根据对电子互感器相应的稳定性要求, 需要在额定电流差异较大的两种或多种情况下分别测量电子式互感器在十分钟之内的数据误差, 保证其最大值和最小值只差不能超过对应点误差限值的一半[1]。
1.3 隔离开关分合检测
电子式互感器的隔离开关分合检测主要考察的是电子式互感器的抗电磁干扰能力是否符合标准, 隔离开关分合检测实验首先要先在实验室搭建隔离开关分合性小电流实验回路, 搭建完成后, 间电子式互感器接入实验回路中, 对现场隔离开关开合过程进行模拟, 考核在暂态强干扰情况下电子式互感器的电磁防护性能。
1.4 温度循环检测
电子式互感器的工作环境分为室内室外, 由于两种环境下的温度差异较大, 因此在对电子式互感器进行温度循环检测时, 要对两种环境下的电子式互感器都进行极端温度测验, 切断所有电源半小时, 然后再对相关通信设备的工作情况进行全面检测, 以此发现电子式互感器的故障原因[2]。
2 电子式互感器检测的问题分析与解决措施
2.1 电磁兼容实验中的产品问题分析与解决措施
根据对实验后的分析可以得知, 导致产品故障的主要原因是由于电子式互感器机箱内的屏蔽器设计存在漏洞, 导致电子式互感器在电流通过时受到了电磁辐射的干扰, 其次是因为设备电源的接口问题, 使设备最终无法承受来自设备电源端子的骚扰电压。
这些原因很有可能在设备使用过程中突然无法进行通信或者系统出现复位、信号波变形以及设备电源发生短路等现象, 这些现象的意外发生不仅会使设备受到严重损失, 还可能造成意外事故。
要解决这些问题, 可以提高电子式互感器机箱屏蔽器抗电磁干扰的能力, 尤其要注意的是电源、信号外接端口在设计过程中采取滤波接入设计, 以避免电子式互感器在应用过程中受到电磁辐射的干扰, 从而使电流顺利通过, 此外, 还可以针对电源口增加滤波器, 利用滤波器的吸收能力减少浪铺过程中回路产生的高频干扰信号, 对于设备的电路设计业可以根据实际情况做出合理的调整, 可以在敏感回路上安装屏蔽高频辐射干扰的设备, 或者设计新的设备接地方式, 解决由于电位压差和高频信号给设备带来的不良影响。另外, 借助对浪铺有抑制作用的避雷管瞬态抑制二极管防范浪铺骚扰产生的电磁干扰也是解决电子式互感器中电磁兼容问题的有效措施[3]。
2.2 短时电流测试实验中的产品问题分析与解决措施
短时电流测试导致采集器发生故障的主要原因是采集器的电源保护相关设计不合适、线圈磁路饱和倍数过高、传感器内部电阻不合适等。针对上述问题的解决措施可以通过改进磁路设计和电路的相关保护设计, 在电子式互感器制造时选取电阻容量较大的器件, 防止设备运行期间电阻被大电流击穿, 影响数据量。
2.3 隔离开关分合测试实验的问题分析与解决措施
隔离开关分合测试实验中出现的问题大致可以分为一下两种:一种是由于产品采集器或者合并单元在隔离开关分合过程中发生损坏, 从而导致电子式互感器无法继续完成相应的工作, 另一种则是在隔离开关分合过程中, 由于发生故障使得录波仪记录下来的合并单元输出波形出现异常尖峰脉冲, 导致保护准装置出现误动作。
从实验记录的数据图纸中可以看出, 在进行隔离开关分合测试过程中, 如果对产品的电路设计、隔离开关操作过程中的电磁干扰、过电压防护等一系列措施安排不当, 就会导致设备损坏, 从而引起输出异常, 因为隔离开关分合的重要性和特殊性, 针对上述问题, 一般可以要求相关电子式互感器制造商在制造过程中, 将实际产品的电磁兼容设计高于国家规定的电磁兼容A级性能, 以此满足实际应用中的需要, 从而保证电子式互感器可以充分发挥其自身的作用[4]。
2.4 温度循环测试实验中的产品问题分析与解决措施
通过对电子式互感器进行多次试验, 可以明显发现, 电子式互感器在稳定循环测试中存在的故障率较高, 其主要表现形式为采集器子啊极限温度下输出的信号误差严重超出国家相关规定标准, 甚至会出现采集器停止工作的现象。
经过分析研究发现, 导致设备发生温度差异的主要原因是设备气体泄漏、设备激光原件出现问题、设备电阻不稳定等。针对上述问题可以采用耐低温的密线圈和其他电子原件, 其所能承受的低温至少在四十摄氏度以下, 或者通过该进设备, 提高电子式互感器中激光组件的散热性能[5]。
3 结语
通过改进电子式互感器的相关性能, 可以有效加强供电系统的稳定性, 保证用户安全用电。
参考文献
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[4]范浩.分析电子式互感器检测中存在的问题及改进策略[J].通讯世界, 2015.