（安徽南瑞继远电网技术有限公司 安徽合肥 230088）
摘要：高精度数据采集系统是电子式电流互感器核心组成部分。本设计基于无源支柱式互感器，采集装置放置于低压侧，便于维护和更换。在对电子式互感器的基本测量原理进行研究后，实现了将FPGA即现场可编程门阵列技术应用到电子式电流互感器数据采集系统的设计中。本文列出了控制程序流程图、并试验结果进行了分析。输出的数字信号符合IEC61850-9-2标准。经过实际试验，本系统实现了实时采集数据，测量精度达到了0.2S级。具有功耗低，响应迅速以及良好的电磁兼容性。
引言：
按照国家电网建设中长期发展规划，要求开发能长期对电力系统运行状态进行自动监测、诊断和保护的一次设备。传统的电磁式互感器难以直接完成对电流电压信息进行数字化处理的要求，阻碍了电力系统自动化向更高水平的发展，因此寻求一种能与数字化网络配套使用的新型互感器成为智能电网安全高效运行的迫切需要。作为传统电磁式互感器理想换代产品，电子式互感器将给电力测量和保护领域带来革命性变革，并全面提升电网的智能化水平。本文提出了一种高精度的数据采集系统，保证了数据采集的实时性和整个系统的低功耗性。该系统的设计是基于无源支柱式电子式互感器，采集装置放在低压侧，便于安装及维护，可以提高供电可靠性和电子回路的抗干扰性。
1测量原理
1.1低功率线圈测量原理
选择性能优良的传感头是提高精度指标的重要措施。随着我国磁性材料制造工艺的不断进步，非晶合金已经得到广泛的应用，它除了保留传统铁芯传感器抗干扰、强信号、高稳定、高精度的一系列优点外，磁导率、频响、涡损等特性都有较大提高。基于以上考虑，采用非晶合金为材料的低功率线圈作为传感头。
图1是电子式电流互感器利用LPCT低功率线圈测量电流的原理图，低功率线圈上连接着取样电阻，二次电流在取样电阻上的压降与一次电流成比列。
电子式电流互感器高精度采集系统如图2所示。图中包含了采集系统的核心功能A/D转换及光电转换。采用16位A/D转换器，将采集的模拟信号转换为数字信号。其中FPGA负责A/D转换器所需的控制信号，并将数字信号通过硬件上的光电转换接口发送出去。
2硬件设计方案
2.1主控芯片的选择
FPGA即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等优点，可实现较大规模的电路。与其它ASIC相比，它又具有开发周期短、设计成本低、工具先进、质量稳定以及可实时在线检验等优点件。同时又具备丰富的逻辑单元、接口及布线资源。
2.2A/D芯片的选择
A/D芯片（数模转换器）的性能直接影响到测量的准确度和系统响应时间。选用ADI公司的A/D转换器AD7884。AD7884是双极性输入的16位逐次逼近型A/D转换器，其范围可以是±5V或者±3V。转换速率为166千次/秒，工作温度范围为-40~85℃，转换时间为6µs，最大线性误差约为0.006%，功耗小于325Mw，能够满足电子式电流互感器采样精度要求。
2.3光电转换电路
E/O转换电路用于信号光纤传输，实现信号的电/光转换。E/O转换电路由光发送器和驱动电路组成。驱动电路将FPGA输出的数字电压信号转变为数字电流信号，光发送器将数字电流信号转换为光脉冲信号。本设计中的光发送器选用发光二极管LED型光发送器HFBR-2412T。它内含一个高效光功率激励的铝砷化镓光发射器，PIN光检测接受器，内含低燥声跨阻预放大器、最高数据率高达175MBd、最长传输距离达4km、工作温度范围宽-40～+85℃。
3软件设计
为便于系统开发，软件采用了模块化的设计，提高了软件的可移植性。采集系统通电后，首先进行系统初始化，包括中断以及系统时钟等方面的初始化。初始化完成之后，对中断使能端口进行持续扫描，如果发现有中断产生，则进行A/D转换，把模拟信号转换为数字信号。A/D转换完成之后，按照IEC61850-9-2规约的要求，对数据进行编码组帧处理，并把数字信号转换为光信号，再通过光纤发送出去。若没有发生中断，则清除相关中断标志位，等待中断。数据采集软件过程如下图3所示。
表1电子式电流互感器测量级准确度试验记录
由表1表明，样机的比差和角差达到了IEC标准所规定的测量级0.2S级的要求。
5结论
本文使用基于FPGA以及数模转换技术的数据采集系统的设计方法，并采纳了现阶段各种电子式互感器采集系统技术优点，在采用无源支柱式电子式互感器的方案基础上，设计了电子式电流互感器高精度数据采集装置。该采集系统速度快、效率高，可以满足电子是互感器现场数据的采集需求。
参考文献：
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论文作者:孙明利1,梁雯2,马玲官3,李强4
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/18
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