柔性rogowski线圈及其在电气设备绝缘在线监控之应用

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1、柔性Rogowski线圈及其在电气设备绝缘在线监控之应用第1章绪论1.1课题研究背景、目的及意义国家经济的发展离不开电力的发展，如今我国经济的迅猛发展，使电网电压等级及电力设备的容量不断提高，输变电设备的额定电流、电压要求做的越来越高，这就对测量设备提出了更高的要求，准确测量电流、电压的数值，对电能质量的正确分析，对电气设备在线监测中的故障做出准确判断显得尤其重要。电流互感器是电力系统中进行计量、测量和保护的重耍设备。传统的电磁式电流互感器自产生发展到如今已将近100多年，其结构与材料的逐渐完善使测量精度可达到千分之几，但随着电网等级及容量的提高传统的电磁式电流互感器已不能满足

2、测量要求，暴露出的缺陷如下:(1)易燃易爆，绝缘结构复杂。电磁式电流互感器测量的电压等级低时其绝缘釆用空气绝缘，测量电压等级稍高时采用气体绝缘和油纸绝缘，测量高电压时釆用串级绝缘，但电压等级要继续增加，电磁式电流互感器的体积及其造价会几倍的增加，而且在过电压电流的情况下易发生起火或爆炸的严重后果，所以电磁式电流互感器不能满足高电压测量中的绝缘考验；(2)测量范围小、频带窄，误差过大。因其含铁芯，易饱和使输出电流波形严重畸变：(3)二次侧不能开路，对工作人员安全无法保证；(4)输出的电流难以与上位机等微型设备进行连接，不能满足新一代电力系统自动化、智能化、数字化等进一步发展的需要

3、。1.2RogoentofMagMotiveForce的论文，通过麦克斯韦第一方程证明了位于线圈中心的导体通以电流会在线圈两端产生感应电压，此电压可用来测量磁场强度，而且测量的电压大小与线圈形状无关。而后有人根据全电流方程证明了Rogoamn通过改变罗氏线圈的结构而将罗氏线圈的测量准确度提高了一个数量级，才使得Rogos公司、法国施耐德电气公司、德国的RITZ互感器公司都在电子式电流互感器方面进行了一系列研究。目前，我国有清华大学、西安交通大学，华中科技大学等高校[6]，西安高压开关厂、南瑞继保电气有限公司，电力科学研究院和上海互感器厂、沈阳变压器制造有限公司、武汉高压研究所等

4、研究机构在从事电子式互感器的研究工作，并已生产出多种样机，但绝大多数仍处于实验或者试运行状态。较国际水平相比我国对电流互感器的幵发与设计应用相对落后，近些年也取得了比较好成就果。山东电网，武汉大学等研制的电流互感器挂网运行成功且波形及测量数据较理想。0前，Rogowski线圈按结构主要分为[7]:(1)烧性Rogowski线圈；（2)刚性Rogowski线圈（3)平板式PCB板型Rogowski线圈；（4)组合式PCB板型Rogowski线圈。第2章Rogowski线圈的工作机理及关键问题2.1Rogowski的工作原理Rogowski线圈是缠绕在横截面均匀的非磁性骨架上，线圈

5、均匀分布在骨架上，被测导体穿过线圈中心，当被测导体通过变化的电流时就会在线圈周围产生变化的磁场，此时线圈两端会产生感应电动势[8]，Rogowski线圈是通过感应被测导体周围磁场的变化来检测电流，感应出正比于被测电流的信号，其不消耗一次侧的功率，使用起来简单，方便实现计量和保护，且有着测量范围大、频带宽、绝缘性能好和无饱和问题等优点而被广泛应用。本章主要内容为：介绍Rogowski线圈的工作原理，基本结构构成，挠性骨架材料及绕线的选取，通过数学模型的分析解析影响Rogowski线圈测量准确度的因素，并分析了Rogowski线圈的两种工作状态。2.2接性Rogowski线圈材料的

6、选择挠性Rogowski线圈的骨架材料与绕线材料对其制作工艺与测量性能有很大的影响，骨架材料要求有良好的支撑与绝缘性能，绕线材料要求有抗拉性与柔韧性等。骨架的作用是支撑和绝缘，由Rogowski线圈的工作原理可知骨架的尺寸选择对测量有很大的影响，对于骨架主要考验的是温度和湿度对其产生的影响，所以骨架材料要求有良好的膨胀系数，机械性能，绝缘性能，工作温度稳定性等,综合考虑，一般选择硅橡胶电缆作为线圈骨架，首先硅橡胶具有良好的憎水性如防潮、防水等，较好的绝缘性能抗电晕、电火花和抗电弧等，机械性能尤其是在抗张强度、相对伸长能力和撕裂强度和柔韧性方面性能比较优越，可以制作成任意形状，便

7、于安装，而且电缆线芯可作为回线使用，能够减少外界干扰。绕线的材料选择对Rogowski线圈的制作工艺和测量准确度有着极为重要的影响，其选择应遵循以下三点:电气性能：合适的电导率，良好的绝缘性，并有稳定和足够的绝缘电阻和击穿电压是选择绕线材料的依据。力学特性线圈设计时，根据骨架的形状和内径，应选择柔软的绕线，材质过硬会使卷绕不紧密；而太软容易拉伸过度，以致线径变细，电阻增大，甚至断裂。耐温特性：线圈绕制好后外面要用热缩管封装，在进行热缩时，温度可达300°C，因此绕线材料要求在较短的时