电子式电流互感器rogowski线圈传感头的分析与设计

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1、硕士学位论文第1章绪论互感器是电力系统中能量计量和继电保护的重要设备，其精度和可靠性对于电力系统的安全和经济运行起着至关重要的作用。通常的测量和保护数据不能直接从高电压、大电流上获取，只能通过互感器将一次侧的高电压、大电流按照一定的比例转换成低电压、小电流来获取。这样可以使测量回路与高电压电网隔离，保证二次设备和工作人员的安全。互感器作为一种特殊的变压器，它与一般的变压器有着类似之处，但也有其自身的特殊之处。按照测量参数的不同，互感器可以分为两大类：一是测量电压用的电压互感器(voltagetransformer)；二是测量电

2、流用的电流互感器(currenttransformer)。电压、电流互感器分别是将一次侧的高电压、大电流变换成二次侧的低电压、小电流以供给测量仪器、仪表、继电保护和其他电气设备的电器。本文所要论述的主要是电流互感器。1．1电子式电流互感器的研究背景与意义1．1．1电磁式电流互感器的缺点目前，在电力系统中使用的电流互感器绝大部分都是电磁式的，电磁式电流互感器是基于电磁感应原理制成的，其原理与变压器的原理相同，是由笨重的铁心和一、二次绕组构成的。当一次绕组中有电流通过时，在铁心中会引起励磁磁通，二次绕组中便感应出感应电动势，在回路

3、中产生电流。根据不同的电压等级要求，一、二次侧的绕组比值不同，得到不同等级的电压。电磁式电流互感器在电力系统中已经应用了一个多世纪了，其原理简单、制造技术成熟、输出容量大、加上运行稳定可靠，适合长期运行而被广泛运用。随着电力系统的不断发展，继电保护、电气设备自动化程度的提高；电网电压等级的不断提高，电磁式电流互感器因其结构和固有的传感机理导致的缺点越来越多，越来越难以满足电力系统的发展要求了。电磁式电流互感器的主要缺点有【1】【2】：1．绝缘技术要求复杂，易燃易爆。目前，电磁式电流互感器的绝缘方式主要有：①电压等级比较低的情况

4、下，直接采用空气绝缘；②在电压等级比较高的情况下，采用充气绝缘和油纸绝缘方法；⑤在高电压的情况下采用串级绝缘。但是，随着电压等级的进一步提高，电磁式电流互感器的绝缘要求越来越复杂，体积也越来越大，其成本随着电压等级的升高而成几次方的增长。而且这种绝缘方式在过电压电流的情况下易导致起火或爆炸等严重后果。对于1200KV及以上等级的电子式电流互感器RogowsE线圈传感头的研究与设计电压，这些绝缘方式已经不能满足要求了。2．动态范围小，频带窄，误差大。电磁式电流互感器都带有铁心，随着电网电压的不断提升，系统中的额定电流、电压都很大

5、。在非周期性电流的影响下，铁心会饱和，导致励磁不能正确反映电流的增加，会引起很大的误差，限制了其测量范围。而在故障电流等急剧变化的电流之下，如果铁心中有剩磁通，更会引起输出电流严重畸变，甚至会造成严重后果。3．成本高昂。由于其绝缘方法的复杂，体积的巨大，以及为了减小误差所需的复杂而昂贵的保护装置，使其成本剧增。另外，因体积的巨大，其运输困难和费用亦相应增加。4．对二次侧要求严格。主要有：①二次侧负荷不能开路，否则会导致高电压，对设备或人员造成伤害；②对负荷要求严格，若二次侧负荷过大，测量误差就会增大，准确度会下降。5．不能与数

6、字电路直接连接，难于实现产品智能化。由于传统的电磁式电流互感器输出比较大，而现在电力系统中以微机为基础的数字保护装置与监控装置等不再需要大功率的输入，因此，它已经不适应智能化的要求了。另外，电磁式电流互感器还有易受电磁干扰、维护工作量大、漏油污染环境等缺点。1．1．2光电式电子电流互感器的发展与优点针对电磁式电流互感器的诸多缺点，人们开始寻找新型产品以代替电磁式电流互感器。20世纪60年代出现的半导体集成电路技术和70年代出现的光纤传输技术，以及随着微机保护、电网运行与监视系统等的运用，互感器不再需要高功率输出，为新型光电式电

7、子电流互感器(OCT)的出现铺平了道路，它能很好地满足大电网电力系统测量、计量和保护等要求【3】【4】[5】61。由互感器的传感头有无电源，可以把光电式电子电流互感器分为无源光电电子电流互感器和有源光电电子电流互感器。目前，它们最具有代表性和发展前途的分别是全光纤式电子电流互感器(MOCT)和混合式光电电子电流互感器(HOCT)．㈢全光式光电电子电流互感器(MOCT)全光式光电电子电流互感器(MOCT)因其传感头不需要外电源供电而又被称为无源型电流互感器。其原理主要是利用法拉第(Faraday)磁光效应。利用法拉第磁光效应实现

8、电流传感器有多种形式，它们包括：全光纤式、光电混合式和块状玻璃式等。全光纤式传感器是将一根单模光纤绕在被测导体上，激光器发出的激光经过起偏器变为线偏振光，再由显微物镜耦合进光纤中，可忽略光纤的双折射，对射出的线偏振光进行测量，可由线偏振光旋转的角度推算出所测导线中电流的大小。