基于空心线圈的电子式电流互感器设计

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1、2013届毕业生毕业设计说明书题目:基于空心线圈的电子式电流互感器设计学院名称：电气工程学院班级：xxx学生姓名：xxx学号：xxx指导教师：xxx教师职称：xxx2013年05月15日25目次引言11电子式电流互感器概述21.1电子式电流互感器的研究背景和意义21.2国内外研究现状31.3本课题研究的目的42系统方案设计52.1系统方案论证52.2课题方案设计53电子式电流互感器传感头介绍73.1Rogowski线圈的结构及其工作原理73.2计算Rogowski线圈的互感系数83.3Rogowski线圈两种工作状

2、态94高压端电路和供电模块124.1积分电路124.2滤波电路144.3A/D转换电路154.4电源电路184.5光纤收发模块205低压端电路21总结22致谢23参考文献24附录：2625引言随着电力系统的电压等级不断提高，对测量仪器的要求也越来越高，提高测量仪器的测量精度有利于电力系统安全和经济地运行。目前广泛使用的电流互感器是传统的电磁式电流互感器，但由于其本身存在缺点，人们不得不研究开发一种新型的互感器来代替它，在这个背景下，一种新型的电流互感器——电子式电流互感器随之兴起，它满足了目前电力系统中对电网电流的

3、测量的要求，克服了传统的电磁式电流互感器的缺点，有广阔的发展空间。本文设计的电子式电流互感器采用了Rogowski线圈、89C51单片机、MAX197A/D转换芯片为主要部分。通过Rogowski线圈对电网中的电流进行采样，实时的分析和处理采样电流，将母线电流的实际状况显示出来，然后把信息反馈到控制室，如果电流出现异常，控制室向继电保护发出保护命令，保证电力系统的正常运行。251电子式电流互感器概述1.1电子式电流互感器的研究背景和意义随着电力系统进入以大机组、大电厂、大电网、超高压、自动化为主的新时期，智能化电网

4、技术兴起并得到了发展。这种新技术对电力系统中的传感器提出了“传输网络化、测量线性化、信号数字化”的新要求，同时，数字化功率计量、计算机继电保护装置的广泛应用，对电压、电流互感器技术及其产品向小型化和低功耗方向发展成为可能。目前，国内外的输变电设备电压都达到了1000KV，系统的短路电流也跟着提高，测量高电压、大电流对电力系统的安全运行及经济运行有重大的意义，准确的测量电网中的电压、电流对电能测量、系统检测诊断、继电保护及电力系统分析极为重要。目前，电网中常用的电流互感器是传统的电磁式电流互感器，虽然它有长期的运行经

5、验，且技术成熟，但因它由铁芯和线圈构成，使用中存在很多问题，主要有以下几点：(1)绝缘难度较大，为了提高绝缘强度适应500KV以上的电网，而提高了互感器的体积、质量；(2)动态范围小，由于互感器内部使用了铁芯，当被测电流较大时，容易出现磁饱和现象，从而导致互感器的测量不精准，使二次保护不能保证在故障情况下动作。(3)互感器输出信号为模拟信号，输送的二次侧需要电缆作为媒介，还需要设备将其转换成数字信号输出；(4)二次侧不能开路，由电磁感应原理可知，开路后二次侧两端会产生高压，对人和其它设备产生危险；(5)易产生铁磁谐

6、振。上述原因使得传统的电磁式电流互感器面临着巨大挑战。而电子式电流互感器克服了电磁式电流互感器的缺点，其有以下优点：(1)传感头使用的是线圈，没有了铁芯所造成的缺点，绝缘性能好，体积小、重量轻、造价低。25(2)良好的线性度，不存在磁饱和现象，其动态响应范围大。(3)通过光电转换，转换成光信号，由光纤传输至二次侧设备接口，输出信号可以是数字信号也可以为模拟信号。(4)不存在铁磁谐振现象，不干扰影响环境和设备。(5)无充油，二次侧没有开路的危险，利于维护和维修。综上所述，电子式互感器没有传统电磁式电流互感器的缺点，适

7、合当前电网的需要，有广阔的发展和应用空间。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状为了适应现在电网的高速发展，传统的电磁式电流互感器已不能满足电网的需求，从20世纪80年代，人们开始对新型的电流互感器进行研究、创新。美国主要研究的是块状结构的磁光式电流互感器，并进行过挂网运行试验。在电流互感器发展的几十年里，日本及西欧的几个国家也在这种电流互感器上进行了大量的研究，但是由于磁光式电流互感器本身存在的缺点（制造难度大、受外界影响大），以至于它不易于大规模的工业生产，所以没有推广。磁光式电流互感器没有得到推广，加拿大

8、的NxtPhase公司向另一种电流互感器进行了研发，他们利用激光陀螺中的研究成果，成功的研制了全光纤式电流互感器，且此种电流互感器的准确等级达到了0.2级，并生产出了系列的产品。该产品已在多个国家挂网运行。全光纤式电流互感器有巨大的研究价值和市场空间，大部分国家都加大了对它的研究力度。20世纪90年代，美国ABB公司成功研制出了有源式的电子式电流互感器，为电