电子式电流互感器应用和原理

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1、电子式电流互感器应用和原理　　【摘要】阐述了电子式电流互感器的特点及未来发展趋势，分析了电子式电流互感器的工作原理，并给出了实验数据。【关键词】电子式；电流互感器；Rogowski线圈；A/D转换中图分类号：TM45文献标识码：A文章编号：正文：1前言7电流电压互感器是电力系统中不可缺少的重要设备，其作用是按比例将输电线路上的高电压和大电流降到可以用仪表直接测量的标准数值，以便用仪表直接进行测量。目前，电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器，它的工作原理和变压器类似，这种互感器自身存在不少缺陷，而随着电力系统的传输容量越来越大，电压等级越来越高，传统的电磁式电流互感器因其传感原

2、理而出现不可克服的问题，为适应电力系统的快速发展，有必要研制利用其它传感原理的电流互感器。电子式电流电压互感器（ECT）采用新型传感原理，利用近年来发展起来的光通信及微电子技术，能有效地克服传统电力互感器的缺陷，同时能以光数字信号输出，为电力系统的安全运行、节约成本、优化二次设备提供了坚实的基础。以电子式互感器和光纤通讯网为基础构成的数字化变电站已成为电力自动化技术发展最有前景的方向之一。2发展趋势电子式电流互感器分为有源式和无源式两大类。无源式：传感头采用磁光晶体或光纤，没有电源供电的光电电流、电压测量装置。这种互感器利用光学元件作为传感器，光纤既是信号传输通道，有时又直接作

3、为传感元件。无源式电子式互感器的种类很多，所利用的物理效应也很多。如Pockels效应、Kerr效应、逆压电效应、磁致伸缩效应、Farady磁光效应、电热效应等类型。7有源式：顾名思义就是传感头采用电子器件，一次侧需提供电源，是通过一次侧的采样传感器对电流、电压信号取样，利用有源器件调制技术，以光纤作为信号通道，把一次侧转换的光信号传送到地面进行信号处理，还原得到被测信号。这种互感器的特点是：利用光纤系统提供的高绝缘性、抗电磁干扰强的优点，显著的降低了电流互感器的制造成本。减少了体积和重量，充分发挥了被电力工业界广泛接受的常规电流测量装置的优势，同时还避免了光学传感头光路的复杂

4、性及对温度、外界振动敏感等技术难点。有源式电子式电流互感器采用Rogowski线圈，采用的高压平台传感头部分具有需电源供电的电子电路，在一次平台上完成模拟量的数值采样(即远端模块)，利用光纤传输将数字信号传送到二次的保护、测控和计量系统。有源式电流互感器采用的是传统的电阻、电容等器件，优点在于采样精确度比较高，同无源光电互感器相比，在结构上更加简单，也比较容易和计算机实现直接通信，这些特点决定了它在实用化道路上的优势。3电子式电流互感器的设计思想3.1基本原理电子式电流互感器共分四个模块传感头、光纤传输、信号接收单元、电子式互感器校验仪，而传感头又是由Rogowski线圈、小信

5、号铁芯CT、A/D采样及温度补偿、电能供应四个部分组成。小信号铁芯CT根据国家标准GB1208－1997对电流互感器的规定，对于测量通道，应保证在小于1.2倍额定电流的情况下能够实现正常测量，误差在规定的范围之内；铁芯采用硅钢片或超微晶合金材料，环形穿心结构，没有气隙、漏磁少。A/D转换电路是整个传感头的核心部分，它的要求是A/D转换器件功耗小、采样率足够高；线圈输出的电流为正弦波，因此A/D转换器件要具有双极性输入，串行输出；采用时分复用方式传送下行信号。7高电位侧的电源供应问题现阶段共有四种供电方式：特制CT线圈从母线采电的供能方式；激光供能方式；蓄电池或太阳能电池供能方式

6、；超声电源供能方式。基于Rogowski线圈的电子式电流互感器主体是一个空心线圈，待测的母线电流从线圈中心流过，在线圈中产生感应电势。由于线圈中没有铁芯，其输出的电压值很小，可以直接输入微机系统，这样就形成了集数据采集、实时处理系统于一体，经由光纤输出数字信号的电子式电流互感器。其主要功能是，在高压侧利用Rogowski线圈测量母线的电流信号，将线圈输出的二次电压信号经过数据采集系统采样调整后，通过光纤传输到低压侧的合并单元进行数据处理，然后发送到二次保护控制设备。一次转换器，通常要实现如下功能：信号预处理和ADC转换；将转化后的数字信号，通过光纤发送到二次转换器；接收二次转化

7、器送来的功率激光并转换为直流电压，作为一次转换器的电源；传输系统，包括功率光纤和信号光纤。原理图如下所示ECT原理框图3.2Rogowski线圈介绍7Rogowski线圈(罗氏线圈)又叫电流测量线圈、微分电流传感器，是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。输出信号是电流对时间的微分，通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。该线圈具有电流可实时测量、响应速度快、不会饱和、几乎没有相位误差的特点，故其可应用于继电保护，可控硅整流，变频调速，电阻焊等信号严重畸变以及电炉、