電子式互感器

電子式互感器概述電子式互感器概述電子式互感器按原理劃分：

按用途分：1、測(cè)量用將任一數(shù)值的交流電流轉(zhuǎn)換為用標(biāo)準(zhǔn)儀器可以直接測(cè)量的交流電流值；使高壓回路與維護(hù)人員可以接近的測(cè)量?jī)x表絕緣。2、保護(hù)用將任一數(shù)值的交流電流轉(zhuǎn)換成可以供給繼電保護(hù)裝置的交流電流值；使高壓回路與維護(hù)人員可以接近的繼電器絕緣。按高壓部分是否需要工作電源分：1、無(wú)源式－傳感頭采用磁光晶體或光纖2、有源式－傳感頭采用電子器件，需提供電源一、電流互感器簡(jiǎn)介依據(jù)高壓電流互感器的發(fā)展歷程,將其分為四代:第一代:電磁感應(yīng)原理絕緣介質(zhì):油1A或5A模擬量輸出1.高壓電流互感器分類第二代:電磁感應(yīng)原理絕緣介質(zhì):SF6,或干式環(huán)氧材料絕緣1A或5A模擬量輸出第三代:電磁感應(yīng)原理一次傳感器為羅氏線圈或小功率CT高壓側(cè)信號(hào)通過(guò)光纖傳送至低壓側(cè)1A模擬量或數(shù)字量輸出第四代:法拉第磁光效應(yīng)原理一次傳感器為磁光玻璃信號(hào)通過(guò)光纖傳輸1A模擬量或數(shù)字量輸出變比可調(diào)73654211—輸電線2—傳感頭3—絕緣子串4—接線盒5—拉桿6—傳輸光纖7—電子元件電子式電流互感器現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖傳感頭

Rogowski線圈（測(cè)量暫態(tài)信號(hào)－保護(hù)用）小信號(hào)鐵芯CT（測(cè)量穩(wěn)態(tài)信號(hào)－測(cè)量用）

A/D采樣及溫度補(bǔ)償電能供應(yīng)

光纖傳輸，光纖絕緣子信號(hào)接收單元電子式互感器校驗(yàn)儀2.電子式電流

互感器結(jié)構(gòu)和原理ECT現(xiàn)場(chǎng)圖10

傳感頭部分裝配原理示意圖1-導(dǎo)電桿、2-電源板、3-電源變壓器、4-A/D采集板、5-羅果夫斯基線圈、6-鐵芯線圈7-鐵芯線圈外圍電路板、8-金具、9-外殼電流互感器樣機(jī)（傳感頭）共88頁(yè)11Rogowski線圈介紹Rogowski線圈實(shí)際上就是一個(gè)纏繞在非磁性骨架上的空心螺線管是測(cè)量暫態(tài)電流的一種常用工具，現(xiàn)在也有用于測(cè)穩(wěn)態(tài)電流的，供計(jì)量和保護(hù)用沒(méi)有鐵心，不會(huì)產(chǎn)生磁飽和不直接串聯(lián)在被測(cè)回路中，不會(huì)消耗被測(cè)回路的能量線圈和被測(cè)回路沒(méi)有直接的電的關(guān)系，對(duì)被測(cè)回路的影響較小12圖羅果夫斯基線圈原理圖及等效原理圖13Rogowski線圈介紹

Rogowski線圈結(jié)構(gòu)圖首先設(shè)線圈每匝中心線與導(dǎo)線中心線間的距離為r，穿過(guò)線圈每匝的磁場(chǎng)均為Br，且線圈共有n匝，每匝的面積均為S，0

為真空導(dǎo)磁率，則可得：導(dǎo)線電流I(t)與Br的關(guān)系為：

感應(yīng)電壓u2(t)與I(t)的關(guān)系為：

輸出信號(hào)是電流對(duì)時(shí)間的微分。通過(guò)一個(gè)對(duì)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行積分的電路，就可以真實(shí)還原輸入電流。有源式電子式電流互感器原理圖共88頁(yè)15Rogowski線圈的幾個(gè)問(wèn)題（1）在測(cè)量小信號(hào)時(shí)，由于Rogowski線圈為空心線圈，要達(dá)到很高的準(zhǔn)確度，就要求線圈具有較多的匝數(shù)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1208－1997對(duì)電流互感器的規(guī)定，對(duì)于測(cè)量通道，應(yīng)保證在小于1.2倍額定電流的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)正常測(cè)量，誤差在規(guī)定的范圍之內(nèi)；同時(shí)對(duì)保護(hù)通道，能保證在20倍額定電流以內(nèi)能夠進(jìn)行保護(hù)監(jiān)測(cè)。假設(shè)額定電流為600A，則保護(hù)用暫態(tài)電流幅值可達(dá)600＊20＝12000A，實(shí)現(xiàn)如此大范圍內(nèi)信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量難度是很大的共88頁(yè)16Rogowski線圈的幾個(gè)問(wèn)題（2）線圈骨架的選擇水泥、大理石、花崗巖

要求：選擇線性膨脹系數(shù)小的材料做線圈骨架，隨溫度變化，形變?cè)叫≡胶?，使線圈所受影響最小Rogowski線圈的輸出信號(hào)通常比較弱，易受外界電磁場(chǎng)的干擾，應(yīng)對(duì)線圈進(jìn)行屏蔽，輸出信號(hào)用屏蔽雙絞線引出共88頁(yè)17小信號(hào)鐵芯CT（低功率線圈）

（測(cè)量穩(wěn)態(tài)信號(hào)－測(cè)量用）LPCT二次回路要并接一阻值較小的電壓取樣電阻，該電阻是LPCT的一個(gè)組成部分，等效電路如下：Us為L(zhǎng)PCT電壓輸出Ip為一次側(cè)電流Rsh為采樣電阻Np為一次繞組匝數(shù)NS為二次繞組匝數(shù)共88頁(yè)18小信號(hào)鐵芯CT（低功率線圈）

（測(cè)量穩(wěn)態(tài)信號(hào)－測(cè)量用）根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1208－1997對(duì)電流互感器的規(guī)定，對(duì)于測(cè)量通道，應(yīng)保證在小于1.2倍額定電流的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)正常測(cè)量，誤差在規(guī)定的范圍之內(nèi)；鐵芯采用超微晶合金材料，環(huán)形穿心結(jié)構(gòu)，沒(méi)有氣隙、漏磁少。具有高磁導(dǎo)率，可使其在較小的截面下互感器測(cè)量繞組即可滿足精度要求。由于LPCT損耗小，使得在測(cè)量很大的電流時(shí)（即使是短路電流時(shí)）也有較高的準(zhǔn)確度而不會(huì)飽和，因此LPCT具有較寬的測(cè)量范圍，在一定的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)（例如一次電流從幾十安到幾千安）。共88頁(yè)19高電位側(cè)的電源供應(yīng)問(wèn)題特制CT線圈從母線采電的供能方式

激光供能方式

蓄電池或太陽(yáng)能電池供能方式超聲電源供能方式共88頁(yè)20特制CT線圈供能方式采用接在母線上的參數(shù)變壓器獲得電壓信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓后供給后級(jí)的電子線路問(wèn)題是母線中電流變化范圍很大，從空載電流到額定電流，以及發(fā)生故障時(shí)的短路電流和雷電沖擊電流，都要求保證直流電源的可靠輸出在母線電流為零的情況下，這種方法不能提供足夠的電壓輸出來(lái)維持傳感頭的工作共88頁(yè)21激光供能方式采用激光器從地面低電位側(cè)通過(guò)光纖將光能傳送到高電位側(cè)，再經(jīng)光電池將光能轉(zhuǎn)換成電能，再經(jīng)過(guò)DC－DC變換后，提供穩(wěn)定的電壓輸出優(yōu)點(diǎn)：紋波小、不易受外界干擾，擺脫了高壓母線電流大小和電壓高低的影響，這種供能方式的互感器可以對(duì)母線進(jìn)行故障檢測(cè)缺點(diǎn)：價(jià)格比較昂貴、壽命短、光電池轉(zhuǎn)換效率低，功率不足，要求電子線路選用低功耗元件共88頁(yè)22信號(hào)接收機(jī)的主要作用將傳感頭通過(guò)光纖傳遞下來(lái)的光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，并進(jìn)行放大處理。通過(guò)兩路處理通道(一路是是采用D/A轉(zhuǎn)換器的模擬通道，一路是采用計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字通道)，對(duì)傳輸下來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理。輸出IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)共88頁(yè)23

法拉第磁旋光效應(yīng)示意圖

根據(jù)馬呂斯定律：J1=αJ0sin2（φ+θ）J2=αJ0cos2（φ+θ）式中：J0為輸入光強(qiáng)

J1、J2為經(jīng)檢偏器分出的兩路光強(qiáng)α為光路中的光強(qiáng)衰減系數(shù)φ為起偏器與檢偏器夾角(在本系統(tǒng)中為常數(shù))則：(J1-J2)/(J1+J2)=-cos2（φ+θ）=sin(2θ)=sin(2VI)≈2VI則可得出：I＝

磁光玻璃式電子式電流互感器工作示意圖3.磁光玻璃式電子式電流互感器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)一次傳感器復(fù)合支柱絕緣子二次變送器電子式電流互感器安裝示意圖3.2產(chǎn)品特點(diǎn)一次傳感器中采用磁光玻璃，無(wú)鐵磁性材料，無(wú)磁滯磁飽和現(xiàn)象；

高壓側(cè)與低壓側(cè)之間由光纜連接，絕緣性能優(yōu)異，而且光纜有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力；

絕緣形式為干式的，不充油、不充氣。終身免維護(hù)；

量程范圍可根據(jù)客戶的需求通過(guò)軟件任意調(diào)整。體積小，重量輕，安裝、運(yùn)輸容易；具有模擬、數(shù)字兩種接口，便于二次部分的升級(jí)換代和數(shù)字化變電站的建設(shè)。具有1A標(biāo)準(zhǔn)電流輸出接口，帶功率輸出的特點(diǎn)，可直接替換傳統(tǒng)產(chǎn)品；二次側(cè)可開(kāi)路或短路，不存在二次開(kāi)路高壓危險(xiǎn)，便于二次側(cè)的維護(hù)與維修；（6）洛陽(yáng)電力局新安縣變電站產(chǎn)品LDGDZB－110W2型運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)無(wú)源式電流互感器的原理與傳統(tǒng)的電磁式互感器截然不同，優(yōu)點(diǎn)在于其傳感頭在設(shè)計(jì)上沒(méi)有電源的供應(yīng)的問(wèn)題，但是這種互感器對(duì)光學(xué)技術(shù)、光纖技術(shù)以及光學(xué)材料的發(fā)展有很大的依賴性，研制技術(shù)難度大，成本較高。而且，磁光材料在外界環(huán)境的溫度壓力等參數(shù)變換的情況下的穩(wěn)定性也是一個(gè)技術(shù)上難以解決的問(wèn)題。因此，要達(dá)到實(shí)用階段還要走很長(zhǎng)的路。有源式電流互感器采用的是傳統(tǒng)的電阻、電容等器件，優(yōu)點(diǎn)在于采樣精確度比較高，同無(wú)源光電互感器相比，在結(jié)構(gòu)上更加簡(jiǎn)單，也比較容易和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)直接通信，但是它的缺點(diǎn)在于傳感頭的電源供應(yīng)、大范圍電流的準(zhǔn)確測(cè)量問(wèn)題和電磁兼容問(wèn)題。（1）電阻分壓原理電子式電壓互感器采用電阻、阻容分壓原理，其輸出在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)呈線