電流互感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理分析

數(shù)字調(diào)制式電流互感器概念的提出已近半個(gè)世紀(jì)了，但受元器件的捆綁一貫沒(méi)有發(fā)展起來(lái)。近年來(lái)ABB公司、德國(guó)RITZ公司都有一些不同類(lèi)型電子式電流互感器和電子式電壓互感器產(chǎn)品的報(bào)導(dǎo)。研發(fā)了220kV/1250A設(shè)備的有源電子式電流互感器/電壓互感器。樣機(jī)全體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

電流互感器設(shè)備由電流檢測(cè)單元和電壓檢測(cè)單元兩部分組成。前者選用羅柯夫斯基線(xiàn)圈作為電流傳感器，有源電子器件結(jié)束信號(hào)的數(shù)宇調(diào)制;后者選用電容分壓器作為電壓傳感器。高壓端電子線(xiàn)路電源由一個(gè)輔助電源感應(yīng)線(xiàn)圈直接從母線(xiàn)上獲取。羅氏線(xiàn)圈和電源感應(yīng)線(xiàn)圈安裝在母線(xiàn)上。高壓端信號(hào)調(diào)制和電源調(diào)度電路板置于·一個(gè)鐵磁屏蔽盒中，電流信號(hào)在高壓端經(jīng)AD轉(zhuǎn)化、E/O轉(zhuǎn)化后調(diào)制成光信號(hào)，經(jīng)過(guò)光纖傳送到低電位端。依據(jù)需求，可以將信號(hào)繼續(xù)用光纖傳送到遠(yuǎn)方的控制室，也可以就地經(jīng)O/E、D/A轉(zhuǎn)化，放大成仿照電流信號(hào)，母線(xiàn)電壓經(jīng)電容分壓器轉(zhuǎn)化成低壓信號(hào)后，調(diào)制成光信號(hào)，經(jīng)光纖傳送到控制室，也可以就地經(jīng)校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償后，給出仿照電壓信號(hào)、一個(gè)陶瓷套管既用作高壓部分元件的絕緣支撐，一起又是傳輸電流信號(hào)的光纖和電容分壓器的通道。

電流互感器的電流和電壓信號(hào)測(cè)取

在有源電子式電流互感器中．作為一次電流采樣傳感頭的元件有很多種、有傳統(tǒng)的電磁式電流互感器、特別設(shè)計(jì)的小信號(hào)電流互感器、分流電阻器、羅柯夫斯基線(xiàn)圈等。其間羅柯夫斯基線(xiàn)圈以其超卓的頻率響應(yīng)、高的檢測(cè)準(zhǔn)確度和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略、本錢(qián)賤價(jià)等特性而成為首選。所以依據(jù)羅柯夫斯基線(xiàn)圈的有源ETA也就成為最具發(fā)展?jié)摿Φ?a target="_blank">光電互感器產(chǎn)品，它既可以用作關(guān)閉電器GIS、插接式組合電器PASS中的電流檢測(cè)設(shè)備，又可用于敞開(kāi)式獨(dú)立有源ETA。羅柯夫斯基線(xiàn)圈是將導(dǎo)線(xiàn)均勻地繞在一個(gè)非磁性資料的骨架上制造而成的空心線(xiàn)圈，如圖3所示。載流導(dǎo)線(xiàn)從線(xiàn)圈中心穿過(guò)，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)上有電流經(jīng)過(guò)期，在線(xiàn)圈的兩頭將會(huì)發(fā)生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)e，其巨細(xì)為

由式（2）可見(jiàn)，要得到被測(cè)電流信號(hào)，有必要對(duì)線(xiàn)圈的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行積分，這可以經(jīng)過(guò)兩種途徑結(jié)束：選用仿照積分器或選用數(shù)字積分?？傊?jīng)過(guò)后續(xù)電路及相關(guān)的信號(hào)處理，咱們可以獲得被測(cè)電流信號(hào)。

在中低壓配電范疇，精細(xì)電阻分壓器、電容分壓器現(xiàn)已運(yùn)用得比較多。運(yùn)用這種電壓傳感器技能，大大簡(jiǎn)化了高壓傳感部分的設(shè)計(jì)，一起運(yùn)用光纖傳輸信號(hào)，保留了光纖超卓的電氣阻隔效果，因此在本文的設(shè)計(jì)中選用了電容分壓器作為電壓取樣元件。

電流互感器的信號(hào)處理設(shè)備

信號(hào)處理進(jìn)程如下：電流信號(hào)在高壓側(cè)經(jīng)取樣后．變成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)墓β使纱?，?qū)剛友光二極管變成光信號(hào)，用光纖送到互感器下側(cè)低電壓端。電壓信號(hào)經(jīng)分壓器取樣后，變成數(shù)字信號(hào)，局樣經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)墓β史糯?，?qū)動(dòng)發(fā)光二極管，也變成光信號(hào)。在互感器本體低電位例，已安股光1信虧的電流、電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳送到變電珀2至3在控制室經(jīng)O/E轉(zhuǎn)化后，經(jīng)過(guò)恰當(dāng)調(diào)度，信號(hào)再送入工控機(jī)中進(jìn)行信號(hào)解調(diào)和處理，解調(diào)后的仿照信號(hào)可供計(jì)鼉和維護(hù)用。在信號(hào)處理單元中，瞬態(tài)信號(hào)檢測(cè)即用于維護(hù)電流、電壓信號(hào)的檢測(cè)，有必要

考慮信號(hào)處理單元的響應(yīng)速度及頻帶寬度。例如220kV設(shè)備暫態(tài)康復(fù)電壓的最高固有主頻為

10kHz，如按1/10區(qū)間取樣，則E/O轉(zhuǎn)化的作業(yè)主頻帶寬有必要大于200kHz、在O/E轉(zhuǎn)化中、則需選用快速光電二極管。

電流互感器的一次側(cè)電子線(xiàn)路供電問(wèn)題

一次側(cè)電子線(xiàn)路供電問(wèn)題是有源ETA中的一個(gè)要害技能，一次側(cè)電源要給傳感元件信號(hào)處理部分供應(yīng)安穩(wěn)的電源。有兩種思路處理這個(gè)問(wèn)題，一是從地上二次側(cè)將能量傳送到一次側(cè)供應(yīng)電源，二是直接從二次側(cè)的母線(xiàn)上取電源。因?yàn)橐淮?、二次?cè)之間要結(jié)束徹底阻隔，所以要將二次側(cè)的能量送到一次側(cè)，最好的辦法是經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)化，用光纖來(lái)傳送：光電能量轉(zhuǎn)化一-般用大功率半導(dǎo)體激光二極管來(lái)結(jié)束。激光二極管作為光源供應(yīng)驅(qū)動(dòng)光電池的光功率，依據(jù)設(shè)備總功率需求選用合適的光功率和輸出功率的二極管。從光纖傳輸來(lái)的能量直接耦合到一次側(cè)的光電轉(zhuǎn)化器，通常是在光電池中，將光能轉(zhuǎn)化成電能，現(xiàn)已有作為光電轉(zhuǎn)化的商業(yè)化的電二極管陣列可供挑選。選用地上供能的辦法，利益是電源安穩(wěn)、可靠性好、不受母線(xiàn)電流的影響。但是這個(gè)供能方案一般能供應(yīng)的功率比較小，通常在mW級(jí)乃至在pW級(jí)。有時(shí)這種供能方案無(wú)法供應(yīng)滿(mǎn)意的能量給一次側(cè)。別的，大功率、高功率的激光二極管、光電轉(zhuǎn)化器件比較貴重．在運(yùn)用壽數(shù)方面也沒(méi)有嚴(yán)格考核的報(bào)導(dǎo)。

因?yàn)槟妇€(xiàn)電流改動(dòng)設(shè)計(jì)很大，以額定電流為1250A的ETA為例，母線(xiàn)穩(wěn)態(tài)電流可以在5%-120%1n（額定電流）內(nèi)改動(dòng)，即在62.5-1500A的設(shè)計(jì)內(nèi)改動(dòng);短路缺點(diǎn)情況下、母線(xiàn)暫態(tài)電流可以到達(dá)201n，乃至更高。在這些情況下都要求能供應(yīng)一次側(cè)電子線(xiàn)路所需求的安穩(wěn)電源。鑒于上述要求，提出了從母線(xiàn)上直接取電源的自具型電源方案，設(shè)計(jì)作業(yè)首要會(huì)集在從一個(gè)大設(shè)計(jì)內(nèi)改動(dòng)的電流源中取出--個(gè)具有必定功率安穩(wěn)輸出的電壓源。自具型電源的原理圖如圖4所示、在這里咱們選用一個(gè)環(huán)形帶鐵心的感應(yīng)線(xiàn)圈結(jié)束從母線(xiàn)上提取電能的功用。

即可輸出所需求的穩(wěn)定電壓Ul。因此問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)一個(gè)電源感應(yīng)線(xiàn)圈的負(fù)荷阻抗可控電路，當(dāng)母線(xiàn)電流較小時(shí)，等效阻抗較大；當(dāng)母線(xiàn)電流較大時(shí)，等效阻抗較小。合理設(shè)計(jì)可控阻抗電路，可以結(jié)束在大設(shè)計(jì)母線(xiàn)電流下供應(yīng)安穩(wěn)饋電電源的意圖。

審核編輯：黃飛