電流互感器結構設計原理分析

數(shù)字調制式電流互感器概念的提出已近半個世紀了，但受元器件的捆綁一貫沒有發(fā)展起來。近年來ABB公司、德國RITZ公司都有一些不同類型電子式電流互感器和電子式電壓互感器產品的報導。研發(fā)了220kV/1250A設備的有源電子式電流互感器/電壓互感器。樣機全體結構如圖2所示。

電流互感器設備由電流檢測單元和電壓檢測單元兩部分組成。前者選用羅柯夫斯基線圈作為電流傳感器，有源電子器件結束信號的數(shù)宇調制;后者選用電容分壓器作為電壓傳感器。高壓端電子線路電源由一個輔助電源感應線圈直接從母線上獲取。羅氏線圈和電源感應線圈安裝在母線上。高壓端信號調制和電源調度電路板置于·一個鐵磁屏蔽盒中，電流信號在高壓端經AD轉化、E/O轉化后調制成光信號，經過光纖傳送到低電位端。依據需求，可以將信號繼續(xù)用光纖傳送到遠方的控制室，也可以就地經O/E、D/A轉化，放大成仿照電流信號，母線電壓經電容分壓器轉化成低壓信號后，調制成光信號，經光纖傳送到控制室，也可以就地經校準、溫度補償后，給出仿照電壓信號、一個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測取

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、特別設計的小信號電流互感器、分流電阻器、羅柯夫斯基線圈等。其間羅柯夫斯基線圈以其超卓的頻率響應、高的檢測準確度和結構簡略、本錢賤價等特性而成為首選。所以依據羅柯夫斯基線圈的有源ETA也就成為最具發(fā)展?jié)摿Φ?a target="_blank">光電互感器產品，它既可以用作關閉電器GIS、插接式組合電器PASS中的電流檢測設備，又可用于敞開式獨立有源ETA。羅柯夫斯基線圈是將導線均勻地繞在一個非磁性資料的骨架上制造而成的空心線圈，如圖3所示。載流導線從線圈中心穿過，當導線上有電流經過期，在線圈的兩頭將會發(fā)生一個感應電勢e，其巨細為

由式（2）可見，要得到被測電流信號，有必要對線圈的輸出電壓信號進行積分，這可以經過兩種途徑結束：選用仿照積分器或選用數(shù)字積分?？傊?，經過后續(xù)電路及相關的信號處理，咱們可以獲得被測電流信號。

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

電流互感器的信號處理設備

信號處理進程如下：電流信號在高壓側經取樣后．變成數(shù)字信號，經過恰當?shù)墓β使纱?，驅剛友?a target="_blank">二極管變成光信號，用光纖送到互感器下側低電壓端。電壓信號經分壓器取樣后，變成數(shù)字信號，局樣經過恰當?shù)墓β史糯?，驅動發(fā)光二極管，也變成光信號。在互感器本體低電位例，已安股光1信虧的電流、電壓信號經過光纖傳送到變電珀2至3在控制室經O/E轉化后，經過恰當調度，信號再送入工控機中進行信號解調和處理，解調后的仿照信號可供計鼉和維護用。在信號處理單元中，瞬態(tài)信號檢測即用于維護電流、電壓信號的檢測，有必要

考慮信號處理單元的響應速度及頻帶寬度。例如220kV設備暫態(tài)康復電壓的最高固有主頻為

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

電流互感器的一次側電子線路供電問題

一次側電子線路供電問題是有源ETA中的一個要害技能，一次側電源要給傳感元件信號處理部分供應安穩(wěn)的電源。有兩種思路處理這個問題，一是從地上二次側將能量傳送到一次側供應電源，二是直接從二次側的母線上取電源。因為一次、二次側之間要結束徹底阻隔，所以要將二次側的能量送到一次側，最好的辦法是經過光電轉化，用光纖來傳送：光電能量轉化一-般用大功率半導體激光二極管來結束。激光二極管作為光源供應驅動光電池的光功率，依據設備總功率需求選用合適的光功率和輸出功率的二極管。從光纖傳輸來的能量直接耦合到一次側的光電轉化器，通常是在光電池中，將光能轉化成電能，現(xiàn)已有作為光電轉化的商業(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、不受母線電流的影響。但是這個供能方案一般能供應的功率比較小，通常在mW級乃至在pW級。有時這種供能方案無法供應滿意的能量給一次側。別的，大功率、高功率的激光二極管、光電轉化器件比較貴重．在運用壽數(shù)方面也沒有嚴格考核的報導。

因為母線電流改動設計很大，以額定電流為1250A的ETA為例，母線穩(wěn)態(tài)電流可以在5%-120%1n（額定電流）內改動，即在62.5-1500A的設計內改動;短路缺點情況下、母線暫態(tài)電流可以到達201n，乃至更高。在這些情況下都要求能供應一次側電子線路所需求的安穩(wěn)電源。鑒于上述要求，提出了從母線上直接取電源的自具型電源方案，設計作業(yè)首要會集在從一個大設計內改動的電流源中取出--個具有必定功率安穩(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環(huán)形帶鐵心的感應線圈結束從母線上提取電能的功用。

即可輸出所需求的穩(wěn)定電壓Ul。因此問題可以轉化為設計一個電源感應線圈的負荷阻抗可控電路，當母線電流較小時，等效阻抗較大；當母線電流較大時，等效阻抗較小。合理設計可控阻抗電路，可以結束在大設計母線電流下供應安穩(wěn)饋電電源的意圖。

審核編輯：黃飛