电子式互感器

电子式互感器概述电子式互感器概述电子式互感器按原理划分：电子式互感器有源式无源式电流互感器电压互感器法拉第电磁感应原理Rogowski线圈低功率线圈电容分压电阻分压电流互感器电压互感器法拉第磁旋光效应赛格耐克效应磁光玻璃型全光纤型普克尔效应型逆压电效应型按用途分：1、测量用将任一数值的交流电流转换为用标准仪器可以直接测量的交流电流值；使高压回路与维护人员可以接近的测量仪表绝缘。2、保护用将任一数值的交流电流转换成可以供给继电保护装置的交流电流值；使高压回路与维护人员可以接近的继电器绝缘。按高压部分是否需要工作电源分：1、无源式－传感头采用磁光晶体或光纤2、有源式－传感头采用电子器件，需提供电源一、电流互感器简介依据高压电流互感器的发展历程,将其分为四代:第一代:电磁感应原理绝缘介质:油1A或5A模拟量输出1.高压电流互感器分类第二代:电磁感应原理绝缘介质:SF6,或干式环氧材料绝缘1A或5A模拟量输出第三代:电磁感应原理一次传感器为罗氏线圈或小功率CT高压侧信号通过光纤传送至低压侧1A模拟量或数字量输出第四代:法拉第磁光效应原理一次传感器为磁光玻璃信号通过光纤传输1A模拟量或数字量输出变比可调73654211—输电线2—传感头3—绝缘子串4—接线盒5—拉杆6—传输光纤7—电子元件电子式电流互感器现场安装示意图•传感头Rogowski线圈（测量暂态信号－保护用）小信号铁芯CT（测量稳态信号－测量用）A/D采样及温度补偿电能供应•光纤传输，光纤绝缘子•信号接收单元•电子式互感器校验仪2.电子式电流互感器结构和原理ECT现场图10483567129传感头部分装配原理示意图1-导电杆、2-电源板、3-电源变压器、4-A/D采集板、5-罗果夫斯基线圈、6-铁芯线圈7-铁芯线圈外围电路板、8-金具、9-外壳电流互感器样机（传感头）共88页11Rogowski线圈介绍Rogowski线圈实际上就是一个缠绕在非磁性骨架上的空心螺线管是测量暂态电流的一种常用工具，现在也有用于测稳态电流的，供计量和保护用没有铁心，不会产生磁饱和不直接串联在被测回路中，不会消耗被测回路的能量线圈和被测回路没有直接的电的关系，对被测回路的影响较小12图罗果夫斯基线圈原理图及等效原理图RiRahRe(t)RLR+-UoutI(t)+-Uout0ccdrr+-i(t)13Rogowski线圈介绍Rogowski线圈结构图首先设线圈每匝中心线与导线中心线间的距离为r，穿过线圈每匝的磁场均为Br，且线圈共有n匝，每匝的面积均为S，0为真空导磁率，则可得：导线电流I(t)与Br的关系为：感应电压u2(t)与I(t)的关系为：rtIBr2/0dttdIrnSdtdBnStur)(202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。有源式电子式电流互感器原理图共88页15Rogowski线圈的几个问题（1）在测量小信号时，由于Rogowski线圈为空心线圈，要达到很高的准确度，就要求线圈具有较多的匝数。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；同时对保护通道，能保证在20倍额定电流以内能够进行保护监测。假设额定电流为600A，则保护用暂态电流幅值可达600＊20＝12000A，实现如此大范围内信号的准确测量难度是很大的共88页16Rogowski线圈的几个问题（2）线圈骨架的选择水泥、大理石、花岗岩要求：选择线性膨胀系数小的材料做线圈骨架，随温度变化，形变越小越好，使线圈所受影响最小Rogowski线圈的输出信号通常比较弱，易受外界电磁场的干扰，应对线圈进行屏蔽，输出信号用屏蔽双绞线引出共88页17小信号铁芯CT（低功率线圈）（测量稳态信号－测量用）LPCT二次回路要并接一阻值较小的电压取样电阻，该电阻是LPCT的一个组成部分，等效电路如下：Us为LPCT电压输出Ip为一次侧电流Rsh为采样电阻Np为一次绕组匝数NS为二次绕组匝数IpNsNpRshUs共88页18小信号铁芯CT（低功率线圈）（测量稳态信号－测量用）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；铁芯采用超微晶合金材料，环形穿心结构，没有气隙、漏磁少。具有高磁导率，可使其在较小的截面下互感器测量绕组即可满足精度要求。由于LPCT损耗小，使得在测量很大的电流时（即使是短路电流时）也有较高的准确度而不会饱和，因此LPCT具有较宽的测量范围，在一定的应用领域内（例如一次电流从几十安到几千安）。共88页19高电位侧的电源供应问题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超声电源供能方式共88页20特制CT线圈供能方式采用接在母线上的参数变压器获得电压信号，对其进行整流、滤波、稳压后供给后级的电子线路问题是母线中电流变化范围很大，从空载电流到额定电流，以及发生故障时的短路电流和雷电冲击电流，都要求保证直流电源的可靠输出在母线电流为零的情况下，这种方法不能提供足够的电压输出来维持传感头的工作共88页21激光供能方式采用激光器从地面低电位侧通过光纤将光能传送到高电位侧，再经光电池将光能转换成电能，再经过DC－DC变换后，提供稳定的电压输出优点：纹波小、不易受外界干扰，摆脱了高压母线电流大小和电压高低的影响，这种供能方式的互感器可以对母线进行故障检测缺点：价格比较昂贵、寿命短、光电池转换效率低，功率不足，要求电子线路选用低功耗元件共88页22信号接收机的主要作用将传感头通过光纤传递下来的光脉冲信号转换成电脉冲信号，并进行放大处理。通过两路处理通道(一路是是采用D/A转换器的模拟通道，一路是采用计算机处理的数字通道)，对传输下来的信号进行处理。输出IEC标准规定的模拟信号和数字信号共88页23法拉第磁旋光效应示意图根据马吕斯定律：J1=αJ0sin2（φ+θ）J2=αJ0cos2（φ+θ）式中：J0为输入光强J1、J2为经检偏器分出的两路光强α为光路中的光强衰减系数φ为起偏器与检偏器夹角(在本系统中为常数)则：(J1-J2)/(J1+J2)=-cos2（φ+θ）=sin(2θ)=sin(2VI)≈2VI则可得出：I＝磁光玻璃式电子式电流互感器工作示意图3.磁光玻璃式电子式电流互感器产品结构与特点一次传感器复合支柱绝缘子二次变送器电子式电流互感器安装示意图3.2产品特点一次传感器中采用磁光玻璃，无铁磁性材料，无磁滞磁饱和现象；高压侧与低压侧之间由光缆连接，绝缘性能优异，而且光缆有很强的抗电磁干扰能力；绝缘形式为干式的，不充油、不充气。终身免维护；量程范围可根据客户的需求通过软件任意调整。体积小，重量轻，安装、运输容易；具有模拟、数字两种接口，便于二次部分的升级换代和数字化变电站的建设。具有1A标准电流输出接口，带功率输出的特点，可直接替换传统产品；二次侧可开路或短路，不存在二次开路高压危险，便于二次侧的维护与维修；（6）洛阳电力局新安县变电站产品LDGDZB－110W2型运行现场无源式电流互感器的原理与传统的电磁式互感器截然不同，优点在于其传感头在设计上没有电源的供应的问题，但是这种互感器对光学技术、光纤技术以及光学材料的发展有很大的依赖性，研制技术难度大，成本较高。而且，磁光材料在外界环境的温度压力等参数变换的情况下的稳定性也是一个技术上难以解决的问题。因此，要达到实用阶段还要走很长的路。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，但是它的缺点在于传感头的电源供应、大范围电流的准确测量问题和电磁兼容问题。（1）电阻分压原理电子式电压互感器采用电阻、阻容分压原理，其输出在整个测量范围内呈线性，其原理图如下：二、电子式电压互感器二、电子式电压互感器（1）电容分压原理五、采集器与合并单元合并单元（MergingUnit，MU）是对来自一次采集器的电流和电压数据进行时间相关组合的物理单元。合并单元接受并同步来自不同采集器的数字光信号，按照IEC61850-9-1/-9-2LE的通信协议进行数据处理，并按此协议与保护、测控装置等二次设备进行通信。MU互感器同步时钟GPS保护装置测控装置计量录波过程层间隔层数字化