非常规互感器及研究方向.doc

龙源期刊网 非常规互感器及研究方向作者：李佩琳 谢静怡 谢毅 刘宇轩 蓝鸿森来源：中国科技博览2017年第20期摘 要本文简述了非常规互感器发展现状及优势，着重阐述了非常规互感器的基本原理并作出性能比对，对非常规互感器的应用现状和研究方向作出了探讨。关键词非常规互感器；电子式互感器；光学互感器中图分类号：TM63；TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0184-011 引言随着电力工业的发展，电力传输容量不断增长，传统的电磁式结构的互感器已暴露出许多问题：现有的电流互感器的闭合铁芯会由于电流的非周期性分量作用而高度饱和，因此磁导率急剧降低，从而使电流互感器的误差在过渡状态中增大到不能允许的程度；随着电压等级的不断升高，电磁式互感器在制造上面临着绝缘结构难以满足运行要求的难题，特高压、特高压电网的飞速发展对研发新型非常规互感器也提出了迫切需求。2 非常规互感器简介国际上将有别于传统的电磁型电压/电流互感器的新一代互感器统称为非常规互感器。非常规互感器指输出为小电压模拟信号或数字信号的电流、电压互感器1。与传统的电磁感应式电流互感器相比， 光电式电流互感器具有如下一系列优点：高低压完全隔离，安全性高，具有优良的绝缘性能和优越的性价比；没有铁芯，不存在磁饱和、铁磁谐振等问题；功能齐全，测量精度高；体积小，重量轻，无绝缘油；适应电力系统数字化、智能化和网络化的需要。根据其基本原理的不同，非常规互感器（NCIT）可分为光学互感器（OCT）和电子式互感器（ECT）；根据其是否有源也可分为有源型和无源型两大类。3 非常规电流互感器（ECT/OCT）3.1 电子式电流互感器（ECT）工作原理仍基于电磁感应原理，但与常规电磁互感器不同，该型互感器的传感头不是光学元件，而是采用空心线圈（即Rogowski线圈）。电子式互感器由于不使用铁心，提高了电磁式电流互感器的动态响应范围；Rogowski线圈的线性度良好，精度高；由于不与被测电路直接接触，可方便地对高压回路进行隔离测量。但仍存在无法克服的缺点：易受电磁干扰。高压传感头需要电源供给，一旦掉电将停止工作。3.2 光学电流互感器（OCT）基于Faraday 效应，将一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时，线偏振光的偏振面将会发生旋转，旋转角与被测电流成比例，所以通过检偏振光的旋转角即可测得电流值。无源型光电式电流互感器其特点为结构简单，加工方便，精度及寿命与可靠性较高，但光纤是使用零双折射的保偏光纤。3.3 电子式电流互感器（ECT/OCT）性能比对电子式电流互感器（ECT/OCT）性能比对如表1所示。4 非常规电压互感器（EVT/OVT）4.1 电子式电压互感器（EVT）有源型光电式电压互感器是测量经电阻电容分压后的电压值从而反映被测高电压的大小。母线电压经电容器串联而取得分压，经传感器的Pockels 晶体，把电信号转换为光信号，光信号由光纤传送至信号处理器，把光信号转换为电信号，输出电压。4.2 光学电压互感器（OVT）光学电压互感器基本原理是Pockels光电效应，即某些晶体在没有外电场作用时，其各向同性，光率体为一圆球体。在外电场作用下，导致入射光折射率改变。无源光电式电压互感器是将Pockels元件直接连接到被测电压的两端，当一束线偏振光入射晶体后产生双折射，于是从晶体出射的两束双折射光束就产生了相位差，该相位差于外加电场的强度成正比，利用检偏器等光学元件将相位变化转换为光强变化，即可实现对外加电场（或电压）的测量。4.3 非常规互感器性能分析电子式电压互感器（EVT/OVT）性能比对如表2所示。5 非常规互感器存在问题与研究方向5.1 非常规互感器存在的问题（1）温度、双折射对OCT 的影响OCT发展缓慢的根本原因在于，当温度单调变化大于78/h 时，对应于环境变化引起的暂态双折射的光强值变化很大，严重影响光学电流互感器的精度及稳定性。温度变化引起的双折射影响是随机而复杂的，所以暂态双折射是阻碍光学电流互感器发展的关键。（2）长期运行稳定性由于传感头部分光程长，光路复杂，目前普遍采用的双层光路的传感结构仅反射面就至少有6个以上。传感器经过较长时间的运行之后，输出光强明显减弱，这些都使得传感头的长期运行稳定性降低。5.2 非常规互感器研究方向（1）简化光路结构针对阻碍OCT 实用化的测量温漂和不能长期稳定运行的问题， 提出自适应光学传感原理和螺线管聚磁光路结构。这种新型光学传感结构实现了光路的彻底简化， 运行稳定性得到了极大提高。（2）寻找理想的磁光材料简化光路也有可能降低灵敏度，所以应当选用高费尔德常数的磁光材料。但如何做到使光路结构即简单又能实现闭环系统，仍是一个需要探索难题。6 结论非常规互感器的价格技术要求很高，还存在着长期运行稳定性等问题，但是非常规互感器结构简单，灵敏度高，其优越的性能是传