积分器在电子式电流互感器中的应用_图文

1、电气应用2006年第25卷第5期数字积分器在电子式电流互感器中的应用王涛李红斌陈金玲冯凯(华中科技大学电气与电子工程学院430074摘要为了克服模拟器件的温漂、时漂等缺陷,文中提出,在电子式电流互感器中采用数字积分器ADE7759代替传统的模拟积分技术,并对ADE7759的应用进行了介绍。实验表明,采用该数字积分器的电流互感器系统,精度可满足IEC60044-8标准0.2级要求。关键词空心线圈电流互感器数字积分器1引言IEC60044-8ElJ详述了标称频率15Hz到100Hz、具有模拟电压输出或数字输出、用于测量和保护的新型电流互感器,指出传感器可为光学电子设备、空心线圈(有无积分器均可及配

2、有取样电阻用作电流电压转换的铁心线圈(或配电子元件。其中,空心电流互感器具有测量准确度高(设计准确度可高于0.1%、测量范围宽(同一绕组用来测量的电流范围可从几安到几千安、频率范围宽(一般为0.1Hz一1MHz、低功率输出、测量线性度好、生产制造成本低等优点,因而在电力系统的新型电流测量方法的研究中得到了越来越多的重视【2|。2互感器工作原理空心线圈是均匀缠绕在一个截面均匀的非磁性骨架上的线圈,如图1所示。尺a移Rb】酽聪“J防磁甏娄e(f图1空心线圈原理图当有电流从线圈中心流过时,线圈两端会产生感应电势出:一掣:一肘掣式中,缈为磁链;M为空心线圈的互感系数;i -96-为被测电流。当载流导体

3、处于线圈中心位置不变时,膨是一个常数,其值由下式决定肘=警In瓦aa式中,口。为真空磁导率;N为线圈匝数;h为骨架高度;R。为骨架外径;Rb为骨架内径。很明显,此感应电势是被测电流的微分。在空心电流互感器中,必须使用积分器对线圈两端产生的感应电势进行积分,以还原出被测电流信号。此外,根据实际应用的不同,空心线圈可位于电流互感器的高电位侧,也可位于低电位部分。这里,所研制的电流互感器拟应用于220kV系统,故将空心线圈置于系统的高电位侧。3数字积分目前应用于电流互感器的积分器可分为数字积分器与模拟积分器两种。受模拟器件分散性、温漂特性、时漂特性,放大器失调电流、失调电压和输入阻抗的影响,模拟积分

4、器在长期运行时很可能出现随时间和外界环境温度进行的漂移现象。为了克服模拟积分器的缺陷,可以使用数字积分的方法。数字积分器设计灵活,受环境干扰小,可靠性和可、重复性高,避免了传统模拟积分器温漂、时漂的问题。实现数字积分的方法很多,最常见的是采用A/D转换芯片(ADC将传感头所得模拟信号转换成数字信号,输入至单片机或DSP,然后设计相应的数字积分算法来实现。若要达到较高的测量准确度,ADC的转换位数要足够高,这样的ADC芯片通常价格昂贵;或者只要样点数足够高,采用低分辨率的ADC也可达到精度要求,但这样会加重 电气应用2006年第25卷第5期数字积分器在电子式电流互感器中的应用Bit39to36:

5、CH219:16Bit35to32:CHl19:16Bit31to16:CHl15:0Bit15to0:CH215:03.3ADE7759的操作在实际应用中,ADE7759通过串行方式将波形数据从ADE7759的WaveForm寄存器传输到低压侧DSP中进行处理。ADE7759的串行口由四个信号引脚组成: SCLK、DIN、DOUT、孺。其中,SCLK引脚用来输入数据传输的串行时钟;DIN引脚用来输入来自DSP的操作命令;DOUT引脚用来从ADE7759输出波形采样数据;孺为ADE7759的片选信号引脚,低电平有效。在对ADE7759进行读数据操作之前,必须先对其进行初始设置,在这里主要是对其

6、Mode、CHlOS、CH20S、IRQEN、GAIN等寄存器进行设置,以确定芯片所要完成的功能及数据输出格式。在所研制电流互感器中,通过对这些寄存器进行写操作,将ADE7759设置为双通道模式,波形采样率设置为14kS/s。根据采样定律,可完成对最高频率为7kHz的信号进行采样。在这些初始设置完成之后即可从ADE7759读取波形采样数据。首先把WaveForm寄存器地址写到Communications寄存器,并设置Communica. tions寄存器Bit7=0;在此写操作完成之后,即可从ADE7759读取一帧波形采样数据。重复此写一读操作,即可不断将波形采样数据读出至DSP中进行相关处理

7、。在ADE7759的数据写操作期间,每次传输数据的一个字节到片内的寄存器中;当先前的字节正在写到片内寄存器时,可以开始传输其他字节到串行IZl,但直到先前字节的传输结束4tts后,第二个字节的传输才能开始。在进行多字节写操作时,先传输高字节,再传输低字节。在ADE7759读数据期间,数据在SCLK的上升沿从DOUT逻辑输出移出。当ADE7759的一个寄存器被选中进行读操作时,该寄存器中完整的内容将一次性全部传输到串行口,这样,当ADE7759在进行多字节传输的同时,可以修改该片内寄存器的内容,而不会影响正在传输的数据。一983.4ADE7759的供电如何有效地向积分器提供电能,目前可采用的解决

8、方案有两种,一种是小CT供电,另一种是采用光供电的方式。在本系统中,ADE7759的典型功耗仅为25mW,其功耗较低,同时考虑到整个系统运行的稳定、可靠性,通过比较两种供电方式,确定本系统采用光供电的方式,向积分器提供电能。4实验结果采用ADE7759作为数字积分器、以空心线圈为传感头所研制的电子式电流互感器,在实验室环境下,取额定电流为1000A,使用GHJH电子式互感器校验仪对互感器进行校验,实验结果如图5所示。结果表明,所研制电子式电流互感器误差在IEC60044-8标准0.2级要求的限制之内。O.70.6懿i剁0.3丑0.20.1O1412,、10、v8椭6罂42.jt|L、.,/电流

9、/A(a比差.j|fl|1.:电流/A(b相差图5实验数据实验结果也显示,在被测电流较小时系统的误差较大,这主要是由于小信号时系统的信噪较低。因此,下一步的研究方向是进一步提高系统的信噪、比,加强测量小电流准确度的能力。5结束语ADE7759内置的数字积分器,具有受环境干扰小、可靠性和精度高等特点,避免了传统模拟积分器温漂、时漂的问题,电路简单,从而使ADE7759适于作为数字积分器应用于电子式电流互感器。(下转第102页电气应用2006年第25卷第5期电子式电流互感器高压侧电源的研究与实现(3补偿匝数问题从理论上讲,只要补偿线圈的匝数足够多,一次侧能通过的电流可以任意大。但是在实际应用中,由

10、于受铁心尺寸的限制,铁心上绕的补偿线圈匝数有限,所以允许一次侧通过的电流是有限的。5结束语本文采用了特制小CT从母线上取能的供电方案,用补偿线圈有效降低一次侧大电流时对电源的影响。实验结果证明该方案的可行性。根据本方案制作的电源能够在线路电流为6A时为高压侧提供不小于400roW功率,可以满足传感头电子电路的功耗要求。在线路电流为900A时供能电源亦能正常工作,基本满足设计要求。而若以小CT取电与CVT取电两种方式相配合,则可覆盖彼此盲区,此方式结构较复杂,可作为一种过渡解决的方案。与在线供能方式相比,激光供电具有结构简单、绝缘性能好、工作可靠性高、不受高端线路变化的影响、抗干扰性强等优点,但

11、目前也存在的一些问题,主要是大功率激光光源所能提供的能量有限,光电池的光电转换效率偏低,DC/DC转换器件的自身消耗较大,价格昂贵等方面,这些问题将随着科技的发展和工艺的进步逐步得以解决,而微电子技术的飞速发展,传感头电路的功耗也会降低,从而降低对激光光源功率要求,所以从长远来看,激光供能是电子式互感器高压侧的理想供能方式。参考文献路的研究.电工电能新技术,2003,22(12聂一雄,尹项根,李伟等.有源光电式互感器工作电源设计.电力自动化设备,2003,23(123钱政.有源电子式电流互感器中高压侧电路的供能方法.高压电器,2004,40(24贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理(3版M.北

12、京:中国电力出版社,1994.5李芙英,朱小梅,纪昆等.一种应用于高电压侧测量系统中电源.高电压技术,2002,28(36李芙英,陈永亭.应用于光电式电流互感器的悬浮式电源的设计.继电器,1999,27(1Research and Design of the HighPotential Circuit Power SupplyfOr Electronic Current Transformer月Bin(Hunan UniversityAbstract The situation of electronic current transformer is summarized;and severs

13、power supply methods for high poten-tial circuit are compared.The power is induced from line by means of a special C T.A power supply device is developed,some problems which mayappearin practical application are discussed.The results showed that the circuit of power supplies can supply power about40

14、0roW when the current change from 6A to900A,it can satisfy the requirements of the high poten-tial circuitpower supply.Keywords electronic current transformer power supplies cir-cuit high potential circuit power supply1李澎,蔡志斌,罗承沐.光电电流互感器的供能电收稿日期:20051031(上接第98页参考文献(Hu北h。“g universiy。f science and Te

15、chn。l。gy 1IEC600448Electronic current transformers.20032Kojovic L.Rogowski coils suit relay protection and measure-ment.IEEE Computer Applications in Power,1997(7:47523张明明,张艳,李红斌等.Rogowski电流互感器的积分器技术.高电压技术,2004(9The Application of Digital Integratorin Electronic Current Transformer-102-Wang TaoAbstr

16、act For overcoming the limitation of analog devices suchas temperature drift and time drift and ete,a ADE7759chipwhich can be used as a digital integrator in electrical currenttransformer is adopted.And the usage of ADE7759is introducedin brief.It isproved bythe accuracy experiments that the ECTcan

17、meet at0.2class in IEC60044-8.Keywords Rogowski coil current transformer digital integrator收稿日期:2005一0912 数字积分器在电子式电流互感器中的应用作者:王涛, 李红斌, 陈金玲, 冯凯作者单位:华中科技大学电气与电子工程学院,430074刊名: 电气应用英文刊名:ELECTROTECHNICAL APPLICATION年,卷(期:2006,25(5被引用次数:7次参考文献(3条1.IEC60044-8 Electronic current transformers 20032.Kojovic

18、L Rogowski coils suit relay protection and measurement 1997相似文献(10条空心线圈电流互感器的原理、结构及输出信号等与传统的电磁式电流互感器有很大不同,其性能易受外界磁场及环境温度等因素的影响.该文对影响空心线圈电流互感器性能的磁场及温度等干扰因素进行详细分析,在理论分析的基础上提出相应的改进措施,并研制了一台220kVGIS用空心线圈电流互感器,给出了实验结果.实验表明,改进后的空心线圈电流互感器受环境温度及外界磁场的影响很小,且具有较好的频率特性和暂态特性,互感器满足0.2级精度要求.研究-工矿自动化2009,35(8高性能PCB

19、空心线圈电流互感器为大截面结构,而理想空心线圈电流互感器要求为小截面结构.文章通过详细的理论分析和推导,解除了对截面大小的这一限制,得出大截面、高精度的PCB空心线圈电流互感器具有和理想空心线圈电流互感器相同测量原理的结论,为PCB空心线圈电流互感器的优化设计和在矿区电力系统中的应用提供了理论基础.实验研究结果表明,高性能PCB空心线圈电流互感器具有良好的测量精度、参数一致性、优异的工频暂态性能和抗电磁干扰能力,适应矿区的电力环境和电力系统进一步数字化的发展潮流.本文对空心线圈电流互感器性能进行了分析。空心线圈电流互感器的原理、结构及输出信号等与传统的电磁式电流互感器有很大不同,其性能会受环境

20、温度及外界磁场等因素的影响。文章在理论分析的基础上给出相应的改进措施。实验表明,改进后的空心线圈电流互感器受环境温度及外界磁场的影响很小,互感器的稳定性满足实用化要求。圈电流互感器的设计与研究-高压电器2009,45(5为了进一步提高传统空心线圈的互感系数及其稳定性,以获得高精度的测量结果,提出一种新型PCB板空心线圈电流互感器.它具有全新的物理结构,通过其自身采取的抗干扰措施能够有效的抵抗外界的电磁干扰;并且,经过简单的组合即能有效地提高其互感系数.分析了新型PCB板空心线圈电流互感器的传感原理及抗干扰机理,给出了在不同电流级别下PCB空心线圈的结构以及一次导线的摆放特点,并针对其中一种设计结构制作了实际模型,进行了线性度与抗干扰能力测试,结果表明:额定电流为100A时,其测量准确度达到了0.2级,且具有较强的抵抗外界电磁场干扰的能力.5.学位论文胡爱华基于空心线圈的电流互感器的数字化处理研究2003电子式线圈电流互感器的原理、结构及输出信号等与传统的电磁式电流互感器有很大不同,其性能会受外界磁场等因素的影响.本文对影响