有源式电子电流互感器高压侧供能电路的设计研究毕业设

1、.摘要：.； I摘要随着高压输电工程的开展，我国的电压等级向更高迈进。以及电力系统朝大机组、高电压、大电网、高自动化方向开展,系统的短路电流愈来愈大,传统的电磁式电流互感器的弊端日益凸现,而基于Rogowski线圈原理的有源型电子式电流互感器(ECT)因其丈量精度高,呼应速度快,无磁饱和等优点，于是电子式电流互感器曾经成了国内外研讨的热点，但有源型ECT的高压侧信号处置单元必需求有供电电源,因此有源电子式互感器高压侧电路的供能问题那么是研讨任务中的关键技术。本文首先简要地综述了电子式电流互感器的研讨情况和开展趋势,然后重点引见有源电子式电流互感器中高压侧电路的供电问题,对电子式电流互感器的任务

2、原理作了分析，对国内外的研讨现状进展了讨论,并对基于Rogowski线圈原理的有源型ECT作了整体的设计，得到了一些有益的结论。电流互感器是电力系统中的重要设备，本文选用一种适用于有源电子式电流互感器高压侧供能电源的的设计方案，经过CT取能，经整流，滤波，稳压等后续电路处置后，给高压侧提供稳定的12V电压。将该电路进展实验，胜利得到测试结果，并运用protel软件完成其PCB电路板设计。关键词：电子电流互感器 有源式 高压侧电源 供能方式Abstract IVAbstractAlong with the development of hv-transmission project, our v

3、oltage rating to higher ahead. And power system toward large units, high voltage, power grid, high automation direction, system short circuit current, the traditional assolenoid style increasing the disadvantages of current transformer is the protruding, and based on the principle of the active Rogo

4、wski coil electronic current transformer (annual autocatalyst output) because of its high measurement precision, fast response, without magnetic saturation, etc. So electronic current transformer has become the hotspot research at home and abroad, but active type of high pressure side annual autocat

5、alyst output signal processing unit must have the power supply, and therefore active electronic instrument transformer of high voltage side circuit problem is powering the key technology research work. This paper firstly reviewed briefly the electronic current transformer is research status and deve

6、lopment trend, then the key introduction active electronic current transformer in high pressure side of the power supply circuit, the working principle of electronic current transformer is analyzed, and the research situation at home and abroad are discussed, based on the principle of the active typ

7、e Rogowski coil the overall design annual autocatalyst output, and some useful conclusion are obtained. Current transformer is the important equipment power system, this paper selects a kind of suitable for active electronic current transformer is powering the high-pressure side, the design of power

8、 by CT take the rectifier, filtering, voltage circuit, such as processing, subsequent to high voltage side provide stable 12V voltage. PCB design of the circuit is completed by protel. The experiment is done with the circuit, and the test results are quite well. Keywords：electronic current transform

9、er; active; high voltage power supply ; supply method目录目录摘要IAbstractII1绪论 11.1引言 11.2电磁式电流互感器面临的主要问题11. 3电子式电流互感器的更高要求 .11.4电子式电流互感器的消费及影响 .21.5电子式电流互感器的主要特点 .31.5.1电子式电流互感器的优点31.5.2电子式电流互感器的缺陷 .41.6电子式电流互感器的发现状及运用前景51.7电子式电流互感器的研发难点及处理途径 .71.8本论文研讨的主要内容 .82电子式电流互感器原理概述 92.1引言 .92.2常规电子式电流互感器原理概述 .9

10、2.3电子式电流互感器的简介 .102.4电子式电流互感器的任务原理 .112.4.1无源式电子电流互感器的分类 .122.4.2有源式电子电流互感器 .142.5电子式电流互感器的根本构造 .192.6本章小结 .203高压侧供能电路的研讨 .223.1有源电子式电流互感器的根本原理 .223.2几种供能方法的分析比较 233.3已有供能方法的改良 .273.4组合供能方式的讨论 . 273.5新技术运用的能够 .273.6高压侧供电电路电源方案讨论 .283.7电源详细实现方案 .303.8原理图设计.353.9本章小结 .36结论 .37致谢 38参考文献 .39附录大图电路原理图 40

11、河北工程大学毕业设计阐明书 1 绪论1.1 引言电流互感器是电力系统中较重要的高压设备之一，它被广泛地运用于继电维护、电流丈量和电力系统分析之中。然而，随着现代科学的开展，许多传统的电力电气设备都已被采用高新技术的新设备取代。作为这一趋势的一个崭新的例证，电子式电流互感器ECT将有能够成为传统的电流互感器CT的更新换代产品。1.2 电磁式电流互感器面临的主要问题传统的电流互感器是电磁感应式的，它的主要优点在于性能比较稳定，适宜长期运转。但随着输电线路电压升高到超高压与特高压，传统的充油式CT已暴露了出一系列内在的、致命的缺陷，主要表如今：潜在的忽然危险，例如，忽然性爆炸及绝缘击穿引起单相对地短

12、路等系统的不稳定要素；假设输出的二次测负荷开路将会产生高压，对配电设备甚至人身平安呵斥危害；随着电网电压等级的不断提高，绝缘问题的处理，必然使得电流互感器体积增大，本钱增高，设备变得极为笨重；由于电磁感应式电流互感器是用铁心制成，因此，对高频信号呼应特性较差，这样，对高压线路上的暂态过程不能正确反响。它的二次侧输出对负荷要求很严厉，假设二次负载较大，丈量误差就增大，准确度下降；对于高压及特高压电厂站来说，占地面积较大，传输二次侧的电信号间隔 较远，故要求运用的二次侧电缆的横截面积增大，容易产生干扰；维护任务量大，如对于油浸式电流互感器还要定期对绝缘油进展化验、测介质损耗和处理渗漏油等问题；目前

13、运用的电磁式电流互感器在正常任务时磁通密度很低，而在系统发生短路缺点时，由于远方短路电流很大，使磁通密度大大添加，有时甚至远远超越饱和值，从二次侧的电流与原电流相比，在大小和相角上不可防止地出现误差。13电子式电流互感器的更高要求我国超高压输电工程的开展，电压等级大幅添加，电网容量越来越大，对互感器提出了更高的要求，主要表达在以下几个反方面：1.向更高的电压等级迈进，要求绝缘平安可靠。对电压互感器而言，其绝缘应证在电网最高任务电压下长期任务，同时可以接受各种短时的过电压作用而不受损伤；2.当温度设计可靠，动热稳定性好。对电流互感器而言，在母线经过最大电流时，互感器各个部分的温升不允许超越设定值

14、，以保证平安运转。同时在大电流下，一，二侧绕组要可以接受电动力的作用而不损坏。对电压互感器来说，要确保在一次电压 下，二次侧发生短路并历时1S时间内，互感器无热效应和机械性损伤；3.小型化，维护方便，顺应市场和用户需求。1.4 电子式电流互感器的产生及影响随着超高压输电网络的建立，冲击电流达10 A甚至更大的电力配备的运用，传统的电磁式电流互感器很难满足电力系统的进一步开展要求，需求更理想的新型电流互感器。一种基于现代光电、半导体技术和计算机技术成就而开展的电气丈量的新方法应运而生。与知的在高压侧安装的一次和二次回路之间利用磁的，电的，无线电的，热的，辐射的，光耦合为根底的电流丈量方法一样，光

15、电方法是最有开展前景的方法之一。光电丈量的物理原理是将输入的电信号变换成为光信号，光信号沿光通道传输又重新变换成为带有后级放大的电信号。这一电信号经过后级信号处置电路的处置后，将传送给计算机或继电维护等安装。利用光纤技术把高电位的电气信号传输到地面，可以很容易的处理绝缘问题。高压输电线上的电流丈量问题完全可以用光纤技术来实现，利用光学和光纤通讯技术的研讨成果，世界上的一些兴隆国家曾经研制出了多台电子式电流互感器。这些新型的电流互感器具有高的丈量精度，大的动态电流范围和宽的频率丈量特性，可以满足表计和继电维护的数字化。这些电流互感器的根本丈量部分与电压等级无关，运用于不同的电压等级时只需改动光纤

16、的长度和绝缘套管的长度就可以了。电子式电流互感器对变电站自动化系统的影响主要有：(1) 简化了继保设备:目前电力系统中广泛用以微机为根底的数字维护，不需求大功率驱动，只需弱电信号就可以了，因此采用光电互感器不用经过电量变送器就可以将高电压，大电流变换为微机维护所需的电压电流程度。光电互感器模拟输出省去了继保的小CT,PT,光电互感器的数字输出省去了继保的AD.(2) 促进了微机维护的精度和可靠性：光电互感器促进了微机维护的开展，提高了微机维护的精度和可靠性，例如纵差维护的可靠性大大提高。(3)对电力系统的缺点快速呼应，灵敏性高：现有的维护安装由于受传统的互感器性能的限制，其维护原理根本上是基于

17、工频量进展维护判别的。易受过渡电阻和系统振荡，磁饱和等影响，其维护性能难以满足当今电力系统向着超高压，大容量，远间隔 方向的开展要求。利用缺点时的暂态信号量作为维护判别，是微机维护的开展方向。它对互感器的线性度，动态特性都有较高的要求，光电互感器能满足这一要求，而传统互感器那么不能。(4) 促进变电站自动化的开展：光电互感器与 微机维护接口的规范化将大大促进光电互感器和变电站自动化的开展。(5) 满足电力系统准确计量的要求：光电互感器的丈量精度高，可以到达0.2级，丈量范围宽；输出数字信号，更方便与数字电能表接口；可动态显示和存储电能，有功无功功率等参数。(6) 可方便实现电力系统自动化功能：

18、将电压电流传感器集于同一绝缘构造中，构成组合型光电互感器，大大提高性价比；光电互感器不仅可以做成独立式的互感器，而且可以装在GIS,PASS等高压开关和变压器的电流套管中，与其他光纤传感器一同使一次设备智能化和多功能化。(7) 有利于实现变电站数字化，光纤化和智能化：光电互感器的信号和传输方式都可以采用光缆实现，而光信号的突出优点和光纤通讯技术的广泛采用使得变电站内部以及和上级站之间的数据传输更加可靠和迅速 。开创了未来光纤化变电站的愉快前景。1.5 电子式电流互感器的主要特点1.5.1 电子式电流互感器的优点(1) 电子式电流互感器没有磁饱和，铁磁振荡等问题。由于电磁式电流互感器运用了铁芯，

19、不可防止的存在磁饱和，铁磁共振和磁滞效应等问题，而电子式电流互感器采用的是磁光玻璃，光纤或电子线路，不存在这方面的问题。(2) 电子式电流互感器绝缘构造简单，绝缘性能好。电磁式电流互感器的绝缘构造非常复杂，尤其是对于电压等级比较高的电流互感器来说，绝缘部分要耗费大量的电工资料，体积也非常庞大；而电子式电流互感器由于采用了光纤和比较轻便的绝缘子支柱，其绝缘构造比较简单，绝缘性能也比较好。(3) 动态丈量范围大，精度高： 电网正常运转时，流过电流互感器的电流并不大，但短路电流普通很大，而且随着电网容量的添加，短路缺点时的电流越来越大。电磁式电流互感器由于磁饱和问题，难以实现大范围丈量，不能同时满足

20、高精度计量和继电维护的需求。电子式电流互感器有很宽的动态范围，额定电流可测到几十安培至几千安培，过电流范围可达几万安培，一个电子式电流互感器可同时满足计量和继电维护的需求。从而防止多个CT的冗余问题。(4) 抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压危险：根据电磁式电流互感器的丈量原理，它的二次回路不能开路，低压侧存在开路高压危险。由于光电式电流互感器的高压侧与地压侧之间只存在光纤的联络，而光纤具有良好的绝缘性能，保证高压回路与二次回路在电气上完全隔离，低压侧没有因开路而产生高压的危险，从而防止了电磁干扰的影响。(5) 频率呼应范围宽：电子式电流互感器实践能丈量的频率范围主要取决于电子线路部分，这种电

21、流互感器已被证明可以测出高压电力线上的谐波，还可以进展暂态电流，高频大电流与直流电流的丈量。而电磁式电流电流互感器那么难以进展这诸多方面的任务。(6) 体积小，分量轻，运输与安装方便，节省空间：它可以用来丈量电网中不同地点的电流。据美国西屋公司公布的345KV的光学电流互感器，其高度为2.7米，分量为109公斤。而同电压等级的充油电磁式电流互感器高为5.1米，重达2300公斤，这给运输与安装带来了很大的方便。因其分量轻，可以将其做成便携式的产品，用来丈量电网不同地点的电流。(7) 没有因充油而产生的易燃，易爆炸等危险：电磁式电流互感器普通采用充油的方法来处理绝缘问题，这样不可防止的存在易燃，易

22、爆炸等危险；而电子式电流互感器绝缘构造简单，可以不采用油绝缘，在构造设计上就可以防止这方面的危险。(8) 顺应了电力计量与维护数字化，微机化和自动化开展的潮流：根据目前的数字化继电维护的需求，电流互感器应该可以提供数字化的电流信号，电子式电流互感器与电磁式电流互感器相比更容易实现这些功能。可以广泛的运用于电流丈量，继电维护，高频分析等各个方面。1.5.2 电子式电流互感器的缺陷：(1) 由于电子式电流互感器运转温度在较大范围内变动，传感头对温度和振动比较敏感。为了保证高准确度，稳定性和可靠性，电子信号处置部分的线路将比较复杂特别是低电位侧的电子线路尤为突出。(2) 对于有源式电子电流互感器而言

23、，传感头主要由电子线路组成，必需求对电子线路提供可靠的供电电源。假设电源供应不稳定，将大大影响到系统的准确度。此外，供电电源所能提供的能量有限，所以电子电路的功耗不能太大，这样，如何简化传感头的电子线路成为另一个棘手的问题。 但是，这些缺陷被以为是暂时的，随着光电子技术和计算机技术的提高，这些缺陷是可以消除的。1.6 电子式电流互感器的研讨现状及运用前景早在20世纪60年代，一些科技兴隆国家就开场着手研讨电子式电流互感器，而到80年代末期就已具运转价值。目前，全世界已投入运转的电子式电流互感器已有不少，有些公司曾经构成正规产品投放市场，如ABB公司，在1991年就宣布消费了用于计量和继电维护用

24、的345KV电压等级的新型电流互感器。美国于 1988年左右就研制出用于 161KV 的电子式电流互感器，1992年又研制胜利了345KV的电子式电流互感器。该互感器的最大丈量值达2KA，准确等级为0.3级。此外，前苏联和日本也较早组织有关研讨院和电力公司进展电子式电流互感器的研讨，前苏联研制出电压等级达750KV的频率脉冲调制式的电子式电流互感器，而日本已研制胜利300KV的电子式电流互感器及 1000KV的电子式电流互感器丈量系统样品。在 2002 年国际大电网会议涉及维护与就地控制研讨委员会的会议上，几个跨国公司引见了他们研制和运用电子式电流互感器的胜利阅历。 ABB 公司引见了混合输入

25、既有模拟量输入，又有数字量输入的条件下误差维护的胜利阅历。西门子公司以为，采用电子式电流互感器、电压互感器的关键在于同步采样。处理的途径是：过采样，用极高的速率采样；在间隔层内实现同步；全站经过变电站自动化系统传输同步信号。法电集团公司EDF引见了新型互感器的实验情况。他们在一个400KV变电站、一条170KV没有架空地线的线路缺点率大上，装设法拉第效应光纤电流互感器，采用点对点通讯协议与微机维护通讯。实验从2001年开场，共9次缺点，维护安装均正确动作。实验室实验和现场运转实验的结论是：新型互感器的精度和可靠性都有保证，通讯协议灵敏，可用于不同的功能，点对点通讯节省投资。目前他们正在同一个变

26、电站做进一步实验，包括安装丈量表计以验证新型互感器的丈量精度、采用Rogowski线圈的互感器的实验等。我国的一些厂商、科研院所和高等院校也在努力讨论研制电子式电流互感器，并获得一些实际上的成果。但真正运用于实践工程中时，依然有一些详细的技术问题需求处理。例如，互感器的配置数量和安装位置、与二次设备的接口等，新型互感器的研制一定要和相关二次设备的开发同步进展，相关的单位需求亲密配合，提出一个全面处理方案。沈阳变压器帮是我国最早开场研制电子式电流互感器的厂家之一，其在20世纪80年代就把研制出10KV的电子式电流互感器挂网运转，但在当时由于运转不太理想而后又被撤除。在1991年，由清华大学和中国

27、电力科学院共同研制的110KV电子式电流互感器经过国家鉴定并挂网试运转。1993年底，由原华中理工大学研制胜利的110KV电子式电流互感器在广东省新会供电局挂网试运转。随着电力系统输电电压不断提高和电网容量的不断增大，电力系统在发生短路缺点时短路电流大大添加，非周期分量的衰减周期延伸，系统要求维护切除缺点的时间越短越好。随着微机维护技术的不断成熟和开展，为电力系统的平安运转提供可靠的保证。根据电力系统分析实际，我们知道，电力系统在发生短路缺点时，按特征来分，其过程以时间的先后顺序可分为行波过程、电磁暂态过程和稳态过程。微机维护技术可以做到在电力系统发生短路而出现行波过程时，判别出系统发生缺点和

28、缺点类型，从而以最短的时间切除缺点。但由于电磁式电流互感器在系统发生缺点时，在行波过程和电磁暂态过程中，由于受磁饱和及铁心对高频信号灵敏性不够的影响，不能将电力系统发生短路开场瞬间的高压侧丰富的频率信号照实而不失真地转变成二次侧信号，从而妨碍了微机维护的进一步开展电子式电流互感器有良好的运用前景。国际电工委员会关于电子式电流互感器规范的出台，以及我国曾经酝酿起草的电子式电流互感器国家规范，预示着电子式电流互感器的产品化运用已初步具备了行业规范，为电子式电流互感器的市场化提供了根底平台。经过几年的电网改造，电网的综合自动化程度得到了很大提高，对相应的网络瞬态维护提出了更快速的要求。随着电网的扩展

29、，输电线路越来越长，传统的电流互感器曾经无法满足间隔 维护的瞬态特性要求，估计在未来510年中，电子式电流互感器会在各种电压等级的电网中大量安装和运用。国内外研讨单位对电子式电流互感器的技术进展了近30年的探求，无论在实验室还是在现场挂网试运转，都已积累了一定的阅历，特别是基于采样线圈配光纤型的电子式电流互感器曾经具备了产品化的条件。国内外不少企业斥资投入电子式电流互感器制造领域，也推进了电子式电流互感器的市场化运用进程。另外，国内已有公司针对无源型ECT的光学玻璃传感头中线性双折射问题，从传感头资料这个根本问题入手，投入巨资刻苦攻关，研制出热膨胀系数极小的ECT公用玻璃，一举攻克了这个困扰多

30、年的技术难题，胜利地研制出了采用光学玻璃电流传感头的无源型ECT，从而为我国无源型ECT研讨开发开创了一条新路。1.7 电子式电流互感器的研制难点及处理途径电子式电流互感器高压侧电路的研讨是研讨有源电子式电流互感器研制中的关键技术，目前常用的供能方式主要有利用电流互感器或电容分压器从母线上取能，激光供能，太阳能供电及蓄电池供电等，本课题主要针对CT供能方式进展研讨。CT供能的根本原理是利用特制CT从母线上感应电压，经过整流，滤波，稳压等后续电路处置后，给高压侧电子电路提供所必需的电源。采用这种方法面临两个困难：当母线电流处于空载等小电流形状时，如何保证电源的正常供应;而当母线处于超越额定电流的

31、大电流形状,甚至是短路缺点电流时,又要给予电源板足够的维护.为理处理这些问题，可采取以下措施：一是对CT铁心资料进展挑选，选择坡莫合金构造特制CT；二是设计了相应的控制方案，确保在母线电流变化比较大，尤其是出现大电流情况下，可以有稳定可靠的电源输出。采取这些措施后，在31000A的电流变化范围内，获得了5V的稳定电压输出。如选取铁基纳米晶资料构造CT铁心，并在过电压防护，能量泄放电路，电磁兼容设计等方面进展研讨，可以提供两路5V和一路12V电源，各路电源的纹波均小于20mV，提供的总功率为200mW，确保了高压侧电路的正常任务。另外，其他供能方法如激光供能及太阳能供电方式如能在中心技术上获得突

32、破，将具有更光明的运用前景。而在新型供能方法的研讨上，超声波输电与微波输电方法在很多领域都有多年研讨阅历的积累，如能在某些技术难点上加以提高，有能够运用到有源电子式电流互感器中。1.8 本论文研讨的主要内容(1) 有源式电子电流互感器实现高压侧对传感头的输出信号进展模拟量与数字量的转换，需求设计相应的电子电路，本论文将处理该电路的供能问题做为研讨的主要内容。(2) 利用CT从母线上取能的电路设计即特制CT从母线上感应电压，经过整流，滤波，稳压等后续电路处置后，提供应高压侧电子电路所必需的电源。作出电路实物衔接线路，并进展实验。(3) 根据所做电路完成相应的电路板设计.2 电子式电流互感器原理概

33、述2.1引言 电流互感器是电力系统中计量和继保所需求的重要设备，新型的电子式电流互感器以无磁饱和，丈量精度高，呼应频带宽等突出的优点而成为研讨的热点，根据高压部分能否需求供电，电子式电流互感器ECT可分为有源电子电流互感器和无源电子电流互感器。本章对几种电子式电流互感器的任务原理和整体构造进展了引见。2.2常规电子式电流互感器原理概述电流互感器是变换电流大小的互感器,其二次电流与一次电流本质上成正比,相位差接近于零.电流互感器按其用途可分为丈量用电流互感器和维护用电流互感器,有时一台互感器可兼作两种用途.丈量用电流互感器的用途是传送电流信号给指示仪表,计算仪表,以丈量线路正常任务时的电流和电能

34、.对丈量用电流互感器的主要要求是:在规定的负荷下有足够的准确度;同时为维护丈量仪表,其最大二次电流应有一定的限制. 维护用电流互感器分为稳态维护和暂态维护,稳态维护用电流互感器常用于系统的过负荷,发电机的接地维护,以及发电机,变压器的差动维护.具有良好的暂态特性的电流互感器要求可以在要求的时间内,不失真的将一次电流转换为二次电流,为电力系统继电维护安装提供不失真的电流丈量. 准确级电流误差%以下额定电流时%相位差，在以下额定电流时%( ) crad5201001205201001205201001200.10.40.20.10.1158550.450.240.150.150.20.750.35

35、0.20.2301510100.90.450.30.30.51.50.750.50.5904530302.71.350.90.91.03.01.51.01.01809060605.42.71.81.8表2-1 丈量用电流互感器的误差限值控制室部分2.3 电子式电流互感器的简介 国际电工委员会为电子式电流互感器专门制定了规范.该规范不但对电子式电流互感器的各部分包括传感头,过程层和间隔层之间的通讯等等都作了详细规定而且还对电子式电流互感器的测试做了规定,对电子式电流互感器的一些重要参数作了严厉定义和规定.由于以前的系统采用电磁式电流互感器,运用模拟接口,为了与原有的系统兼容,允许电子式电流互感器

36、带有数字输出接口外,还应该有模拟输出接口.电子式电流互感器的运用技术主要思索到以下几点： (1) 数据同步的问题数据同步问题是指二次设备需求采样的数据是在同一个时间点上采得的.即采样数据的时间同步,以防止相位和幅值产生误差.对于电磁式互感器的输出信号就不存在这个问题.处理同步问题有差值计算和运用两种方法.差值计算是由二次设备完成的,根据互感器提供的假设干个时间点上的采样值,差值计算得到需求时间点上的电压电流值.运用那么是站内一致的时钟信号,互感器在送出的采样值中打上时标,提供应二次设备.(2) 数据的实时传输问题通常运用在变电站自动系统各层中有大量的数据需求交换其中间各层和过程层需求交换的数据

37、有互感器的电流电压采样实时数据,对设备的控制命令,对设备的监测和诊断数据.现代变电站的设备都是数字安装,电子式电流互感器直接提供数字信号,简化了数字安装的硬件构造;传送的是数字信号,不受负载的影响,系统误差仅存在于传感头本身,减小了系统误差;其输出的数字信号可以方便的进展数字通讯.以上诸多特点,将会对变电站产生综合影响.2.4 电子式电流互感器的任务原理电子式电流互感器的实现方法有很多种，总的来说，可分为有源式和无源式两大类。无源式电子式电流互感器的传感头 部分不需求电源，例如采用法拉第磁光效应的电子式电流互感器。有源式电子式电流互感器的传感头部分需求电源供应，例如采用激光供能的电流互感器。以

38、下图为电子式电流互感器的根本原理图：丈量通道线圈维护通道线圈速饱和电流互感器A/D转换器电压监视DC-DC变换温度监视LED数据LED时钟数字仪表PC机D/A转换控制及信号处置PIN光转换PIN光转换高压母线绝缘子传感头部分时钟数据图2-1电子式电流互感器根本原理图2.4.1无源式电子电流互感器的分类无源式电子电流互感器可分为磁光式电流互感器，全光纤型电流互感器以及混合型电流互感器三种。 (1) 磁光式电流互感器磁光式电流互感器是利用法拉第磁光效应的原理即磁致光旋转效应对电流进展丈量的：当一束线偏振光经过置于磁场中的磁光资料时，线偏振光的偏振面就会线性的随着平行于光线方向的磁场大小发生旋转。通

39、流导体周围线偏振光偏振面的变化，就可以间接的丈量出导体中的电流值。由于目前尚无高精度丈量偏振面旋转的检测器，所以通常采用检偏器将线偏振光的偏振面角度变化的信息转化为光强变化的信息， 图2-2 磁光式电流互感器丈量原理图然后经过光电管将光信号变为电信号，并进展放大处置，以正确反映最初的电流信息。这种电流互感器要求磁光晶体传感头具有较稳定的任务条件，而且在外界应力，温度等条件变化的情况下，维护较稳定的V常数，因此对系统的电子电路系统的稳定性要求较高。(2) 全光纤型电流互感器全光纤型电流互感器是指传光，传感部分都采用光纤。从原理上可分成光纤干涉型与全光纤效应型两类。光纤干涉型电流互感器又可分为利用

40、光纤Mach-Zechnder干涉仪和利用全光纤Sagnac干涉一两种，但FOCT中最具代表性的还是基于法拉第次光效应型。为了减少温度的影响，传感头普通在导线上绕有n圈光纤，并有消除双折射的特殊构造设计。这种传感头具有构造简单，灵敏度可随光纤的长度变化而变化等特点。但在实现挂网运转中遇到提高准确度与长期稳定性的实际及实际问题，很复杂，需在实际与工艺性能等方面开展深化的研讨。(3) 混合型电流互感器混合型电流互感器是只传光采用光纤，传感采用磁光资料，普通采用磁光玻璃。经过仔细选择传感头的光学资料与构造，制造出高性能的电流互感器。根据传感头能否带有铁心，可分为加集磁环式混合型电流互感器与闭环式混合

41、型电流互感器。加集磁环式混合型电流互感器传感头部分光路比较简单，但由于有铁心，仍存在缺点电流下的饱和，磁滞景象及铁心资料的非线性及温度效应，加上丈量结果根通流到体的位置有关，影响因数较多，使该类电流互感器难以实现高精度丈量，因此高精度丈量设备很少采用这种设计方案。 图2-3 加集磁环式混合型电流互感器原理图闭环式混合型电流互感器构造设计主要思索线偏振光在两种不同界面上发生全反射时，电矢量相互垂直的两个分量之间要产生相位差而影响丈量精度。为了减少这一相差影响，光路设计时要思索相位补偿。常见的补偿方法是让光在改动光路方向时经过俩次全反射，前后两次全反射的入射面相互垂直，是相互垂直的两分量经过两次全

42、反射后相移的大小一样，而总的相位查恰巧被抵消为零。这种方法具有几何特点，故被称之为几何相位补偿法。2.4.2 有源式电子电流互感器有源式电子电流互感器又被称为电子式光纤电流互感器。这种电流互感器与无源式电流互感器相比主要的不同之处在于它在高电位侧的传感头采用的是电子器件，而不是磁光晶体或光纤。因此，高电位侧必需有相应的供电电源。高电位侧电子器件的供电方式有激光供电方式，母线电流供电方式和电容电流供电方式。根据传感头的采样方式以及信号调制方式不同，可分为调幅时，压频转换采款式和AD转换式三种电子式电流互感器。 (1) 调幅式电子电流互感器调幅式电子电流互感器构造图如图2-3所示。其具有构造简单，

43、高速动作的特点。相角误差可以经过调理放大电路的内部相移而减小，但是要求发光二极管和光敏二极管的温度不稳定性进展特殊的补偿措施。实际和实验均阐明，沿光纤被测电流的信息和校正信息一同传输是最好的处理方法。但是由于光纤传输的是模拟信号，温度和其他噪声要素对电路的影响比较大，系统任务不够稳定，因此调幅式电子电流互感器运用起来有一定困难。采样线圈电源供应E/O变换校正信号发生E/O变换滤波器放大校正信号解调解调器负载光纤U out 高压母线 图2-4 调幅式电子电流互感器构造图(2) VCF式电子电流互感器VCF式电子电流互感器的构造如图2-4所示。母线电流经过采样绕组后进入压频转换电路，即V/F转换后

44、，电流的变化将被转变成脉冲频率的变化。这一脉冲信号经过电光变换器件后，变为光脉冲，经过光纤传到地电位侧。地电位侧的光电转换期间将光信号复原成电信号，经过放大器的放大后进入频率-电压转换电路，即FV转换部分。这样，母线侧的电流信号就可以变成可以反映在示波器上的模拟信号。也可以将该电信号送入单片机或微机进展信号处置，完成电能计量，继电维护，在线丈量等功能。采用VF变换器的主要优点是构造简单，占用的计算机资源较少，准确度，抗干扰性能比较高，比较适宜信号的远间隔 传输，比较容易满足同是传输多路信号的需求。 采样线圈时序控制电路V/F变换稳定的电源供应O/E变换前置放大F/V变换单片机示波器观测微机光纤

45、U out 高压母线E/O变换图2-5 运用VFC的电流互感器(3) ADC式电子电流互感器ADC式电子电流互感器的任务原理：传感头对高压母线电流进展采样，然后将采样得到的电信号送到电光转换器件转换成光信号，由光纤将光信号传送到低压位侧。在低压位侧光信号经过光电转换元件变成电信号，进过信号处置系统处置后输出。ADC式电子电流互感器的构造如图2-5所示，这种互感器与VCF变换器的构造类似，但他又有如下的特点：高电位侧用A/D变换器取代了VF变换器，地电位侧用D/A变换器取代了F/V变换器；经过A/D转换出的信号驱动LED经过光纤将光信号串型串引导地电位侧，经过放大器的放大后，在经过D/A转换器将

46、数字信号复原成为模拟信号。随着集成电路工业的开展，A/D转换器件的种类越来越多，转换器的精度越来越高，转换时间在不断的减小。这些新产品的出现使得高电位侧采用A/D转换期间进展采样成为能够。由于A/D转换器对时序有要求，必需在高电位侧加上时序控制电路。在A/D转换式电流互感其中，经常要求传输多种信号，如温度，电压信号等。光纤传输普通采用两种方式，一种是多路频分复用，即将要传输的信号调制在不同的频率上， 在用同一根光纤传输，同样在信号接受方进展频率的解调，从而获得不同的信号。另一种方式是采用多路时分复用，即在不同的时段传输不同的信号，在接纳端经过采样线圈时序控制电路A/D变换稳定的电源供应O/E变

47、换前置放大D/A变换微机处置示波器观测低通滤波器光纤U out 高压母线E/O变换 图2-6 ADC式的电流互感器的构造不同的时段标志将信号解调出来。因此在这种情况下，为了将多路信号传送到低电位侧，必需采用两根光纤传送信息，一路是时钟信号，而另一路是数据采样信号。 ADC式电子电流互感器的主要优点是，由于A/D变换器的转换精度比较高，可以经过选用适宜的A/D变换起来满足系统对精度的要求，传感头的功耗比较小，接纳端的电路相对比较简单，可以直接和计算机进展数据传输。目前，英国的南安普顿大学曾经研制出了这种光电电流互感器，他们经过采用中大规模CMOS集成电路，传感头的电功耗仅为1mW而传感头的电源提

48、供是靠一个20mW左右的激光器提供的光能量经过硅光电池转化成为电能得到的，传感头经过多个物理传感器将多路采集信号传送给低电位电路，数据传送时钟2KHZ，传感头经过两路光纤将同步时钟和数据信号传送给低电位侧的接纳电路。虽然这套系统的电功率很小，但是据报道，由于A/D转换器的转换时间较长，为1.28ms。由此引起的相角误差比较大，大约相当于23度的角差。系统的角差并不可以满足普通电力系统的要求。有源式电子电流互感器的研制过程中面临的主要问题是高电位侧传感头的电源供应问题和电磁兼容问题。由于传感头完全采用了电子线路，而它的电源供应是经过光电池等光电转换器件得到的，假设传感头电子线路耗费能量过大，那么

49、也必将要求能量提供单元提供更高的能量输出，这会将整个系统的构造复杂化。因此，应该尽量减少电子线路的功率耗费。以有限的能量实现较为完好的功能。此外，由于传感头安装在高压输电线附近，电流流过母线将会呵斥空间强大的电磁辐射，这些辐射将对传感头电子线路产生比较强的电磁干扰，影响系统的可靠性。因此，对传感头采用适当的抗干扰措施和电磁屏蔽方法也是非常必要的。(4) 有源组合式光电电流互感器有源组合式光电电流互感器的电路任务原理如图2-6所示,它同时可以实现电流和电压的丈量。传感头的电源采用串级变压器供能。根据电路所处的电压环境可以分为高压端电路和低压端电路。高压端电路主要由电压电流传感器，信号放大电路，A

50、/D采样电路与编码电路组成。电流传感器采用Rogowski线圈。由于是空心线圈，它具有以下优点：二次电压与一次电流，频率成正比：不存在直流偏流和过电流的饱和问题，频率范围宽，呼应快等。采用电容分压器提取电压信号，丈量仅存在幅值误差而不存在角差问题。幅值误差完全可由CPU进展计算修正。为了提高丈量精度以满足实践需求，丈量电路设置8个档位，可丈量40倍的额定电流与10倍的额定电压。电路可根据输入情况自动换档，并将档位情况送至A/D与编码电路，以便A/D选取模拟通道与对档位进展编码。编码的作用如下：方便提取时钟；提供桢的起始与终止序列；可采用前向过失控制纠错FEC编码后的信号经光纤传至低压端电路进展

51、处置。在低压端电路中，信号经信号放大电路去噪整形后送至同步与解码电路。同步与解码电路的作用是产生时钟信号，转换终了信号与恢复原始A/D信号。根据转化终了信号CPU对Rogowski线圈的丈量结果进展积分计算，并对积分结果与电压采样信号进展幅值与相位角修正。为了便于运用，互感器提供了数字信号输出与模拟信号输出端口。数字信号输出端口为系统的自动化控制提供了方便，模拟信号输出端口为用户的改型提供方便。光电转化信号输出接口同步解码电路光纤模拟信号生成电路CPU低压端信号放大电路电容分压器高压端模拟通道选择电路编码电路信号放大电路A/D采样电路导线Rogowski线圈图2-7 数字组合式光电互感器的电路

52、原理构造2.5 电子式电流互感器的根本构造系统组成如图2-8给出了电子式电流互感器的整体构造图.系统分为高压端和低压端两部分,高压部分包括传感头,转换器,电压和温度的监视电路,电源部分,低压部分包括时序控制发生器,数据存取以及与机接口电路,模拟量输出部分.系统中的高压部分和低压部分用既能传输光信号有能起绝缘作用的光纤衔接起来.丈量通道线圈维护通道线圈速饱和电流互感器A/D转换器电压监视DC-DC变换温度监视LED数据LED时钟数字仪表PC机D/A转换控制及信号处置PIN光转换PIN光转换高压母线绝缘子传感头部分时钟数据图2-8 系统组成构造图2.6 本章小结本章主要引见了几种电子式电流互感器的

53、根本任务原理。总体上讲，这几种光电电流互感器的可行性都比较高，但各有其优缺陷。 无源式电子电流互感器的优点在于其传感头在设计上没有电源供应的问题，但是这种互感器在技术上与磁光资料的选择有亲密的关系，而且，磁光资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处理的问题。有源式电子电流互感器的优点在于采样精度比较高，构造更加简单，比较容易和计算机实现直接通讯，但是它的缺陷在于传感头的电源供应和传感头的任务稳定性的问题，存在精度低，电子线路任务不稳定以及抗干扰才干差等缺陷。综合以上情况，本文将稳定的电源供能方式作为研讨对象。 3高压侧供能电路的研讨 3.1 有源电子式电流互感器的

54、根本原理典型的有源式电子电流互感器的根本原理见图3-1，它分为高压侧电路，低压侧电路以及光纤传输3个模块。 其中，高压侧电路的作用是将传感元件的输出信号进展模拟量与数字量的转换，以方便利用光纤进展信号的传输，而低压侧电路的作用那么是将光纤传送下来的信号进展处置，并将结果送入相应的丈量与继电维护设备。可见，为了确保高压侧电子电路的正常任务，必需提供稳定，可靠的任务电源。图中的虚线给出了几种能够的供电方式，这里采用虚线的目的是阐明能够的供电方式有很多种，而在实践运用当中通常是在众多方式中选取某一种。高压母线光纤继电维护丈量大功率激光器光纤光电池供能电路高压侧电路传感元件取能元件低压侧电路 图3-1

55、 有源式电子电流互感器的原理图3.2 几种供能方法的分析比较目前常用的供能方式主要有利用电流互感器CT或电容分压器从母线上取电能,激光供能,太阳能供电及蓄电池供电等,下面就对这些方法的优缺陷进展详细的分析比较.(1)利用CT从母线上取电能利用CT从母线上取电能的典型电路见图3-2。其根本任务原理是高压侧电路的供电由特制取能CT二次侧的感应电压变换得到,经过整流,滤波,稳压等后续电路处置后,提供应高压侧电子电路所必需的电源. 采用这种方法面临两个困难:当母线电流处于空载等小电流形状时,如何保证电源的正常供应;而当母线处于超越额定电流的大电流形状,甚至是短路缺点电流时,又要给予电源板足够的维护。电

56、源线圈高压母线整流滤波滤波稳压供电控制电路控制线圈铁心 图3-2 利用CT供电的典型电路表示图 为理处理这些问题,采取了多种措施:一是对CT铁心资料进展挑选, 选择坡莫合金构造特制CT;二是设计了相应的控制方案,确保在母线电流变化比较大,尤其是出现大电流的情况下,可以有稳定可靠的电源输出。采取这些措施后,在31000A的电流变化范围内,获得了5V的稳定电压输出。另外，选取铁基纳米晶资料构造CT铁心，并在过电压防护，能量泄放电路，电磁兼容设计等方面进展了深化研讨，可以提供两路5V和一路12V电源。各路电源的纹波均小于20mV提供的总功率为200mW确保了高压侧电路的正常任务.基于这种供能方式设计

57、出了相应的电子式互感器样机,获得的效果还是令人称心的。(2) 利用电容分压器从母线上取电能利用高压电容分压器取电能的思想类似于CT取电能,都是就近取材的想法.其根本电路见图3-3。高压电容分压器从母线上获得电能后，也要经整流，滤波，稳压等处置措施，然后才可以给高压侧电路供能。在这方面进展了细致的研讨，经过调整电容C的大小来获取不同的电流输出,从而到达设计的功率要求。高压母线CIUR1C1r 图3-3 电容分压取电能电路表示图采用该方法面临着比CT取电能更大的困难，首先是如何保证取能电路和后续任务电路之间的电气隔离问题，这要求更为严厉的过电压防护和电磁兼容设计；其次就是这种方法有着更多的误差来源

58、，温度，杂散电容等多种要素都将影响该方法的性能。因此获取电源的稳定性和可靠性较CT取电能方法为差；另外就是采用这种方法得到的功率有限，虽然可以经过改动电容C的大小来调整功率输出，但过大的电容将会带来更多的问题。(3)激光供能激光供能的根本原理见图3-4。该方法采用激光或其他光源从低电位侧经过光纤将光能量传送到高电位侧，再由光电转换器件光电池将光能量转换为电能量，经过DC-DC变换后提供稳定的电源输出。由于激光二极管的任务原理可以确保光供率在一定温度条件下的稳定，所以经过光电池转换后得到的电源也相对比较稳定，且电源的纹波也比较小，噪声低，不易遭到外界其他要素的干扰。当然，这种方法也存在缺乏，由于

59、受激光输出功率的限制，特别是光电池转换效率的影响，该方法提供的能量有限，因此对高压侧电路提出了微功耗设计的要求，加大了电路设计的难度。由于该方法的优点突出，因此在诸多供能方法中得到了最为广泛的注重。ABB公司研制的激光供能电子式电流互感器从350kV到 500kV乃至直流都曾经在现场运转,激光管的输出功率1.5W寿命10万小时。而在我国那么只需西门子公司消费的激光LDPD高压母线供电光功率转换高压侧光纤低压侧激光二极管电源电源DC-DC变换器 图3-4 激光供能方法的根本原理供能式的电子式互感器得到了胜利的现场运用，在广州某变流站里曾经平安可靠地运转了几年。美国Photonic Power S

60、ystems 公司研制胜利的激光供能电子式电流传感器,激光管输出功率为250mW光电池光电转换效率高于40%。而在激光供能构造的设计上，经过细致深化的研讨，提出了3种设计方案：1采用波分技术WDW在一根小芯径光纤上同时传输能量和数据。2采用一条单模通讯光纤传输数据，同时运用另一条大芯径光芯传输能量。3采用一条单模通讯光纤传输数据，同时运用多跟大芯径光纤传输更多的能量。目前普遍采用的是利用不同的光纤分别传输数据和能量，而传送能量的光纤数目那么可根据求灵敏选取。(4) 太阳能供电太阳能电池的多年研讨与开展积累下来的阅历使得其在有源电子式互感器中的运用成为能够。图3-5就是其运用表示图，由于太阳能电