电子式电流互感器相关问题汇总

电子式电流互感器的定义2023年，IEC依据基于光学和电子学原理的电流互感器(ECT)的进展趋势，制定了关于ECTIEC60044-8标准，明确电子式电流互感器(ElectronicCurrentTransformer:ECT)指承受传统电流互感器(CT),霍尔传感器、Rogowski线圈或光学装置作为一次转换局部，利用光纤作为一次转换器和一次转换器之间的传输系统用光纤传输信号，故电子式电流互感器亦称为光学电流互感器(OpticalCurrentTransformer:OCT)电磁互感器的优点在于性能比较稳定，适合长期运行.并且具有长期的运行阅历。电磁互感器的缺点：4.感器(CurrentTransformer:CT)己暴露出下述内在的致命弱点:1在危急;23电感饱和作用引起的持续性高幅值谐振过电压;4电磁式互感器含有铁芯因此动态测量的;体积重量均大，本钱过高;易产生干扰；不易与数字设备连接；因有绝缘油而导致易燃易爆炸等。已难以满足电力系统在线检测，高精度故障诊断，电力数字网进展需要电子互感器的优点数字化输出，简化了互感器与二次设备的接口，避开了信号在传输、储存和处理中的附加误差，提高了系统牢靠性。信号光纤传输，抗电磁干扰性能好，在强电磁环境中保证信号的准确性和牢靠性。无铁芯，不存在磁饱和、铁磁谐振现象，线性度好，绝缘简洁，动态测量范围大、频带宽、精度高。而且体积小、重量轻、低本钱，减小了变电低压没有开路危急，没有因存在绝缘油而产生的易燃、易爆等危急纤或电子线路。不存在这方面的问题。绝缘性能也比较好、电子式电流互感器动态测量范围大，精度高。电网正常运行时，流过电流互感器的电磁式电流互感器f}I为存在磁饱和问题，难以实现大范围测量，不能同时满足高精度计量需要、从而避开多个CT的冗余问题。电子式电流互感器抗电磁干扰性能好，低压侧无耳路高压危急。依据电磁式电流互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急响电子式电流互感器频率响应范围宽。电子式电流互感器实际能侧量的频率范围主要式电流互感器则难以进展这些方面的工作。电子式电流互感器体积小、质量轻，给运输与安装带来了较大的便利。它还可以用来测量电网中不同地点的电流。据美国西屋公司公布的345kV的电子电流互感器，其高度为2.7m，质量为IOgkg:}而同电压等级的充油电磁式电流互感器高为 S.lm,质量为2300kg因此电子式电流互感器在运输与安装方面比电磁式电流互感器便利因其质量轻，可以将其做成便携式的产品，用来测量电网中不同地点的电流。电子式电流互感器没有因充油而产生的易燃、易爆炸等危急。电磁式电流互感器一般承受充油的方法来解决绝缘问题，这样不行避开地存在易燃、易爆炸等危急;而电子式电流互感器绝缘构造简洁，可以不承受油绝缘，在构造设计上就可以避开这方面的危急。(8>电子式电流互感器适应了电力计量与保护数字化保护、高频分析等各个方面、与电磁式电流互感器相比，电子式互感器其有如下的一系列优点:绝缘性能优良，造价低。绝缘构造简洁，随电压等级的上升，其造价优势愈加明显。在不含铁芯的电子式互感器中，消退了磁饱和、铁磁谐振等问题。电子式互感器的高压侧与低压侧之间只存在光纤联系，抗电磁干扰性能好。电子式互感器低压侧的输出为弱电信号，不存在传统互感器在低压侧会产生的危险，如电磁式电流互感器在低压侧开路会产生高压的危急。动态范围大，测煲精度高。电磁感应式电流互感器因存在磁饱和问题，难以实理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。频率响应范围宽。电子式电流互感器已被证明可以测出高压电力线上的谐波，还可进展暂态电流‘高频大电流与直流电流的测量。没有因充油而产生的易燃、易爆等危急。电子式”.感器一般不承受油绝缘解决绝缘问题，避开了易燃易爆等危急。体积小、重量轻。电子式互感器传感头本身的重量一般比较小。据前美国西屋公345kV的光学电流互感器(OCT).2.7m.109kg.而同电压等级的充6.1m77l8kg，这给运输与安装带来了很大的便利。可以和计算机连接，实现多功能，智能化的要求，适应了电力系统大容量、高电.电子互感器的缺点：但是，这些缺点被认为是临时的，随着光电子技术和计算机技术的进步，这些缺点将是可以消退的。电子互感器的分类：依据高压区工作单元是否需要供电，ECT通常可分为有源型和无源型两大类其中无源型电流互感器又分为磁光型，全光纤型，混合电流型依据传感机理分类分为Faraday电磁感应原理鹤Faraday磁旋光效应原理电子式电流互感器有两种传感原理:FaradayFaraday磁旋光效应原理。属于Faraday电磁感应原理的有铁心线圈和空心线圈两种传感构造，空心线圈构造的电流互感器又叫做RogowskiFaraday磁旋光效应原理的包括块状玻璃和光纤两种传感构造，这类电流互感器又叫做光学电流互感器。Rogowski线圈电流互感器和光学电流互感器是两种主要的电子式电流互感器。工作原理：有源型电流互感器以电磁感应为其工作原理，以各种采样线圈为其传感器无源型电流互感器以法拉第效应为其工作原理感器有源型电流互感器的工作原理：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承受电源。有源型ECT(ActiveECT:AECT)高压侧的采样线圈对一次电流采样形成采样信号，经放大、调制〔直接A/D转换[2]、相位调制[3]、频率调制[4]与脉宽/脉位调制[5]等光纤是联系高、低压侧的介质，并未参与到对电流的传感过程中去。因而，AECT实际上是一种光纤传导技术和CT技术的组合体，属于非功能型光纤传感器的范畴。无源电流互感器的优缺点：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决的问题。无源式电子互感器的优点是在传感头局部不需要简单的供电装置各种方法都在试验室条件下取得了肯定成果，但都不同程度地存在着通用性差、装置简单等缺点，未能有效抑制这个困难，其争论还有待进一步深入。力量差等。由于传感头完全由电子线路构成，而它的电源供给是通过光电池等光电转换器件得到稳定的电源也是一个很重要的问题、由于电源的J_作是否稳定将直接影响到一个重要的技术难题。(2)传感头的抗干扰问题由于传感头安装在电流母线侧，电流流过母线法仍旧是需要解决的难题之一、有缘电流互感器高压侧电源问题：常见的为AECT高压侧电路供电技术有悬浮电源技术[14-15]、激光供电技术[2]与太阳能电池供电技术[16-18]。其中悬浮电源技术比较接CT在很宽的一次电流范围内能够正常工作，且需实行适当的措施防止电压/电流浪但本钱昂贵导致难以承受；太阳能电池供电不很便利且供电功率偏小。有源电流互感器前景展望随着超高压输电网络的建设，冲击电流达百万级甚至更大的电力装备的应用，传统的电磁式电流互感器很难满足电力系统的进一步进展要求，需查找更抱负的型电流互感器。一种基于现代光电、半导体技术和计算机技术成就而进展的电气测量的方法应运而生。尽管无源型ECT比有源型有更长的争论历史ECT承受的主要是相对成熟的电子技术，故其有可能先于无源型实现有用化。依据IEC60044-8标准制定出的适应本国状况的国家技术标准是ECTECT技术标准的工ECT技术标准中包含了ECT输出接口的规定，但与其连结设备的接口问题尚未解决，这是阻碍ECT投入有用的障碍之一。这方面虽然已有争论报告[72-73]，但仍需重点争论并尽快建立与ECT接口适配的后续设备接口标准ECT均已见产品宣传ECT的温度与振动稳定性仍有待于进一步提高。对于ECT优越性的宣传、提高电力行业有关人员对ECT技术的了解与认同程度也是实现ECT有用化必需解ECT技术具有传统CT无法比较的内在优点ECT技术的日趋成ECT必定具有格外奇特的有用化前景。无源式电子互感器一次侧不需供电电源.具有较大的优势，但光学装置制作工艺简单，稳定性不易掌握，而有源式电子互感器目前争论较为成熟、实际投人运行比较多，获得了大量的现场运行阅历，有望首先得以推广应用。国际电工委员会关于电子式互感器的标准已经出台，我国的电子式互感器国家标准己根本完成，近期将公布，国家电子式互感器的检测中心已经建立于武汉高压争论所，这预示着电子式互感器的产品化应用已经具备了行业标准内外的争论构造和生产厂家经过3。多年的争论和探素，不少企业投资电子式互感器制造领域，在试验室和现场挂网都积存了肯定的阅历.推动了产品化、市场化的进程。电网改造及数字化自动化的需求，在将来的几年内，会在各种电网等级中将会大量安装和使用.由干电子式互感器的优点.电子式互感器全面代替传统的互感器是不行避开的。电子电流互感器低功率应用的缘由目前，在电力系统中广泛应用的以微处理器为根底的数字保护装置、电网运行监视与掌握系统以及发电机励磁掌握装置等，不再需要用大功率来带动，仅需5vuAmA级的电流就可以了〔i;}。因此承受低功率、紧凑型电压PTCT将高电压、大电流变换为数字装置所要求的电压和电流水平，是电力系统技术创面临的重要任务。这对降低电力系统建设和运行成本，提高电力系统牢靠性具有重要意义。定义定理：〔磁光式电流互感器〕法拉第(Faraday)MOCT的工作原理为当一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时，线偏振光的偏振面就会线性随着平行于光线方向的磁场的大小发生旋转。通过测量载流导体四周线性偏振光偏振面的旋转角度，就可间接地测量出导体中的电流值。由于目前尚无高准确度测量偏振面旋转的检测器，所以通常承受检偏器将线偏振光的并进展放大处理，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上作条件，而且在外界应力、温度等条件变化的状况下，保护较稳定的Verdet常数，因此对系统的电子电路系统的稳定性要求较高。主要问题有:1(2)射。双折射效应使入射到磁光材料的线性偏振光变成椭圆偏振光，从而使检偏器的输出光强度变化不与被测电流成正比。利用双光路减弱干扰双折射时.光路系统相当简单FOCT灵敏度和测量精度。干扰问题。由于承受的是磁光效应的原理，因而简洁受到导体四周磁场的影响而产生干扰问题，造成测量误差。环境温度的影响。璃的VerdetLED的发光波Verdet常数变化导数成正比，Rogowski线圈相当于一个微分关系，需要一个积分器来进展相位校正复原电流信号。其测量原理为:当被测电流iRogowski线圈时，在线圈出线端感应出电势E,E与初idi/dt成比例。该信号经积分器得到与i成比例的电压信号;由放射电路把这个电压信号变成调制光脉冲信号，通过光纤传到低电位，在低电位端，经接收电路变换把光信号解调为电信号，对信号进展处理，复原成所测量的电流信号。HOCT的技术难点是传感头取信号绕组(Rogowski线圈)的制作。采样绕组可以用传统的电流互感器，但Rogowski线圈由围绕于非磁性材料骨架上的导线组成，不存在非线性和磁饱和等现象。因此，如何设计低功率输出、构造简洁、线性度良Rogowski线圈在这种互感器的争论和设计中就显得尤为重要。供电电源的设计。HOCT高压侧的电子电路需要有电源供给才能够正常运行，由于高压侧和低压侧没有HOCT的难点。高压侧电路的电源问题〔s-ash是电子式电流互感器的技术难点。供电方式有激光供电、太阳能电池供电、超声波供电等。这些方式的能量都取自外部，不受电力系统运行状况影响。激光供能属于低压侧外部电源供电方式，稳定性高，但价格比较高。其他两种方.式比较难实现，本钱高，不符合实际。就地解决供电的方案有悬浮式电源和用高压电容分压器从高压母线上取能量两种。利用集中式电容分压器能同时解决供电电源问题和电压采样问题，但在电力系统消灭故障，线路电压猛跌时也不能正常供电。悬浮式电源构造简洁、本钱低廉，缺点是:电力系统小负荷时，不能正常供电存在死区，可以考虑备用电源(电池)，来弥补供电死区。光学电流互感器的进展前景1994年国际电气与电子工程师协会(EEE)下属技术工作组和光纤传感工作组对光纤互感器的进展趋势做了简洁的预言，认为高牢靠性、高精度、大测量范围的光学电流互感器将广泛的应用到电力和其他领域当中，试验室争论和现场应用的距离将逐步缩小。实践说明光学电流互感器具有以下特点:数字化、智能化是光纤电流互感器进展的必定趋势;2>光纤电流互感器争论将在理论、试验和有用三个方面更严密地结合;3)光纤电流互感器的进展将促进磁、光、电材料的进一步开发。国际电工委员会(IEC)于1999年出台了“电子式电流互感器”的标准草案EC60044-8,为开发利用电子式光电电流互感器供给了标准依据。由于光电式电流互感器和传统的电磁式电流互感器相比有很多突出的优点，估量将来的50年中，光电式电流互感器会在各种电压等级的电网中大量安装和使用，除此之外，光电式电流互感器还可以用于一些其他场合，比方便携式电流互感器、高频电流测量、冲击大电流测量等。积分器的设计：3.3传感头用积分器的设计di/dti(t)形式。可见积分器是个格外重要的环节，只有完成准确积分才能保证后级信号变换和整个系统的精度。模拟有源积分器是测量仪器和掌握系统中应用比较广泛的一种集成运放电路，本设计中用其做电流信号复原电路。长期以来，模拟积分器的设计困难严峻阻碍了Rogowski线圈的广泛应用，所以现ABBPASSRogowski线圈电流测量的传感头承受了数字积分器实现信号的复原;(ADIADE7759Rogowski线圈输出信号进展积分调制。但在设计中并不适用，主要是由于数字积分芯片接口简单、掌握烦琐，不利于简化电路;同时数字积分芯片较低的采样率不能猎取充分的电流信息，特别是测量暂态信号时。本文主要探讨模拟积分器的应用问题。以下将对积分器参数对系统测量精度的影响及提高积分器测量精度的一些措施进展研究。现实中抱负运算放大器不行能存在，总会存在失调电压、偏置电流等不抱负的因素，从而造成积分误差。3.4.1线圈设计的原则及测试性能改善措施Rogowski线圈不存在饱和、具有良好的线性特性，且体积小、重量轻，可以认为RogowskiRogowski线圈量测性能。Rogowski线圈时应当留意以下问题1.使线圈的感应电势听从安培定律，并且在电流穿过线圈时，线圈的灵敏度与位置无关，必需尽量使线圈的平均半径远大于线圈截面半径，这样可以近似认为整个线圈内部的磁场强度H处处相等。在制作工艺方面:骨架精加工，使截面积均匀。线匝均匀密绕并与磁通方向垂直，从N,S均匀。这样制成的空心线圈为无定向构造，在简单外界磁场下也能够准确测量被测电流，且母线在线圈内的相对位置变化时引起的误差足够小。考虑到长期运行、外界环境对温度稳定性的需要，选用热膨胀系数尽可能小的材料制成骨架。选用的漆包线不能过细，以免绕制过程中发生断线90度，越偏离这个角度，线圈对外界的干扰磁场越敏感。1.2国内外光学电流互感器的争论概括2060年月兴旺国家就开头纯光学电流互感器(OCT)90年Ut-m,_i11982年左右OCT专题争论小组，以块状构造的磁光式电流互感器(MOCT)为主，对MOCT的传感头构造、温度问题、信号处理、计量、继电保护以及MOOT的长期161kV独立式OCT(1986^)kV组合式光纤电流互感器(OCT)/光学电压互感器(OVT)161kV的继电OCT(1987)。日本及德、英、法、瑞士等国在磁光式电流互感器(MOCT上也进展了大量的争论工作。西屋公司研制出的样机于1986年进展过单、三相计ABB收购。19916ABBT&D345kVOCT4个月后，0.496。目前，ABB公司不仅拥有电压等级从72.5kV800kVOCTOCT，并在多个地区挂网运行。2023Nxtphase公司利用在激光陀螺争论中的成果，研制成功全光纤式电流互感器(AFOCT)0.2115kV-500kV全系列全光纤式电流互感器产品，该产品己在美国的亚利桑纳州电力公司运行。德国西门子公司也在争论类似的全光纤式电流互感器。近年来，由于全光纤式电流互感器构造简洁，灵敏度高，各国都加大了全光纤式电流互感器的争论力度。2090年月，随着电子技术和计算机技术的不断进展，集成电路不断推A/D变换器、压控振荡器信号处理芯片己经进入有用化阶段，各国开头重视电子式电流互感器的研制工作‘，”。这种传感器和滋光式电流互感器的主要区分在于传感头完全是由电子线路组成的。英国的LiverPooL1993年研制的有源式电子互感器，承受参数变压器从电流母VFC1.5mW。为提高系统牢靠性，他们设计了两套同样的传感头安装在高压母线侧，当一套系统消灭故障时，另一套备用系统会自动启开工作;为了消退温度对系统的影响，传感头通过光学温度传感器将传感头的温度信息传递给低电位的接收端，通过温度补偿的方式消退温度对传感头准确度的影响〔sJRITZ互感器公司与德国的大学合作，争论出了同样的产品，近年来，德国的RITZ公司又推出了自己的50A^-3000Ao1992ABB公司也研制了这种有源电子式电流互感器。据有关资料报道，ABBA/D采集式电子式电流互感150uW110kV的变电站投入运行，0.5nsl。但在这套系统中，电流的采样率I.5kps,测量出的工频电流信号的相角误差较大。经多年争论改进后，ABB72kV^-765kV全系列有源电子式电流互感器产品，承受Rogowski50A}-4000A，整个测量系统的准确度0.5级。Alstom123^-765kV1995年以来，Alstom公司的电子式电力互感器已有多台在欧洲及北美运行。美国的PhotonicPowerSystemsA/D采集式电流互感器产品化，其承受的也是激光供电方式。这套系统最大的优点在于其将测量和保护两组信号同时采样并传送给地电位侧的信号处理单元，而且传感头承受多路信号组合方式，可以同时采集传感头的温度、电压以及报警等信号，已在美国、芬兰等国的变电站中得到了较广泛的应用。此外，由西门子公司制造的，目前在我国天生桥一500kV500kV35kV的激光供能的电子式电流互感器己有十几台。与以上这些国家的产品进展水平相比，我国对于电子电流互感器的争论还比较落后。近十几年，清华大学、华中科技大学、武汉大学、西安交通大学、燕山大学、大连理工大学、沈阳沈变互感器制造和上海MWB互感器制造等都较早的在光电式电流互感器进展了争论，也取得了肯定的成果。其中，清华大学和中国电力科学争论院利用国家自然科学基金共同研制110kVOCT1991年通过国家鉴定并挂网试运行。华中理工大学与广东会供电199312月在广东会供电局大泽变电站进展正式挂网运行，于1994年110kV,100^-300A0.3级。由于光学器件、电子器件和光电子技术的现状影响了我国对电子式电流互感器的根底争论，因此，电子式电流互感器的研制还处于初级的状态，准确度约为0.50.5级，大都还未到达上网运行的要求。近年来，清华大学研制出了有源式电子电流互感器样机，其准确度已接近0.2级电流互感器的国家标准高品质的电流互感器长期以来是电力系统领域的争论热点。90Far