电子式互感器

电子式互感器南京中德维护控制系统09年02月一、背景知识研制背景：随着IEC61850规范在数字化变电站中的运用，作为过程层设备的互感器也逐渐数字化。电子、通讯技术的飞速开展使得维护、测控、计量安装不再需求高功率输出的互感器。随着超高压电网的建立，传统互感器存在分量和体积加大，价钱上升，防爆绝缘困难，磁饱和时输出信号畸变严重等一系列问题。一、背景知识在以上情况下，我公司开发了新一代电压，电流互感器-电子式电压，电流互感器。电子式电流互感器采用Rogowski线圈或低功率小铁心的设计原理。电子式电压互感器采用电阻、阻容、串联感应分压的原理。输出均为小电压信号，可直接与合并单元，继电维护，仪表安装接口。一、背景知识电子式电压、电流互感器特点：不含铁芯或含小铁芯，不会出现饱和和铁磁谐振。功耗小，节电效果显著。体积小、分量轻、精度高、线性好、丈量范围宽，抑制了传统电磁式电流互感器的频带窄、呼应慢等缺陷。电流互感器二次开路时不会产生高电压，电压互感器二次短路时不会产生大电流，从根本上消除了电力系统运转中的艰苦缺点隐患，最大程度地保证了人员和设备的平安。一、背景知识互感器特点〔续〕：无油或少油设计，环保且提高了平安性，减少了维护任务量。本钱低，见效快，对现有中、低压电气设备的改造具有现实意义。二、任务原理电子式电流互感器任务原理：〔1〕罗氏〔Rogowski〕线圈设计原理罗氏线圈是将导线均匀地绕在非铁磁性环形骨架上，一次母线置于线圈中央，因此绕组线圈与母线之间的电位是隔离的。由于不存在铁心所以不存在饱和景象。假设母线电流为i(t)，根据法拉第电磁感应定律，罗氏线圈两端产生的感应电势：e(t)=-Mdi/dt,其中M为互感系数罗氏线圈两端产生的感应电势e(t)经过积分器处置后得到与被测电流成比例的电压信号，经处置、变换后，即可得到与一次电流成比例的模拟量输出。二、任务原理罗氏〔Rogowski〕线圈原理表示图：

Zi(t)e(t)非磁性骨架二次绕组二、任务原理〔2〕低功率小铁心线圈原理小铁芯线圈式低功率电流互感器是传统电磁式电流互感器的一种开展，小铁心线圈式低功率电流互感器包含一次绕组小铁心和损耗极小的二次绕组。二次绕组上衔接集成元件Ra，因此，其二次输出为电压信号。二次电流I2在集成元件Ra上产生的电压降Us，其幅值正比于一次电流且同相位。而且，互感器的内部损耗和负荷要求的二次功率越小，其丈量范围越宽、准确度越高。其原理图如下：二、任务原理低功率小铁心线圈原理表示图：

二、任务原理电子式电压互感器任务原理：〔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，其输出在整个丈量范围内呈线性，其原理图如下：二、任务原理上图中：1—均压电极，Ra—高压臂电阻，Rb—低压臂电阻，该原理将一次高电压转换成低电压，经处置后输出符合规范的二次电压。Tv是过电压维护安装，一旦出现Rb损坏，可以限制二次电压升高维护丈量系统。由于高压端与分压器本体及分压器本体与地之间存在杂散电容，使分压器产生误差，而且电压分布不均匀。为改善电压分布、减小分压器误差，在分压器高压端加屏蔽电极，以补偿分压器对地杂散电容。同时，在接地端加屏蔽电极，使分压器对地杂散电容相对固定。二、任务原理〔2〕阻容分压原理〔GIS适用〕原理表示图如下：电容分压是经过将柱状电容环套在导电线路外面来实现的，柱状电容环及其等效接地电容构成了电容分压的根本回路。二、任务原理思索到系统短路后，假设电容环的等效接地电容上积聚的电荷在重合闸时还未完全释放，将在系统任务电压上叠加一个误差分量，严重时会影响到丈量结果的正确性以及继电维护安装的正确动作，长期任务时等效接地电容也会因温度等要素的影响而变得不够稳定，所以对电容分压的根本丈量原理进展了改良。在等效接地电容上并联一个小电阻R以消除上述影响，从而构成新的电压丈量电路〔阻容分压〕。电阻上的电压Uo即为电压传感头的输出信号：e(t)=RC1du/dt，R<<1/(ωC2)二、任务原理〔3〕电容分压原理〔户外独立式适用〕原理表示图如下：e(t)=Us*C1/(C1+C2)，R>>1/(ωC2)二、任务原理输出电压由C1和C2的容值比决议。这种分压技术来自传统的电容式电压互感器〔CVT〕，目前采用传统的电容分压器来获得低压小信号〔普通为数伏〕。同上述原理〔2〕一样要处理C2上电荷释放的问题。二、任务原理〔4〕串联感应分压器原理串联感应分压器是由多级不饱和电抗器串联而成的,输出电压信号从串联在电路中的小电抗上取出,其原理图如下所示：二、任务原理N1—分压器主绕组，N2—平衡绕组，N3—耦合绕组。根据需求,信号可以在高压端取出,也可以在分压器接地端取出。串联感应分压器是参照串级式电压互感器原理制成的。平衡绕组和耦合绕组的作用是保证感应分压器在不同电压、不同负载〔允许范围内〕时的各个电抗器单元的磁势平衡，而使各个单元接受电压平衡。N2、N3匝数的详细数值必需在初步设计后，又经过丈量各元件分布电压的方法来调整。二、任务原理有源电子式电流、电压互感器通用框图：三、性能比较三、性能比较四、工程运用〔1〕独立型电子式电流互感器在高压丈量系统中的运用，表示图如下：四、工程运用罗氏线圈、低功率线圈〔LPCT〕数据采集模块位于高电位部分；合并单元，维护测控安装位于低电位部分。高压系统和低压系统经过光纤处理绝缘问题由公用激光器产生高能激光和取能线圈为采集模块供电。由于本钱要素，适用于110kV以上电压等级。四、工程运用〔2〕独立型电子式电流电压组合互感器在高压丈量系统中的运用，表示图如下：四、工程运用电流互感器与电压互感器可组合为一体，实现对一次电流电压的同时丈量。电流传感器采用LPCT及空芯线圈。电压互感器采用电容分压器传感一次电压。采用激光供能与母线取能相结合的方法为采集器供电。四、工程运用〔3〕基于低功率线圈原理的电子式电流互感器在中低压丈量系统中的运用，表示图如下：四、工程运用电子式互感器输出为低功率的模拟信号，直接接入间隔安装。间隔安装接纳同步采样脉冲对模拟信号采样，供功能实现运用，同时也可设计IEC61850-9-1/2规范的采样值输出接口，与其它智能安装进展数据共享。这种方式通常运用于中低压开关柜内。一次信号与二次信号的绝缘较易处理；间隔安装与电子式互感器间隔较近。取消了价钱昂贵且寿命较短的激光供能系统，减小了本钱，提高了可靠性。五、小结上述电子式互感器的根本任务原理还是采用经典的法拉第电磁感应原理，基尔霍夫电流电流定律。此类电子式互感器技术交融了现代电子和通讯技术，同时也满足IEC61850-9-1/2，IE