關于電子式電流互感器的設計分析

周迅燕

摘 要：近年來，由于社會對電能的需求量不斷增加，電力企業的傳輸容量也在不斷的增加，而電子式電流互感器的設計成功，有效的確保了電力系統運行的安全性，而且有效的降低了成本，為數字化變電站的建設奠定了良好的基礎。文中從電子式電流互感器的類型和特點進行了分析，并進一步對電子式電流互感器的設計思想、光電池的選擇及電源性能參數進行了具體的闡述。

關鍵詞：電子式電流互感器；高壓側電源；供能電路

前言

傳統的電磁式電流互感器對于當前電力系統傳輸容量不斷加大，而且電壓等級不斷提升的情況其適用性越來越差，使電力系統的發展帶來了一定的制約作用。在這種情況下，開發電子式電流互感器則具有必然性，由于于其通過利用光通信及微電子技術，并采用新型的傳感原理，有效的規避了傳統電力互感器所存在的不足之處，利用數字信號進行輸出，確保了電力系統安全、穩定的運行，不僅實現了成本的節約，而且也實現了對二次設備的優化。目前數字化變電站的建設更是需要以電子式互感器和光纖通訊網作為其基礎，所以電子式電流互感器在當前電力系統運行了具有極為重要的意義。

1 電子式電流互感器類型及特點

1.1 無源式

無源式電子式電流互感器是不需要電源供電的光電電流和電壓測量的裝置，利用磁光晶體和光纖作為傳感器，而且光纖不僅可以作為信號傳輸通道，而且也可作為傳感元件，由于無源式互感器其種類較多，所以利用了較多的物理效應。

1.2 有源式

有源式電子式電流互感器其是以電子器件為其傳感頭，同時需要在一次側提供電源，利用一次側的采術傳感器來進行取樣，信號通道以光纖為主，將一次側的光信號在地面進行處理后將其還原為被測信號。這種有源式的互感器具有非常好的絕緣性和抗電磁干擾性，而且不僅制造成本得到了有效的降低，而且無論是體積還是重量都有所減小，而且能夠更好的將常規電流測量裝置的優勢有效的發揮出來，利用電子器件作為傳感頭，有效的規避了傳統傳感頭光路復雜及對溫度及振動敏感的問題。由于在有源式電流互感器上所采用的電阻和電容器件都是沿用了傳統的器件，具有更高的精確度，而且結構更為簡單，易與實現與計算機的聯通，更具有實用性。

2 電子式電流互感器的設計思想

2.1 基本原理

電子式電流互感器共分四個模塊傳感頭、光纖傳輸、信號接收單元、電子式互感器校驗儀，而傳感頭又是由Rogowski線圈、小信號鐵芯CT、A/D采樣及溫度補償、電能供應四個部分組成。

小信號鐵芯CT根據國家標準GB1208-1997對電流互感器的規定，對于測量通道，應保證在小于1.2倍額定電流的情況下能夠實現正常測量，誤差在規定的范圍之內；鐵芯采用硅鋼片或超微晶合金材料，環形穿心結構，沒有氣隙、漏磁少。

A/D轉換電路是整個傳感頭的核心部分，它的要求是A/D轉換器件功耗小、采樣率足夠高；線圈輸出的電流為正弦波，因此A/D轉換器件要具有雙極性輸入，串行輸出；采用時分復用方式傳送下行信號。

高電位側的電源供應問題現階段共有四種供電方式：特制CT線圈從母線采電的供能方式；激光供能方式；蓄電池或太陽能電池供能方式；超聲電源供能方式。

基于Rogowski線圈的電子式電流互感器主體是一個空心線圈，待測的母線電流從線圈中心流過，在線圈中產生感應電勢。由于線圈中沒有鐵芯，其輸出的電壓值很小，可以直接輸入微機系統，這樣就形成了集數據采集、實時處理系統于一體，經由光纖輸出數字信號的電子式電流互感器。

2.2 Rogowski線圈介紹

Rogowski線圈（羅氏線圈）又叫電流測量線圈、微分電流傳感器，其利用非鐵磁性材料進行環形纏繞，通過電流對時間的微風來對信號進行輸出，而且可以對輸出的電壓信號進行積分，從而實現輸入電流的真實還原。而且該線圈可以實時進行電流的測量，能夠快速的進行響應，不會有飽和和相位誤差的產生。所以可以用于繼電保護及一些大電流的場合。

2.3 其他模塊

首先，在進行光纖傳輸與光纖絕緣子設計時，對于傳光光纖需要通過絕緣結構時是允許的，而且要對各種過電壓具有較好的耐受性，抗震能力要相當好。同時在進行絕緣設計時需要確保絕緣結構具有小巧、靈活的特點，而且傳輸上需要采取無線傳輸。但這種設計也避免不了會存在一定的缺陷，即會存在傳輸的盲區，而且容易發生故障，不具有獨立性。

其次，信號接收機的組成分為四個部分：O/E變換部分（光電轉換）；邏輯控制電路部分-提供控制信號；信號接收機的模擬通道-數字還原成模擬信號；信號接收機的數字通道-將數據采集進計算機。O/E變換部分（光電轉換）將傳感頭傳下來的兩組信號：一組是數據信號，另一組是時鐘信號，轉換成電脈沖信號，器件采用PIN光電二極管，同時放大整形電路將微弱的電信號還原成標準的TTL電平信號。器件采用高精度的比較器。邏輯控制電路將系統的四路時鐘信號和數據信號分離開來，并產生器件要求的時序；送入D/A轉換器和PC機接口卡，分別進行處理。信號接收機的模擬通道將傳感頭傳輸的串行信號轉換為并行數字信號，送入到D/A轉換器件中。

最后一個模塊是電子式互感器校驗儀，它的原理是信號調理箱將基準信號和待測信號變換成高精度數據采集卡能承受的電壓信號，經采集卡進入計算機，得到兩個離散數據序列；通過對這兩個離散序列的軟件分析得到兩個信號各自的特征和它們之間的比差和角差；軟件分析的主要算法是基于離散信號的傅立葉變換。

3 電子式電流互感器光電池的選擇

光電轉換器件即光電池，其能夠將入射光能轉化為電能，從而實現激光器供電發出的能量以光的形式來進行傳送。目前可以選用的光電池具有較多的種類，但在實際工作中最為經常采用的還是硅光電池。由于其具有較高的轉換效率，所以更易于實現產品化和商業化的發展。而且電子式電流互感器的激光器輸出波長正好處于硅光電池的峰值波長之間，所以在光電池的最佳轉換工作狀態正好處于激光器輸出的波長之下。而且在高壓設備測量時，利用硅光電池的光照強度不會對器件及周圍環境的變化帶來敏感性。同時硅光電池的輸出電壓、電流及峰值功率都決定了其具有較好的寬廣光譜響應。光照靈敏度和良好線性，而且硅光電池自身也具有較好的穩定性，這就決定了在電子式電流互感器內選擇硅光電池是較為適宜的。

4 電子式電流互感器電源的性能參數

電子式電流互感器電源由光電轉換模塊和激光輸出共同組成，激光輸出模塊是主要有電流驅動，驅動電流為2.2A電流，可達到驅動電流要求。光纖的出口處光功率是1.6W，在利用光電進行轉換后的電功率可達125mW左右。

5 結束語

隨著信息化技術的快速發展，電子式電流互感器在我們的生活中得以廣泛的應用，所以需要確保電子式電流互感器的質量和可靠性，確保其在應用過程中能夠發揮更好的作用，同時我們也要加強對電子式電流互感器的研究力度，使其在應用過程中不斷完善，推動電力行業的健康發展。

參考文獻

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