基于羅氏線圈的電子式互感器可靠性分析

楊浩

摘 要：電子式互感器線路簡單實用，工作可靠，具有線性度好、測量精度高、動態測量范圍大、響應速度快、帶頻寬等性能。隨著智能化變電站的大量建設，電子式互感器在電力系統中的實際應用越來越廣泛。該文針對基于羅氏線圈的電子式互感器進行可靠性分析，并提出改進措施。

關鍵詞：羅氏線圈 電流互感器 積分器模型 可靠性

中圖分類號：TM452 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0058-02

電子式互感器是電力系統中電能計量和繼電保護的重要設備，其精度及可靠性與電力系統的安全、可靠和經濟運行密切相關。該文針對現行投運在智能變電站中的基于羅氏線圈的電子式互感器，分析其工作原理，針對信號采集和傳輸過程中的一些工程應用問題，搭建羅氏線圈等效模型、積分模型并進行仿真，對電子式互感器積分電路相頻特性進行了分析，討論了實際情況中GIS中快速暫態過程對電子式互感器的影響，并提出一些改進措施。

1 羅氏線圈聯合積分器特性

羅氏線圈聯合積分器時的等效模型如圖1所示，圖中虛線左邊為羅氏線圈等效電路，虛線右邊為理想的硬件積分器。u 0為羅氏線圈聯合積分器的最終輸出。

式（4）中，只關系到幅頻響應的衰減倍數，不會影響到相頻響應特性，故可令式中，得到采用積分器時羅氏線圈電流互感器的頻率響應特性。羅氏線圈聯合積分器的響應下限截止頻率接近于0 Hz，上限截止頻率接近105 Hz級，在上下限截止頻率之間的頻率范圍內，頻率響應特性恒定，羅氏線圈電流互感器輸出信號的幅值和相位與一次輸入電流信號保持相同。因此，在頻率不是非常高的情況下，羅氏線圈聯合積分器將能完美地測量被測電流的各種頻率分量。

1.2 穩態特性分析

電力系統中電流互感器測量的電流大多數時候都是正弦穩態電流，互感器具有良好的穩態特性是其的基本要求。正弦穩態下的羅氏線圈等效模型中雜散電容C0對應的容抗遠大于取樣電阻Ra，忽略C0簡化分析，結合積分器的響應函數，可得羅氏線圈聯合積分器的響應函數為：

令，根據上式仿真出采用積分器的羅氏線圈電流互感器的穩態響應，羅氏線圈電流互感器的輸出與被測電流的幅值關系和相角差僅決定于羅氏線圈和積分器自身的參數，輸出至與被測電流同相位。

1.3 暫態特性分析

當羅氏線圈電流互感器用于繼電保護時，必須研究其對故障暫態電流的傳變能力。一般情況下，暫態電流中可能含有衰減直流分量和基波分量，由于羅氏線圈不含鐵芯，為一線性電路，則根據線性電路的性質，羅氏線圈對暫態電流的響應即它對各分量的疊加，因此可分別研究羅氏線圈電流互感器對暫態電流各分量的響應。

IEC60044-8定義暫態電流瞬時值近似表達如下所示。

經過仿真輸出發現，羅氏線圈電流互感器的暫態響應波形對被測電流波形的跟隨性很好，準確度高。因此，羅氏線圈作為繼電保護用的電流互感器在理論上是完全可行的，而且由于羅氏線圈不含鐵芯，沒有暫態飽和問題，將具有比傳統的模擬式電流互感器不可比擬的優良暫態性能。

參考文獻

[1] 陳慶，李紅斌，張明明，等.3種Rogowski 線圈的設計及其性能分析[J].儀器技術與傳感器，2005（7）：54-58.

[2] 謝彬，尹項根，張哲，等.基于Rogowski 線圈的電子式電流互感器的積分器技術[J].繼電器，2007，35（3）：45-50，86.