有源式電子電流互感器高壓側(cè)供能電路的設(shè)計研究畢業(yè)設(shè)

1、.摘要：.； I摘要隨著高壓輸電工程的開展，我國的電壓等級向更高邁進(jìn)。以及電力系統(tǒng)朝大機(jī)組、高電壓、大電網(wǎng)、高自動化方向開展,系統(tǒng)的短路電流愈來愈大,傳統(tǒng)的電磁式電流互感器的弊端日益凸現(xiàn),而基于Rogowski線圈原理的有源型電子式電流互感器(ECT)因其丈量精度高,呼應(yīng)速度快,無磁飽和等優(yōu)點，于是電子式電流互感器曾經(jīng)成了國內(nèi)外研討的熱點，但有源型ECT的高壓側(cè)信號處置單元必需求有供電電源,因此有源電子式互感器高壓側(cè)電路的供能問題那么是研討任務(wù)中的關(guān)鍵技術(shù)。本文首先簡要地綜述了電子式電流互感器的研討情況和開展趨勢,然后重點引見有源電子式電流互感器中高壓側(cè)電路的供電問題,對電子式電流互感器的任務(wù)

2、原理作了分析，對國內(nèi)外的研討現(xiàn)狀進(jìn)展了討論,并對基于Rogowski線圈原理的有源型ECT作了整體的設(shè)計，得到了一些有益的結(jié)論。電流互感器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，本文選用一種適用于有源電子式電流互感器高壓側(cè)供能電源的的設(shè)計方案，經(jīng)過CT取能，經(jīng)整流，濾波，穩(wěn)壓等后續(xù)電路處置后，給高壓側(cè)提供穩(wěn)定的12V電壓。將該電路進(jìn)展實驗，勝利得到測試結(jié)果，并運(yùn)用protel軟件完成其PCB電路板設(shè)計。關(guān)鍵詞：電子電流互感器 有源式 高壓側(cè)電源 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目錄目錄摘要IAbstractII1緒論 11.1引言 11.2電磁式電流互感器面臨的主要問題11. 3電子式電流互感器的更高要求 .11.4電子式電流互感器的消費及影響 .21.5電子式電流互感器的主要特點 .31.5.1電子式電流互感器的優(yōu)點31.5.2電子式電流互感器的缺陷 .41.6電子式電流互感器的發(fā)現(xiàn)狀及運(yùn)用前景51.7電子式電流互感器的研發(fā)難點及處理途徑 .71.8本論文研討的主要內(nèi)容 .82電子式電流互感器原理概述 92.1引言 .92.2常規(guī)電子式電流互感器原理概述 .9

10、2.3電子式電流互感器的簡介 .102.4電子式電流互感器的任務(wù)原理 .112.4.1無源式電子電流互感器的分類 .122.4.2有源式電子電流互感器 .142.5電子式電流互感器的根本構(gòu)造 .192.6本章小結(jié) .203高壓側(cè)供能電路的研討 .223.1有源電子式電流互感器的根本原理 .223.2幾種供能方法的分析比較 233.3已有供能方法的改良 .273.4組合供能方式的討論 . 273.5新技術(shù)運(yùn)用的能夠 .273.6高壓側(cè)供電電路電源方案討論 .283.7電源詳細(xì)實現(xiàn)方案 .303.8原理圖設(shè)計.353.9本章小結(jié) .36結(jié)論 .37致謝 38參考文獻(xiàn) .39附錄大圖電路原理圖 40

11、河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計闡明書 1 緒論1.1 引言電流互感器是電力系統(tǒng)中較重要的高壓設(shè)備之一，它被廣泛地運(yùn)用于繼電維護(hù)、電流丈量和電力系統(tǒng)分析之中。然而，隨著現(xiàn)代科學(xué)的開展，許多傳統(tǒng)的電力電氣設(shè)備都已被采用高新技術(shù)的新設(shè)備取代。作為這一趨勢的一個嶄新的例證，電子式電流互感器ECT將有能夠成為傳統(tǒng)的電流互感器CT的更新?lián)Q代產(chǎn)品。1.2 電磁式電流互感器面臨的主要問題傳統(tǒng)的電流互感器是電磁感應(yīng)式的，它的主要優(yōu)點在于性能比較穩(wěn)定，適宜長期運(yùn)轉(zhuǎn)。但隨著輸電線路電壓升高到超高壓與特高壓，傳統(tǒng)的充油式CT已暴露了出一系列內(nèi)在的、致命的缺陷，主要表如今：潛在的忽然危險，例如，忽然性爆炸及絕緣擊穿引起單相對地短

12、路等系統(tǒng)的不穩(wěn)定要素；假設(shè)輸出的二次測負(fù)荷開路將會產(chǎn)生高壓，對配電設(shè)備甚至人身平安呵斥危害；隨著電網(wǎng)電壓等級的不斷提高，絕緣問題的處理，必然使得電流互感器體積增大，本錢增高，設(shè)備變得極為笨重；由于電磁感應(yīng)式電流互感器是用鐵心制成，因此，對高頻信號呼應(yīng)特性較差，這樣，對高壓線路上的暫態(tài)過程不能正確反響。它的二次側(cè)輸出對負(fù)荷要求很嚴(yán)厲，假設(shè)二次負(fù)載較大，丈量誤差就增大，準(zhǔn)確度下降；對于高壓及特高壓電廠站來說，占地面積較大，傳輸二次側(cè)的電信號間隔 較遠(yuǎn)，故要求運(yùn)用的二次側(cè)電纜的橫截面積增大，容易產(chǎn)生干擾；維護(hù)任務(wù)量大，如對于油浸式電流互感器還要定期對絕緣油進(jìn)展化驗、測介質(zhì)損耗和處理滲漏油等問題；目前

13、運(yùn)用的電磁式電流互感器在正常任務(wù)時磁通密度很低，而在系統(tǒng)發(fā)生短路缺點時，由于遠(yuǎn)方短路電流很大，使磁通密度大大添加，有時甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越飽和值，從二次側(cè)的電流與原電流相比，在大小和相角上不可防止地出現(xiàn)誤差。13電子式電流互感器的更高要求我國超高壓輸電工程的開展，電壓等級大幅添加，電網(wǎng)容量越來越大，對互感器提出了更高的要求，主要表達(dá)在以下幾個反方面：1.向更高的電壓等級邁進(jìn)，要求絕緣平安可靠。對電壓互感器而言，其絕緣應(yīng)證在電網(wǎng)最高任務(wù)電壓下長期任務(wù)，同時可以接受各種短時的過電壓作用而不受損傷；2.當(dāng)溫度設(shè)計可靠，動熱穩(wěn)定性好。對電流互感器而言，在母線經(jīng)過最大電流時，互感器各個部分的溫升不允許超越設(shè)定值

14、，以保證平安運(yùn)轉(zhuǎn)。同時在大電流下，一，二側(cè)繞組要可以接受電動力的作用而不損壞。對電壓互感器來說，要確保在一次電壓 下，二次側(cè)發(fā)生短路并歷時1S時間內(nèi)，互感器無熱效應(yīng)和機(jī)械性損傷；3.小型化，維護(hù)方便，順應(yīng)市場和用戶需求。1.4 電子式電流互感器的產(chǎn)生及影響隨著超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的建立，沖擊電流達(dá)10 A甚至更大的電力配備的運(yùn)用，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器很難滿足電力系統(tǒng)的進(jìn)一步開展要求，需求更理想的新型電流互感器。一種基于現(xiàn)代光電、半導(dǎo)體技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)成就而開展的電氣丈量的新方法應(yīng)運(yùn)而生。與知的在高壓側(cè)安裝的一次和二次回路之間利用磁的，電的，無線電的，熱的，輻射的，光耦合為根底的電流丈量方法一樣，光

15、電方法是最有開展前景的方法之一。光電丈量的物理原理是將輸入的電信號變換成為光信號，光信號沿光通道傳輸又重新變換成為帶有后級放大的電信號。這一電信號經(jīng)過后級信號處置電路的處置后，將傳送給計算機(jī)或繼電維護(hù)等安裝。利用光纖技術(shù)把高電位的電氣信號傳輸?shù)降孛?，可以很容易的處理絕緣問題。高壓輸電線上的電流丈量問題完全可以用光纖技術(shù)來實現(xiàn)，利用光學(xué)和光纖通訊技術(shù)的研討成果，世界上的一些興隆國家曾經(jīng)研制出了多臺電子式電流互感器。這些新型的電流互感器具有高的丈量精度，大的動態(tài)電流范圍和寬的頻率丈量特性，可以滿足表計和繼電維護(hù)的數(shù)字化。這些電流互感器的根本丈量部分與電壓等級無關(guān)，運(yùn)用于不同的電壓等級時只需改動光纖

16、的長度和絕緣套管的長度就可以了。電子式電流互感器對變電站自動化系統(tǒng)的影響主要有：(1) 簡化了繼保設(shè)備:目前電力系統(tǒng)中廣泛用以微機(jī)為根底的數(shù)字維護(hù)，不需求大功率驅(qū)動，只需弱電信號就可以了，因此采用光電互感器不用經(jīng)過電量變送器就可以將高電壓，大電流變換為微機(jī)維護(hù)所需的電壓電流程度。光電互感器模擬輸出省去了繼保的小CT,PT,光電互感器的數(shù)字輸出省去了繼保的AD.(2) 促進(jìn)了微機(jī)維護(hù)的精度和可靠性：光電互感器促進(jìn)了微機(jī)維護(hù)的開展，提高了微機(jī)維護(hù)的精度和可靠性，例如縱差維護(hù)的可靠性大大提高。(3)對電力系統(tǒng)的缺點快速呼應(yīng)，靈敏性高：現(xiàn)有的維護(hù)安裝由于受傳統(tǒng)的互感器性能的限制，其維護(hù)原理根本上是基于

17、工頻量進(jìn)展維護(hù)判別的。易受過渡電阻和系統(tǒng)振蕩，磁飽和等影響，其維護(hù)性能難以滿足當(dāng)今電力系統(tǒng)向著超高壓，大容量，遠(yuǎn)間隔 方向的開展要求。利用缺點時的暫態(tài)信號量作為維護(hù)判別，是微機(jī)維護(hù)的開展方向。它對互感器的線性度，動態(tài)特性都有較高的要求，光電互感器能滿足這一要求，而傳統(tǒng)互感器那么不能。(4) 促進(jìn)變電站自動化的開展：光電互感器與 微機(jī)維護(hù)接口的規(guī)范化將大大促進(jìn)光電互感器和變電站自動化的開展。(5) 滿足電力系統(tǒng)準(zhǔn)確計量的要求：光電互感器的丈量精度高，可以到達(dá)0.2級，丈量范圍寬；輸出數(shù)字信號，更方便與數(shù)字電能表接口；可動態(tài)顯示和存儲電能，有功無功功率等參數(shù)。(6) 可方便實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化功能：

18、將電壓電流傳感器集于同一絕緣構(gòu)造中，構(gòu)成組合型光電互感器，大大提高性價比；光電互感器不僅可以做成獨立式的互感器，而且可以裝在GIS,PASS等高壓開關(guān)和變壓器的電流套管中，與其他光纖傳感器一同使一次設(shè)備智能化和多功能化。(7) 有利于實現(xiàn)變電站數(shù)字化，光纖化和智能化：光電互感器的信號和傳輸方式都可以采用光纜實現(xiàn)，而光信號的突出優(yōu)點和光纖通訊技術(shù)的廣泛采用使得變電站內(nèi)部以及和上級站之間的數(shù)據(jù)傳輸更加可靠和迅速 。開創(chuàng)了未來光纖化變電站的愉快前景。1.5 電子式電流互感器的主要特點1.5.1 電子式電流互感器的優(yōu)點(1) 電子式電流互感器沒有磁飽和，鐵磁振蕩等問題。由于電磁式電流互感器運(yùn)用了鐵芯，

19、不可防止的存在磁飽和，鐵磁共振和磁滯效應(yīng)等問題，而電子式電流互感器采用的是磁光玻璃，光纖或電子線路，不存在這方面的問題。(2) 電子式電流互感器絕緣構(gòu)造簡單，絕緣性能好。電磁式電流互感器的絕緣構(gòu)造非常復(fù)雜，尤其是對于電壓等級比較高的電流互感器來說，絕緣部分要耗費大量的電工資料，體積也非常龐大；而電子式電流互感器由于采用了光纖和比較輕便的絕緣子支柱，其絕緣構(gòu)造比較簡單，絕緣性能也比較好。(3) 動態(tài)丈量范圍大，精度高： 電網(wǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，流過電流互感器的電流并不大，但短路電流普通很大，而且隨著電網(wǎng)容量的添加，短路缺點時的電流越來越大。電磁式電流互感器由于磁飽和問題，難以實現(xiàn)大范圍丈量，不能同時滿足

20、高精度計量和繼電維護(hù)的需求。電子式電流互感器有很寬的動態(tài)范圍，額定電流可測到幾十安培至幾千安培，過電流范圍可達(dá)幾萬安培，一個電子式電流互感器可同時滿足計量和繼電維護(hù)的需求。從而防止多個CT的冗余問題。(4) 抗電磁干擾性能好，低壓側(cè)無開路高壓危險：根據(jù)電磁式電流互感器的丈量原理，它的二次回路不能開路，低壓側(cè)存在開路高壓危險。由于光電式電流互感器的高壓側(cè)與地壓側(cè)之間只存在光纖的聯(lián)絡(luò)，而光纖具有良好的絕緣性能，保證高壓回路與二次回路在電氣上完全隔離，低壓側(cè)沒有因開路而產(chǎn)生高壓的危險，從而防止了電磁干擾的影響。(5) 頻率呼應(yīng)范圍寬：電子式電流互感器實踐能丈量的頻率范圍主要取決于電子線路部分，這種電

21、流互感器已被證明可以測出高壓電力線上的諧波，還可以進(jìn)展暫態(tài)電流，高頻大電流與直流電流的丈量。而電磁式電流電流互感器那么難以進(jìn)展這諸多方面的任務(wù)。(6) 體積小，分量輕，運(yùn)輸與安裝方便，節(jié)省空間：它可以用來丈量電網(wǎng)中不同地點的電流。據(jù)美國西屋公司公布的345KV的光學(xué)電流互感器，其高度為2.7米，分量為109公斤。而同電壓等級的充油電磁式電流互感器高為5.1米，重達(dá)2300公斤，這給運(yùn)輸與安裝帶來了很大的方便。因其分量輕，可以將其做成便攜式的產(chǎn)品，用來丈量電網(wǎng)不同地點的電流。(7) 沒有因充油而產(chǎn)生的易燃，易爆炸等危險：電磁式電流互感器普通采用充油的方法來處理絕緣問題，這樣不可防止的存在易燃，易

22、爆炸等危險；而電子式電流互感器絕緣構(gòu)造簡單，可以不采用油絕緣，在構(gòu)造設(shè)計上就可以防止這方面的危險。(8) 順應(yīng)了電力計量與維護(hù)數(shù)字化，微機(jī)化和自動化開展的潮流：根據(jù)目前的數(shù)字化繼電維護(hù)的需求，電流互感器應(yīng)該可以提供數(shù)字化的電流信號，電子式電流互感器與電磁式電流互感器相比更容易實現(xiàn)這些功能。可以廣泛的運(yùn)用于電流丈量，繼電維護(hù)，高頻分析等各個方面。1.5.2 電子式電流互感器的缺陷：(1) 由于電子式電流互感器運(yùn)轉(zhuǎn)溫度在較大范圍內(nèi)變動，傳感頭對溫度和振動比較敏感。為了保證高準(zhǔn)確度，穩(wěn)定性和可靠性，電子信號處置部分的線路將比較復(fù)雜特別是低電位側(cè)的電子線路尤為突出。(2) 對于有源式電子電流互感器而言

23、，傳感頭主要由電子線路組成，必需求對電子線路提供可靠的供電電源。假設(shè)電源供應(yīng)不穩(wěn)定，將大大影響到系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。此外，供電電源所能提供的能量有限，所以電子電路的功耗不能太大，這樣，如何簡化傳感頭的電子線路成為另一個棘手的問題。 但是，這些缺陷被以為是暫時的，隨著光電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的提高，這些缺陷是可以消除的。1.6 電子式電流互感器的研討現(xiàn)狀及運(yùn)用前景早在20世紀(jì)60年代，一些科技興隆國家就開場著手研討電子式電流互感器，而到80年代末期就已具運(yùn)轉(zhuǎn)價值。目前，全世界已投入運(yùn)轉(zhuǎn)的電子式電流互感器已有不少，有些公司曾經(jīng)構(gòu)成正規(guī)產(chǎn)品投放市場，如ABB公司，在1991年就宣布消費了用于計量和繼電維護(hù)用

24、的345KV電壓等級的新型電流互感器。美國于 1988年左右就研制出用于 161KV 的電子式電流互感器，1992年又研制勝利了345KV的電子式電流互感器。該互感器的最大丈量值達(dá)2KA，準(zhǔn)確等級為0.3級。此外，前蘇聯(lián)和日本也較早組織有關(guān)研討院和電力公司進(jìn)展電子式電流互感器的研討，前蘇聯(lián)研制出電壓等級達(dá)750KV的頻率脈沖調(diào)制式的電子式電流互感器，而日本已研制勝利300KV的電子式電流互感器及 1000KV的電子式電流互感器丈量系統(tǒng)樣品。在 2002 年國際大電網(wǎng)會議涉及維護(hù)與就地控制研討委員會的會議上，幾個跨國公司引見了他們研制和運(yùn)用電子式電流互感器的勝利閱歷。 ABB 公司引見了混合輸入

25、既有模擬量輸入，又有數(shù)字量輸入的條件下誤差維護(hù)的勝利閱歷。西門子公司以為，采用電子式電流互感器、電壓互感器的關(guān)鍵在于同步采樣。處理的途徑是：過采樣，用極高的速率采樣；在間隔層內(nèi)實現(xiàn)同步；全站經(jīng)過變電站自動化系統(tǒng)傳輸同步信號。法電集團(tuán)公司EDF引見了新型互感器的實驗情況。他們在一個400KV變電站、一條170KV沒有架空地線的線路缺點率大上，裝設(shè)法拉第效應(yīng)光纖電流互感器，采用點對點通訊協(xié)議與微機(jī)維護(hù)通訊。實驗從2001年開場，共9次缺點，維護(hù)安裝均正確動作。實驗室實驗和現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)實驗的結(jié)論是：新型互感器的精度和可靠性都有保證，通訊協(xié)議靈敏，可用于不同的功能，點對點通訊節(jié)省投資。目前他們正在同一個變

26、電站做進(jìn)一步實驗，包括安裝丈量表計以驗證新型互感器的丈量精度、采用Rogowski線圈的互感器的實驗等。我國的一些廠商、科研院所和高等院校也在努力討論研制電子式電流互感器，并獲得一些實際上的成果。但真正運(yùn)用于實踐工程中時，依然有一些詳細(xì)的技術(shù)問題需求處理。例如，互感器的配置數(shù)量和安裝位置、與二次設(shè)備的接口等，新型互感器的研制一定要和相關(guān)二次設(shè)備的開發(fā)同步進(jìn)展，相關(guān)的單位需求親密配合，提出一個全面處理方案。沈陽變壓器幫是我國最早開場研制電子式電流互感器的廠家之一，其在20世紀(jì)80年代就把研制出10KV的電子式電流互感器掛網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)，但在當(dāng)時由于運(yùn)轉(zhuǎn)不太理想而后又被撤除。在1991年，由清華大學(xué)和中國

27、電力科學(xué)院共同研制的110KV電子式電流互感器經(jīng)過國家鑒定并掛網(wǎng)試運(yùn)轉(zhuǎn)。1993年底，由原華中理工大學(xué)研制勝利的110KV電子式電流互感器在廣東省新會供電局掛網(wǎng)試運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著電力系統(tǒng)輸電電壓不斷提高和電網(wǎng)容量的不斷增大，電力系統(tǒng)在發(fā)生短路缺點時短路電流大大添加，非周期分量的衰減周期延伸，系統(tǒng)要求維護(hù)切除缺點的時間越短越好。隨著微機(jī)維護(hù)技術(shù)的不斷成熟和開展，為電力系統(tǒng)的平安運(yùn)轉(zhuǎn)提供可靠的保證。根據(jù)電力系統(tǒng)分析實際，我們知道，電力系統(tǒng)在發(fā)生短路缺點時，按特征來分，其過程以時間的先后順序可分為行波過程、電磁暫態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程。微機(jī)維護(hù)技術(shù)可以做到在電力系統(tǒng)發(fā)生短路而出現(xiàn)行波過程時，判別出系統(tǒng)發(fā)生缺點和

28、缺點類型，從而以最短的時間切除缺點。但由于電磁式電流互感器在系統(tǒng)發(fā)生缺點時，在行波過程和電磁暫態(tài)過程中，由于受磁飽和及鐵心對高頻信號靈敏性不夠的影響，不能將電力系統(tǒng)發(fā)生短路開場瞬間的高壓側(cè)豐富的頻率信號照實而不失真地轉(zhuǎn)變成二次側(cè)信號，從而妨礙了微機(jī)維護(hù)的進(jìn)一步開展電子式電流互感器有良好的運(yùn)用前景。國際電工委員會關(guān)于電子式電流互感器規(guī)范的出臺，以及我國曾經(jīng)醞釀起草的電子式電流互感器國家規(guī)范，預(yù)示著電子式電流互感器的產(chǎn)品化運(yùn)用已初步具備了行業(yè)規(guī)范，為電子式電流互感器的市場化提供了根底平臺。經(jīng)過幾年的電網(wǎng)改造，電網(wǎng)的綜合自動化程度得到了很大提高，對相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)瞬態(tài)維護(hù)提出了更快速的要求。隨著電網(wǎng)的擴(kuò)展

29、，輸電線路越來越長，傳統(tǒng)的電流互感器曾經(jīng)無法滿足間隔 維護(hù)的瞬態(tài)特性要求，估計在未來510年中，電子式電流互感器會在各種電壓等級的電網(wǎng)中大量安裝和運(yùn)用。國內(nèi)外研討單位對電子式電流互感器的技術(shù)進(jìn)展了近30年的探求，無論在實驗室還是在現(xiàn)場掛網(wǎng)試運(yùn)轉(zhuǎn)，都已積累了一定的閱歷，特別是基于采樣線圈配光纖型的電子式電流互感器曾經(jīng)具備了產(chǎn)品化的條件。國內(nèi)外不少企業(yè)斥資投入電子式電流互感器制造領(lǐng)域，也推進(jìn)了電子式電流互感器的市場化運(yùn)用進(jìn)程。另外，國內(nèi)已有公司針對無源型ECT的光學(xué)玻璃傳感頭中線性雙折射問題，從傳感頭資料這個根本問題入手，投入巨資刻苦攻關(guān)，研制出熱膨脹系數(shù)極小的ECT公用玻璃，一舉攻克了這個困擾多

30、年的技術(shù)難題，勝利地研制出了采用光學(xué)玻璃電流傳感頭的無源型ECT，從而為我國無源型ECT研討開發(fā)開創(chuàng)了一條新路。1.7 電子式電流互感器的研制難點及處理途徑電子式電流互感器高壓側(cè)電路的研討是研討有源電子式電流互感器研制中的關(guān)鍵技術(shù)，目前常用的供能方式主要有利用電流互感器或電容分壓器從母線上取能，激光供能，太陽能供電及蓄電池供電等，本課題主要針對CT供能方式進(jìn)展研討。CT供能的根本原理是利用特制CT從母線上感應(yīng)電壓，經(jīng)過整流，濾波，穩(wěn)壓等后續(xù)電路處置后，給高壓側(cè)電子電路提供所必需的電源。采用這種方法面臨兩個困難：當(dāng)母線電流處于空載等小電流形狀時，如何保證電源的正常供應(yīng);而當(dāng)母線處于超越額定電流的

31、大電流形狀,甚至是短路缺點電流時,又要給予電源板足夠的維護(hù).為理處理這些問題，可采取以下措施：一是對CT鐵心資料進(jìn)展挑選，選擇坡莫合金構(gòu)造特制CT；二是設(shè)計了相應(yīng)的控制方案，確保在母線電流變化比較大，尤其是出現(xiàn)大電流情況下，可以有穩(wěn)定可靠的電源輸出。采取這些措施后，在31000A的電流變化范圍內(nèi)，獲得了5V的穩(wěn)定電壓輸出。如選取鐵基納米晶資料構(gòu)造CT鐵心，并在過電壓防護(hù)，能量泄放電路，電磁兼容設(shè)計等方面進(jìn)展研討，可以提供兩路5V和一路12V電源，各路電源的紋波均小于20mV，提供的總功率為200mW，確保了高壓側(cè)電路的正常任務(wù)。另外，其他供能方法如激光供能及太陽能供電方式如能在中心技術(shù)上獲得突

32、破，將具有更光明的運(yùn)用前景。而在新型供能方法的研討上，超聲波輸電與微波輸電方法在很多領(lǐng)域都有多年研討閱歷的積累，如能在某些技術(shù)難點上加以提高，有能夠運(yùn)用到有源電子式電流互感器中。1.8 本論文研討的主要內(nèi)容(1) 有源式電子電流互感器實現(xiàn)高壓側(cè)對傳感頭的輸出信號進(jìn)展模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，需求設(shè)計相應(yīng)的電子電路，本論文將處理該電路的供能問題做為研討的主要內(nèi)容。(2) 利用CT從母線上取能的電路設(shè)計即特制CT從母線上感應(yīng)電壓，經(jīng)過整流，濾波，穩(wěn)壓等后續(xù)電路處置后，提供應(yīng)高壓側(cè)電子電路所必需的電源。作出電路實物銜接線路，并進(jìn)展實驗。(3) 根據(jù)所做電路完成相應(yīng)的電路板設(shè)計.2 電子式電流互感器原理概

33、述2.1引言 電流互感器是電力系統(tǒng)中計量和繼保所需求的重要設(shè)備，新型的電子式電流互感器以無磁飽和，丈量精度高，呼應(yīng)頻帶寬等突出的優(yōu)點而成為研討的熱點，根據(jù)高壓部分能否需求供電，電子式電流互感器ECT可分為有源電子電流互感器和無源電子電流互感器。本章對幾種電子式電流互感器的任務(wù)原理和整體構(gòu)造進(jìn)展了引見。2.2常規(guī)電子式電流互感器原理概述電流互感器是變換電流大小的互感器,其二次電流與一次電流本質(zhì)上成正比,相位差接近于零.電流互感器按其用途可分為丈量用電流互感器和維護(hù)用電流互感器,有時一臺互感器可兼作兩種用途.丈量用電流互感器的用途是傳送電流信號給指示儀表,計算儀表,以丈量線路正常任務(wù)時的電流和電能

34、.對丈量用電流互感器的主要要求是:在規(guī)定的負(fù)荷下有足夠的準(zhǔn)確度;同時為維護(hù)丈量儀表,其最大二次電流應(yīng)有一定的限制. 維護(hù)用電流互感器分為穩(wěn)態(tài)維護(hù)和暫態(tài)維護(hù),穩(wěn)態(tài)維護(hù)用電流互感器常用于系統(tǒng)的過負(fù)荷,發(fā)電機(jī)的接地維護(hù),以及發(fā)電機(jī),變壓器的差動維護(hù).具有良好的暫態(tài)特性的電流互感器要求可以在要求的時間內(nèi),不失真的將一次電流轉(zhuǎn)換為二次電流,為電力系統(tǒng)繼電維護(hù)安裝提供不失真的電流丈量. 準(zhǔn)確級電流誤差%以下額定電流時%相位差，在以下額定電流時%( ) 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 丈量用電流互感器的誤差限值控制室部分2.3 電子式電流互感器的簡介 國際電工委員會為電子式電流互感器專門制定了規(guī)范.該規(guī)范不但對電子式電流互感器的各部分包括傳感頭,過程層和間隔層之間的通訊等等都作了詳細(xì)規(guī)定而且還對電子式電流互感器的測試做了規(guī)定,對電子式電流互感器的一些重要參數(shù)作了嚴(yán)厲定義和規(guī)定.由于以前的系統(tǒng)采用電磁式電流互感器,運(yùn)用模擬接口,為了與原有的系統(tǒng)兼容,允許電子式電流互感器

36、帶有數(shù)字輸出接口外,還應(yīng)該有模擬輸出接口.電子式電流互感器的運(yùn)用技術(shù)主要思索到以下幾點： (1) 數(shù)據(jù)同步的問題數(shù)據(jù)同步問題是指二次設(shè)備需求采樣的數(shù)據(jù)是在同一個時間點上采得的.即采樣數(shù)據(jù)的時間同步,以防止相位和幅值產(chǎn)生誤差.對于電磁式互感器的輸出信號就不存在這個問題.處理同步問題有差值計算和運(yùn)用兩種方法.差值計算是由二次設(shè)備完成的,根據(jù)互感器提供的假設(shè)干個時間點上的采樣值,差值計算得到需求時間點上的電壓電流值.運(yùn)用那么是站內(nèi)一致的時鐘信號,互感器在送出的采樣值中打上時標(biāo),提供應(yīng)二次設(shè)備.(2) 數(shù)據(jù)的實時傳輸問題通常運(yùn)用在變電站自動系統(tǒng)各層中有大量的數(shù)據(jù)需求交換其中間各層和過程層需求交換的數(shù)據(jù)

37、有互感器的電流電壓采樣實時數(shù)據(jù),對設(shè)備的控制命令,對設(shè)備的監(jiān)測和診斷數(shù)據(jù).現(xiàn)代變電站的設(shè)備都是數(shù)字安裝,電子式電流互感器直接提供數(shù)字信號,簡化了數(shù)字安裝的硬件構(gòu)造;傳送的是數(shù)字信號,不受負(fù)載的影響,系統(tǒng)誤差僅存在于傳感頭本身,減小了系統(tǒng)誤差;其輸出的數(shù)字信號可以方便的進(jìn)展數(shù)字通訊.以上諸多特點,將會對變電站產(chǎn)生綜合影響.2.4 電子式電流互感器的任務(wù)原理電子式電流互感器的實現(xiàn)方法有很多種，總的來說，可分為有源式和無源式兩大類。無源式電子式電流互感器的傳感頭 部分不需求電源，例如采用法拉第磁光效應(yīng)的電子式電流互感器。有源式電子式電流互感器的傳感頭部分需求電源供應(yīng)，例如采用激光供能的電流互感器。以

38、下圖為電子式電流互感器的根本原理圖：丈量通道線圈維護(hù)通道線圈速飽和電流互感器A/D轉(zhuǎn)換器電壓監(jiān)視DC-DC變換溫度監(jiān)視LED數(shù)據(jù)LED時鐘數(shù)字儀表PC機(jī)D/A轉(zhuǎn)換控制及信號處置PIN光轉(zhuǎn)換PIN光轉(zhuǎn)換高壓母線絕緣子傳感頭部分時鐘數(shù)據(jù)圖2-1電子式電流互感器根本原理圖2.4.1無源式電子電流互感器的分類無源式電子電流互感器可分為磁光式電流互感器，全光纖型電流互感器以及混合型電流互感器三種。 (1) 磁光式電流互感器磁光式電流互感器是利用法拉第磁光效應(yīng)的原理即磁致光旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對電流進(jìn)展丈量的：當(dāng)一束線偏振光經(jīng)過置于磁場中的磁光資料時，線偏振光的偏振面就會線性的隨著平行于光線方向的磁場大小發(fā)生旋轉(zhuǎn)。通

39、流導(dǎo)體周圍線偏振光偏振面的變化，就可以間接的丈量出導(dǎo)體中的電流值。由于目前尚無高精度丈量偏振面旋轉(zhuǎn)的檢測器，所以通常采用檢偏器將線偏振光的偏振面角度變化的信息轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)變化的信息， 圖2-2 磁光式電流互感器丈量原理圖然后經(jīng)過光電管將光信號變?yōu)殡娦盘?，并進(jìn)展放大處置，以正確反映最初的電流信息。這種電流互感器要求磁光晶體傳感頭具有較穩(wěn)定的任務(wù)條件，而且在外界應(yīng)力，溫度等條件變化的情況下，維護(hù)較穩(wěn)定的V常數(shù)，因此對系統(tǒng)的電子電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高。(2) 全光纖型電流互感器全光纖型電流互感器是指傳光，傳感部分都采用光纖。從原理上可分成光纖干涉型與全光纖效應(yīng)型兩類。光纖干涉型電流互感器又可分為利用

40、光纖Mach-Zechnder干涉儀和利用全光纖Sagnac干涉一兩種，但FOCT中最具代表性的還是基于法拉第次光效應(yīng)型。為了減少溫度的影響，傳感頭普通在導(dǎo)線上繞有n圈光纖，并有消除雙折射的特殊構(gòu)造設(shè)計。這種傳感頭具有構(gòu)造簡單，靈敏度可隨光纖的長度變化而變化等特點。但在實現(xiàn)掛網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)中遇到提高準(zhǔn)確度與長期穩(wěn)定性的實際及實際問題，很復(fù)雜，需在實際與工藝性能等方面開展深化的研討。(3) 混合型電流互感器混合型電流互感器是只傳光采用光纖，傳感采用磁光資料，普通采用磁光玻璃。經(jīng)過仔細(xì)選擇傳感頭的光學(xué)資料與構(gòu)造，制造出高性能的電流互感器。根據(jù)傳感頭能否帶有鐵心，可分為加集磁環(huán)式混合型電流互感器與閉環(huán)式混合

41、型電流互感器。加集磁環(huán)式混合型電流互感器傳感頭部分光路比較簡單，但由于有鐵心，仍存在缺點電流下的飽和，磁滯景象及鐵心資料的非線性及溫度效應(yīng)，加上丈量結(jié)果根通流到體的位置有關(guān)，影響因數(shù)較多，使該類電流互感器難以實現(xiàn)高精度丈量，因此高精度丈量設(shè)備很少采用這種設(shè)計方案。 圖2-3 加集磁環(huán)式混合型電流互感器原理圖閉環(huán)式混合型電流互感器構(gòu)造設(shè)計主要思索線偏振光在兩種不同界面上發(fā)生全反射時，電矢量相互垂直的兩個分量之間要產(chǎn)生相位差而影響丈量精度。為了減少這一相差影響，光路設(shè)計時要思索相位補(bǔ)償。常見的補(bǔ)償方法是讓光在改動光路方向時經(jīng)過倆次全反射，前后兩次全反射的入射面相互垂直，是相互垂直的兩分量經(jīng)過兩次全

42、反射后相移的大小一樣，而總的相位查恰巧被抵消為零。這種方法具有幾何特點，故被稱之為幾何相位補(bǔ)償法。2.4.2 有源式電子電流互感器有源式電子電流互感器又被稱為電子式光纖電流互感器。這種電流互感器與無源式電流互感器相比主要的不同之處在于它在高電位側(cè)的傳感頭采用的是電子器件，而不是磁光晶體或光纖。因此，高電位側(cè)必需有相應(yīng)的供電電源。高電位側(cè)電子器件的供電方式有激光供電方式，母線電流供電方式和電容電流供電方式。根據(jù)傳感頭的采樣方式以及信號調(diào)制方式不同，可分為調(diào)幅時，壓頻轉(zhuǎn)換采款式和AD轉(zhuǎn)換式三種電子式電流互感器。 (1) 調(diào)幅式電子電流互感器調(diào)幅式電子電流互感器構(gòu)造圖如圖2-3所示。其具有構(gòu)造簡單，

43、高速動作的特點。相角誤差可以經(jīng)過調(diào)理放大電路的內(nèi)部相移而減小，但是要求發(fā)光二極管和光敏二極管的溫度不穩(wěn)定性進(jìn)展特殊的補(bǔ)償措施。實際和實驗均闡明，沿光纖被測電流的信息和校正信息一同傳輸是最好的處理方法。但是由于光纖傳輸?shù)氖悄M信號，溫度和其他噪聲要素對電路的影響比較大，系統(tǒng)任務(wù)不夠穩(wěn)定，因此調(diào)幅式電子電流互感器運(yùn)用起來有一定困難。采樣線圈電源供應(yīng)E/O變換校正信號發(fā)生E/O變換濾波器放大校正信號解調(diào)解調(diào)器負(fù)載光纖U out 高壓母線 圖2-4 調(diào)幅式電子電流互感器構(gòu)造圖(2) VCF式電子電流互感器VCF式電子電流互感器的構(gòu)造如圖2-4所示。母線電流經(jīng)過采樣繞組后進(jìn)入壓頻轉(zhuǎn)換電路，即V/F轉(zhuǎn)換后

44、，電流的變化將被轉(zhuǎn)變成脈沖頻率的變化。這一脈沖信號經(jīng)過電光變換器件后，變?yōu)楣饷}沖，經(jīng)過光纖傳到地電位側(cè)。地電位側(cè)的光電轉(zhuǎn)換期間將光信號復(fù)原成電信號，經(jīng)過放大器的放大后進(jìn)入頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路，即FV轉(zhuǎn)換部分。這樣，母線側(cè)的電流信號就可以變成可以反映在示波器上的模擬信號。也可以將該電信號送入單片機(jī)或微機(jī)進(jìn)展信號處置，完成電能計量，繼電維護(hù)，在線丈量等功能。采用VF變換器的主要優(yōu)點是構(gòu)造簡單，占用的計算機(jī)資源較少，準(zhǔn)確度，抗干擾性能比較高，比較適宜信號的遠(yuǎn)間隔 傳輸，比較容易滿足同是傳輸多路信號的需求。 采樣線圈時序控制電路V/F變換穩(wěn)定的電源供應(yīng)O/E變換前置放大F/V變換單片機(jī)示波器觀測微機(jī)光纖

45、U out 高壓母線E/O變換圖2-5 運(yùn)用VFC的電流互感器(3) ADC式電子電流互感器ADC式電子電流互感器的任務(wù)原理：傳感頭對高壓母線電流進(jìn)展采樣，然后將采樣得到的電信號送到電光轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換成光信號，由光纖將光信號傳送到低壓位側(cè)。在低壓位側(cè)光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換元件變成電信號，進(jìn)過信號處置系統(tǒng)處置后輸出。ADC式電子電流互感器的構(gòu)造如圖2-5所示，這種互感器與VCF變換器的構(gòu)造類似，但他又有如下的特點：高電位側(cè)用A/D變換器取代了VF變換器，地電位側(cè)用D/A變換器取代了F/V變換器；經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換出的信號驅(qū)動LED經(jīng)過光纖將光信號串型串引導(dǎo)地電位側(cè)，經(jīng)過放大器的放大后，在經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器將

46、數(shù)字信號復(fù)原成為模擬信號。隨著集成電路工業(yè)的開展，A/D轉(zhuǎn)換器件的種類越來越多，轉(zhuǎn)換器的精度越來越高，轉(zhuǎn)換時間在不斷的減小。這些新產(chǎn)品的出現(xiàn)使得高電位側(cè)采用A/D轉(zhuǎn)換期間進(jìn)展采樣成為能夠。由于A/D轉(zhuǎn)換器對時序有要求，必需在高電位側(cè)加上時序控制電路。在A/D轉(zhuǎn)換式電流互感其中，經(jīng)常要求傳輸多種信號，如溫度，電壓信號等。光纖傳輸普通采用兩種方式，一種是多路頻分復(fù)用，即將要傳輸?shù)男盘栒{(diào)制在不同的頻率上， 在用同一根光纖傳輸，同樣在信號接受方進(jìn)展頻率的解調(diào)，從而獲得不同的信號。另一種方式是采用多路時分復(fù)用，即在不同的時段傳輸不同的信號，在接納端經(jīng)過采樣線圈時序控制電路A/D變換穩(wěn)定的電源供應(yīng)O/E變

47、換前置放大D/A變換微機(jī)處置示波器觀測低通濾波器光纖U out 高壓母線E/O變換 圖2-6 ADC式的電流互感器的構(gòu)造不同的時段標(biāo)志將信號解調(diào)出來。因此在這種情況下，為了將多路信號傳送到低電位側(cè)，必需采用兩根光纖傳送信息，一路是時鐘信號，而另一路是數(shù)據(jù)采樣信號。 ADC式電子電流互感器的主要優(yōu)點是，由于A/D變換器的轉(zhuǎn)換精度比較高，可以經(jīng)過選用適宜的A/D變換起來滿足系統(tǒng)對精度的要求，傳感頭的功耗比較小，接納端的電路相對比較簡單，可以直接和計算機(jī)進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸。目前，英國的南安普頓大學(xué)曾經(jīng)研制出了這種光電電流互感器，他們經(jīng)過采用中大規(guī)模CMOS集成電路，傳感頭的電功耗僅為1mW而傳感頭的電源提

48、供是靠一個20mW左右的激光器提供的光能量經(jīng)過硅光電池轉(zhuǎn)化成為電能得到的，傳感頭經(jīng)過多個物理傳感器將多路采集信號傳送給低電位電路，數(shù)據(jù)傳送時鐘2KHZ，傳感頭經(jīng)過兩路光纖將同步時鐘和數(shù)據(jù)信號傳送給低電位側(cè)的接納電路。雖然這套系統(tǒng)的電功率很小，但是據(jù)報道，由于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間較長，為1.28ms。由此引起的相角誤差比較大，大約相當(dāng)于23度的角差。系統(tǒng)的角差并不可以滿足普通電力系統(tǒng)的要求。有源式電子電流互感器的研制過程中面臨的主要問題是高電位側(cè)傳感頭的電源供應(yīng)問題和電磁兼容問題。由于傳感頭完全采用了電子線路，而它的電源供應(yīng)是經(jīng)過光電池等光電轉(zhuǎn)換器件得到的，假設(shè)傳感頭電子線路耗費能量過大，那么

49、也必將要求能量提供單元提供更高的能量輸出，這會將整個系統(tǒng)的構(gòu)造復(fù)雜化。因此，應(yīng)該盡量減少電子線路的功率耗費。以有限的能量實現(xiàn)較為完好的功能。此外，由于傳感頭安裝在高壓輸電線附近，電流流過母線將會呵斥空間強(qiáng)大的電磁輻射，這些輻射將對傳感頭電子線路產(chǎn)生比較強(qiáng)的電磁干擾，影響系統(tǒng)的可靠性。因此，對傳感頭采用適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施和電磁屏蔽方法也是非常必要的。(4) 有源組合式光電電流互感器有源組合式光電電流互感器的電路任務(wù)原理如圖2-6所示,它同時可以實現(xiàn)電流和電壓的丈量。傳感頭的電源采用串級變壓器供能。根據(jù)電路所處的電壓環(huán)境可以分為高壓端電路和低壓端電路。高壓端電路主要由電壓電流傳感器，信號放大電路，A

50、/D采樣電路與編碼電路組成。電流傳感器采用Rogowski線圈。由于是空心線圈，它具有以下優(yōu)點：二次電壓與一次電流，頻率成正比：不存在直流偏流和過電流的飽和問題，頻率范圍寬，呼應(yīng)快等。采用電容分壓器提取電壓信號，丈量僅存在幅值誤差而不存在角差問題。幅值誤差完全可由CPU進(jìn)展計算修正。為了提高丈量精度以滿足實踐需求，丈量電路設(shè)置8個檔位，可丈量40倍的額定電流與10倍的額定電壓。電路可根據(jù)輸入情況自動換檔，并將檔位情況送至A/D與編碼電路，以便A/D選取模擬通道與對檔位進(jìn)展編碼。編碼的作用如下：方便提取時鐘；提供楨的起始與終止序列；可采用前向過失控制糾錯FEC編碼后的信號經(jīng)光纖傳至低壓端電路進(jìn)展

51、處置。在低壓端電路中，信號經(jīng)信號放大電路去噪整形后送至同步與解碼電路。同步與解碼電路的作用是產(chǎn)生時鐘信號，轉(zhuǎn)換終了信號與恢復(fù)原始A/D信號。根據(jù)轉(zhuǎn)化終了信號CPU對Rogowski線圈的丈量結(jié)果進(jìn)展積分計算，并對積分結(jié)果與電壓采樣信號進(jìn)展幅值與相位角修正。為了便于運(yùn)用，互感器提供了數(shù)字信號輸出與模擬信號輸出端口。數(shù)字信號輸出端口為系統(tǒng)的自動化控制提供了方便，模擬信號輸出端口為用戶的改型提供方便。光電轉(zhuǎn)化信號輸出接口同步解碼電路光纖模擬信號生成電路CPU低壓端信號放大電路電容分壓器高壓端模擬通道選擇電路編碼電路信號放大電路A/D采樣電路導(dǎo)線Rogowski線圈圖2-7 數(shù)字組合式光電互感器的電路

52、原理構(gòu)造2.5 電子式電流互感器的根本構(gòu)造系統(tǒng)組成如圖2-8給出了電子式電流互感器的整體構(gòu)造圖.系統(tǒng)分為高壓端和低壓端兩部分,高壓部分包括傳感頭,轉(zhuǎn)換器,電壓和溫度的監(jiān)視電路,電源部分,低壓部分包括時序控制發(fā)生器,數(shù)據(jù)存取以及與機(jī)接口電路,模擬量輸出部分.系統(tǒng)中的高壓部分和低壓部分用既能傳輸光信號有能起絕緣作用的光纖銜接起來.丈量通道線圈維護(hù)通道線圈速飽和電流互感器A/D轉(zhuǎn)換器電壓監(jiān)視DC-DC變換溫度監(jiān)視LED數(shù)據(jù)LED時鐘數(shù)字儀表PC機(jī)D/A轉(zhuǎn)換控制及信號處置PIN光轉(zhuǎn)換PIN光轉(zhuǎn)換高壓母線絕緣子傳感頭部分時鐘數(shù)據(jù)圖2-8 系統(tǒng)組成構(gòu)造圖2.6 本章小結(jié)本章主要引見了幾種電子式電流互感器的

53、根本任務(wù)原理?？傮w上講，這幾種光電電流互感器的可行性都比較高，但各有其優(yōu)缺陷。 無源式電子電流互感器的優(yōu)點在于其傳感頭在設(shè)計上沒有電源供應(yīng)的問題，但是這種互感器在技術(shù)上與磁光資料的選擇有親密的關(guān)系，而且，磁光資料在外界環(huán)境的溫度壓力等參數(shù)變換的情況下的穩(wěn)定性也是一個技術(shù)上難以處理的問題。有源式電子電流互感器的優(yōu)點在于采樣精度比較高，構(gòu)造更加簡單，比較容易和計算機(jī)實現(xiàn)直接通訊，但是它的缺陷在于傳感頭的電源供應(yīng)和傳感頭的任務(wù)穩(wěn)定性的問題，存在精度低，電子線路任務(wù)不穩(wěn)定以及抗干擾才干差等缺陷。綜合以上情況，本文將穩(wěn)定的電源供能方式作為研討對象。 3高壓側(cè)供能電路的研討 3.1 有源電子式電流互感器的

54、根本原理典型的有源式電子電流互感器的根本原理見圖3-1，它分為高壓側(cè)電路，低壓側(cè)電路以及光纖傳輸3個模塊。 其中，高壓側(cè)電路的作用是將傳感元件的輸出信號進(jìn)展模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，以方便利用光纖進(jìn)展信號的傳輸，而低壓側(cè)電路的作用那么是將光纖傳送下來的信號進(jìn)展處置，并將結(jié)果送入相應(yīng)的丈量與繼電維護(hù)設(shè)備?？梢姡瑸榱舜_保高壓側(cè)電子電路的正常任務(wù)，必需提供穩(wěn)定，可靠的任務(wù)電源。圖中的虛線給出了幾種能夠的供電方式，這里采用虛線的目的是闡明能夠的供電方式有很多種，而在實踐運(yùn)用當(dāng)中通常是在眾多方式中選取某一種。高壓母線光纖繼電維護(hù)丈量大功率激光器光纖光電池供能電路高壓側(cè)電路傳感元件取能元件低壓側(cè)電路 圖3-1

55、 有源式電子電流互感器的原理圖3.2 幾種供能方法的分析比較目前常用的供能方式主要有利用電流互感器CT或電容分壓器從母線上取電能,激光供能,太陽能供電及蓄電池供電等,下面就對這些方法的優(yōu)缺陷進(jìn)展詳細(xì)的分析比較.(1)利用CT從母線上取電能利用CT從母線上取電能的典型電路見圖3-2。其根本任務(wù)原理是高壓側(cè)電路的供電由特制取能CT二次側(cè)的感應(yīng)電壓變換得到,經(jīng)過整流,濾波,穩(wěn)壓等后續(xù)電路處置后,提供應(yīng)高壓側(cè)電子電路所必需的電源. 采用這種方法面臨兩個困難:當(dāng)母線電流處于空載等小電流形狀時,如何保證電源的正常供應(yīng);而當(dāng)母線處于超越額定電流的大電流形狀,甚至是短路缺點電流時,又要給予電源板足夠的維護(hù)。電

56、源線圈高壓母線整流濾波濾波穩(wěn)壓供電控制電路控制線圈鐵心 圖3-2 利用CT供電的典型電路表示圖 為理處理這些問題,采取了多種措施:一是對CT鐵心資料進(jìn)展挑選, 選擇坡莫合金構(gòu)造特制CT;二是設(shè)計了相應(yīng)的控制方案,確保在母線電流變化比較大,尤其是出現(xiàn)大電流的情況下,可以有穩(wěn)定可靠的電源輸出。采取這些措施后,在31000A的電流變化范圍內(nèi),獲得了5V的穩(wěn)定電壓輸出。另外，選取鐵基納米晶資料構(gòu)造CT鐵心，并在過電壓防護(hù)，能量泄放電路，電磁兼容設(shè)計等方面進(jìn)展了深化研討，可以提供兩路5V和一路12V電源。各路電源的紋波均小于20mV提供的總功率為200mW確保了高壓側(cè)電路的正常任務(wù).基于這種供能方式設(shè)計

57、出了相應(yīng)的電子式互感器樣機(jī),獲得的效果還是令人稱心的。(2) 利用電容分壓器從母線上取電能利用高壓電容分壓器取電能的思想類似于CT取電能,都是就近取材的想法.其根本電路見圖3-3。高壓電容分壓器從母線上獲得電能后，也要經(jīng)整流，濾波，穩(wěn)壓等處置措施，然后才可以給高壓側(cè)電路供能。在這方面進(jìn)展了細(xì)致的研討，經(jīng)過調(diào)整電容C的大小來獲取不同的電流輸出,從而到達(dá)設(shè)計的功率要求。高壓母線CIUR1C1r 圖3-3 電容分壓取電能電路表示圖采用該方法面臨著比CT取電能更大的困難，首先是如何保證取能電路和后續(xù)任務(wù)電路之間的電氣隔離問題，這要求更為嚴(yán)厲的過電壓防護(hù)和電磁兼容設(shè)計；其次就是這種方法有著更多的誤差來源

58、，溫度，雜散電容等多種要素都將影響該方法的性能。因此獲取電源的穩(wěn)定性和可靠性較CT取電能方法為差；另外就是采用這種方法得到的功率有限，雖然可以經(jīng)過改動電容C的大小來調(diào)整功率輸出，但過大的電容將會帶來更多的問題。(3)激光供能激光供能的根本原理見圖3-4。該方法采用激光或其他光源從低電位側(cè)經(jīng)過光纖將光能量傳送到高電位側(cè)，再由光電轉(zhuǎn)換器件光電池將光能量轉(zhuǎn)換為電能量，經(jīng)過DC-DC變換后提供穩(wěn)定的電源輸出。由于激光二極管的任務(wù)原理可以確保光供率在一定溫度條件下的穩(wěn)定，所以經(jīng)過光電池轉(zhuǎn)換后得到的電源也相對比較穩(wěn)定，且電源的紋波也比較小，噪聲低，不易遭到外界其他要素的干擾。當(dāng)然，這種方法也存在缺乏，由于

59、受激光輸出功率的限制，特別是光電池轉(zhuǎn)換效率的影響，該方法提供的能量有限，因此對高壓側(cè)電路提出了微功耗設(shè)計的要求，加大了電路設(shè)計的難度。由于該方法的優(yōu)點突出，因此在諸多供能方法中得到了最為廣泛的注重。ABB公司研制的激光供能電子式電流互感器從350kV到 500kV乃至直流都曾經(jīng)在現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn),激光管的輸出功率1.5W壽命10萬小時。而在我國那么只需西門子公司消費的激光LDPD高壓母線供電光功率轉(zhuǎn)換高壓側(cè)光纖低壓側(cè)激光二極管電源電源DC-DC變換器 圖3-4 激光供能方法的根本原理供能式的電子式互感器得到了勝利的現(xiàn)場運(yùn)用，在廣州某變流站里曾經(jīng)平安可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)了幾年。美國Photonic Power S

60、ystems 公司研制勝利的激光供能電子式電流傳感器,激光管輸出功率為250mW光電池光電轉(zhuǎn)換效率高于40%。而在激光供能構(gòu)造的設(shè)計上，經(jīng)過細(xì)致深化的研討，提出了3種設(shè)計方案：1采用波分技術(shù)WDW在一根小芯徑光纖上同時傳輸能量和數(shù)據(jù)。2采用一條單模通訊光纖傳輸數(shù)據(jù)，同時運(yùn)用另一條大芯徑光芯傳輸能量。3采用一條單模通訊光纖傳輸數(shù)據(jù)，同時運(yùn)用多跟大芯徑光纖傳輸更多的能量。目前普遍采用的是利用不同的光纖分別傳輸數(shù)據(jù)和能量，而傳送能量的光纖數(shù)目那么可根據(jù)求靈敏選取。(4) 太陽能供電太陽能電池的多年研討與開展積累下來的閱歷使得其在有源電子式互感器中的運(yùn)用成為能夠。圖3-5就是其運(yùn)用表示圖，由于太陽能電