电流互感器结构设计原理分析

数字调制式电流互感器概念的提出已近半个世纪了，但受元器件的捆绑一贯没有发展起来。近年来ABB公司、德国RITZ公司都有一些不同类型电子式电流互感器和电子式电压互感器产品的报导。研发了220kV/1250A设备的有源电子式电流互感器/电压互感器。样机全体结构如图2所示。

电流互感器设备由电流检测单元和电压检测单元两部分组成。前者选用罗柯夫斯基线圈作为电流传感器，有源电子器件结束信号的数宇调制;后者选用电容分压器作为电压传感器。高压端电子线路电源由一个辅助电源感应线圈直接从母线上获取。罗氏线圈和电源感应线圈安装在母线上。高压端信号调制和电源调度电路板置于·一个铁磁屏蔽盒中，电流信号在高压端经AD转化、E/O转化后调制成光信号，经过光纤传送到低电位端。依据需求，可以将信号继续用光纤传送到远方的控制室，也可以就地经O/E、D/A转化，放大成仿照电流信号，母线电压经电容分压器转化成低压信号后，调制成光信号，经光纤传送到控制室，也可以就地经校准、温度补偿后，给出仿照电压信号、一个陶瓷套管既用作高压部分元件的绝缘支撑，一起又是传输电流信号的光纤和电容分压器的通道。

电流互感器的电流和电压信号测取

在有源电子式电流互感器中．作为一次电流采样传感头的元件有很多种、有传统的电磁式电流互感器、特别设计的小信号电流互感器、分流电阻器、罗柯夫斯基线圈等。其间罗柯夫斯基线圈以其超卓的频率响应、高的检测准确度和结构简略、本钱贱价等特性而成为首选。所以依据罗柯夫斯基线圈的有源ETA也就成为最具发展潜力的光电互感器产品，它既可以用作关闭电器GIS、插接式组合电器PASS中的电流检测设备，又可用于敞开式独立有源ETA。罗柯夫斯基线圈是将导线均匀地绕在一个非磁性资料的骨架上制造而成的空心线圈，如图3所示。载流导线从线圈中心穿过，当导线上有电流经过期，在线圈的两头将会发生一个感应电势e，其巨细为

由式（2）可见，要得到被测电流信号，有必要对线圈的输出电压信号进行积分，这可以经过两种途径结束：选用仿照积分器或选用数字积分。总之，经过后续电路及相关的信号处理，咱们可以获得被测电流信号。

在中低压配电范畴，精细电阻分压器、电容分压器现已运用得比较多。运用这种电压传感器技能，大大简化了高压传感部分的设计，一起运用光纤传输信号，保留了光纤超卓的电气阻隔效果，因此在本文的设计中选用了电容分压器作为电压取样元件。

电流互感器的信号处理设备

信号处理进程如下：电流信号在高压侧经取样后．变成数字信号，经过恰当的功率股大，驱刚友光二极管变成光信号，用光纤送到互感器下侧低电压端。电压信号经分压器取样后，变成数字信号，局样经过恰当的功率放大，驱动发光二极管，也变成光信号。在互感器本体低电位例，已安股光1信亏的电流、电压信号经过光纤传送到变电珀2至3在控制室经O/E转化后，经过恰当调度，信号再送入工控机中进行信号解调和处理，解调后的仿照信号可供计鼍和维护用。在信号处理单元中，瞬态信号检测即用于维护电流、电压信号的检测，有必要

考虑信号处理单元的响应速度及频带宽度。例如220kV设备暂态康复电压的最高固有主频为

10kHz，如按1/10区间取样，则E/O转化的作业主频带宽有必要大于200kHz、在O/E转化中、则需选用快速光电二极管。

电流互感器的一次侧电子线路供电问题

一次侧电子线路供电问题是有源ETA中的一个要害技能，一次侧电源要给传感元件信号处理部分供应安稳的电源。有两种思路处理这个问题，一是从地上二次侧将能量传送到一次侧供应电源，二是直接从二次侧的母线上取电源。因为一次、二次侧之间要结束彻底阻隔，所以要将二次侧的能量送到一次侧，最好的办法是经过光电转化，用光纤来传送：光电能量转化一-般用大功率半导体激光二极管来结束。激光二极管作为光源供应驱动光电池的光功率，依据设备总功率需求选用合适的光功率和输出功率的二极管。从光纤传输来的能量直接耦合到一次侧的光电转化器，通常是在光电池中，将光能转化成电能，现已有作为光电转化的商业化的电二极管阵列可供挑选。选用地上供能的办法，利益是电源安稳、可靠性好、不受母线电流的影响。但是这个供能方案一般能供应的功率比较小，通常在mW级乃至在pW级。有时这种供能方案无法供应满意的能量给一次侧。别的，大功率、高功率的激光二极管、光电转化器件比较贵重．在运用寿数方面也没有严格考核的报导。

因为母线电流改动设计很大，以额定电流为1250A的ETA为例，母线稳态电流可以在5%-120%1n（额定电流）内改动，即在62.5-1500A的设计内改动;短路缺点情况下、母线暂态电流可以到达201n，乃至更高。在这些情况下都要求能供应一次侧电子线路所需求的安稳电源。鉴于上述要求，提出了从母线上直接取电源的自具型电源方案，设计作业首要会集在从一个大设计内改动的电流源中取出--个具有必定功率安稳输出的电压源。自具型电源的原理图如图4所示、在这里咱们选用一个环形带铁心的感应线圈结束从母线上提取电能的功用。

即可输出所需求的稳定电压Ul。因此问题可以转化为设计一个电源感应线圈的负荷阻抗可控电路，当母线电流较小时，等效阻抗较大；当母线电流较大时，等效阻抗较小。合理设计可控阻抗电路，可以结束在大设计母线电流下供应安稳馈电电源的意图。

审核编辑：黄飞