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)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著高壓輸電項目的開展，我國的電壓等級向更高邁進。以及電力系統(tǒng)朝大機組、高電壓、大電網(wǎng)、高自動化方向發(fā)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)因其測量精度高,響應(yīng)速度快,無磁飽和等優(yōu)點，于是電子式電流互感器已經(jīng)成了國內(nèi)外研究的熱點，但有源型

2、ECT的高壓側(cè)信號處理單元必須要有供電電源,因此有源電子式互感器高壓側(cè)電路的供能問題則是研究工作中的關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　本文首先簡要地綜述了電子式電流互感器的研究狀況和發(fā)展趨勢,然后重點介紹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工作原理作了分析，對國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進行了探討,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

3、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，通過CT取能，經(jīng)整流，濾波，穩(wěn)壓等后續(xù)電路處理后，給高壓側(cè)提供穩(wěn)定的12V電壓。將該電路進行實驗，成功得到測試結(jié)果，并應(yīng)用protel軟件完成其PCB電路板設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電子電流互感器 有源式 高壓側(cè)電源 供能方式</p><p><b>　　Abstract</

4、b></p><p>　　Along with the development of hv-transmission project, our voltage rating to higher ahead. And power system toward large units, high voltage, power grid, high automation direction, system shor

5、t circuit current, the traditional assolenoid style increasing the disadvantages of current transformer is the protruding, and based on the principle of the active Rogowski coil electronic current transformer (annual aut

6、ocatalyst output) because of its high measurement precision, fast response, without magn</p><p>　　This paper firstly reviewed briefly the electronic current transformer is research status and development tre

7、nd, 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 ho

8、me and abroad are discussed, based on the principle of the active type Rogowski coil the overall design annual autocatalyst output, and some useful conclusion are obtained</p><p>　　Keywords：electronic curren

9、t transformer; active; high voltage power supply ; supply method</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　1緒論 ……………

10、……………………………………………………………………1</p><p>　　1.1引言 ……………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2電磁式電流互感器面臨的主要問題……………………………………………1</p><p>　　1. 3電子式電流互感器的更高要求 ……………………………..…………….…...1</p>

11、;<p>　　1.4電子式電流互感器的生產(chǎn)及影響 ………………………………………….…2</p><p>　　1.5電子式電流互感器的主要特點 ………………………………………….……3</p><p>　　1.5.1電子式電流互感器的優(yōu)點…………………………………………………3</p><p>　　1.5.2電子式電流互感器的缺點 …………………………

12、……………….……4</p><p>　　1.6電子式電流互感器的發(fā)現(xiàn)狀及應(yīng)用前景………………………………………5</p><p>　　1.7電子式電流互感器的研發(fā)難點及解決途徑 ……………………………….…7</p><p>　　1.8本論文研究的主要內(nèi)容 ……………………………………………….………8</p><p>　　2電子式電流互感

13、器原理概述 ………………………………………………………9</p><p>　　2.1引言 ………………………………………….………………………………9</p><p>　　2.2常規(guī)電子式電流互感器原理概述 ………………………………………….…9</p><p>　　2.3電子式電流互感器的簡介 ………………………………………………...…...10</p

14、><p>　　2.4電子式電流互感器的工作原理 …………………………………………..…….11</p><p>　　2.4.1無源式電子電流互感器的分類 ……………………………………….….12</p><p>　　2.4.2有源式電子電流互感器 ……………………………………………..……14</p><p>　　2.5電子式電流互感器的基本

15、結(jié)構(gòu) …………………………………………….…19</p><p>　　2.6本章小結(jié) ………………………………………………….……………..……20</p><p>　　3高壓側(cè)供能電路的研究 …………………………………………………………..22</p><p>　　3.1有源電子式電流互感器的基本原理 ……………………………………….…22</p&

16、gt;<p>　　3.2幾種供能方法的分析比較 …………………………………………………… 23</p><p>　　3.3已有供能方法的改進 ……………………………………………………….…27</p><p>　　3.4組合供能方式的探討 …………………………………………………..… …27</p><p>　　3.5新技術(shù)應(yīng)用的可能 ………

17、……………………………………………….……27</p><p>　　3.6高壓側(cè)供電電路電源方案探討 ...……………………………………………28</p><p>　　3.7電源具體實現(xiàn)方案 ……………………………………………….……………30</p><p>　　3.8原理圖設(shè)計……………………………………………………………..………...35</p&

18、gt;<p>　　3.9本章小結(jié) ……………………………………………………….…..………...36</p><p>　　結(jié)論 ………………………………………………………..…………………37</p><p>　　致謝 ………………………………………………………………………………....38</p><p>　　參考文獻 ……………

19、…………………………………..…………………………..39</p><p>　　附錄大圖電路原理圖 ………………………………………………………………40</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　電流互感器是電力系統(tǒng)中較重要

20、的高壓設(shè)備之一，它被廣泛地應(yīng)用于繼電保護、電流測量和電力系統(tǒng)分析之中。然而，隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)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）將有可能成為傳統(tǒng)的電流互感器（CT）的更新?lián)Q代產(chǎn)品。</p><p>　　1.2 電磁式電流互感器面臨的主要問題</p><p>　　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

21、比較穩(wěn)定，適合長期運行。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、致命的缺點，主要表現(xiàn)在：①潛在的突然危險，例如，突然性爆炸及絕緣擊穿引起單相對地短路等系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素；②若輸出的二次測負荷開路將會產(chǎn)生高壓，對配電設(shè)備甚至人身安全造成危害；③隨著電網(wǎng)電壓等級的不斷提高，絕緣問題的解決，必然使得電流互感器體積增大，成本增高，設(shè)備變得極為笨重；④由于電磁感應(yīng)式電流互感器是用鐵心制成，因此，對高頻信號響應(yīng)

22、特性較差，這樣，對高壓線路上的暫態(tài)過程不能正確反應(yīng)。⑤它的二次側(cè)輸出對負荷要求很嚴格，若二次負載較大，測量誤差就增大，準確度下降；⑥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)的電信號距離較遠，故要求使用的二次側(cè)電纜的橫截面積增大，容易產(chǎn)生干擾；⑦維護工作量大，如對于油浸式電流互感器還要定期對絕緣油進行化驗、測介質(zhì)損耗和解決滲漏油等問題；⑧目前使用的電磁式電流互感器在正常工作時磁通密度很低，而在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，由于遠方短

23、路電流很大，使磁通密度大大增加，有時甚至遠遠超過飽和值，從二次側(cè)的電</p><p>　　1．3電子式電流互感器的更高要求</p><p>　　我國超高壓輸電項目的開展，電壓等級大幅增加，電網(wǎng)容量越來越大，對互感器提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在以下幾個反方面：</p><p>　　1.向更高的電壓等級邁進，要求絕緣安全可靠。對電壓互感器而言，其絕緣應(yīng)證在電網(wǎng)最高工作電

24、壓下長期工作，同時可以承受各種短時的過電壓作用而不受損傷；</p><p>　　2.當溫度設(shè)計可靠，動熱穩(wěn)定性好。對電流互感器而言，在母線通過最大電流時，互感器各個部分的溫升不允許超過設(shè)定值，以保證安全運行。同時在大電流下，一，二側(cè)繞組要能夠承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)和機械性損傷；</p><p>　　3

25、.小型化，維護方便，適應(yīng)市場和用戶需求。</p><p>　　1.4 電子式電流互感器的產(chǎn)生及影響</p><p>　　隨著超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，沖擊電流達10 A甚至更大的電力裝備的應(yīng)用，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器很難滿足電力系統(tǒng)的進一步發(fā)展要求，需要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)和計算機技術(shù)成就而發(fā)展的電氣測量的新方法應(yīng)運而生。與已知的在高壓側(cè)裝置的一次和二次回路之間

26、利用磁的，電的，無線電的，熱的，輻射的，光耦合為基礎(chǔ)的電流測量方法一樣，光電方法是最有發(fā)展前景的方法之一。</p><p>　　光電測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)過后級信號處理電路的處理后，將傳送給計算機或繼電保護等裝置。</p><p>　　利用光纖技術(shù)把高電位的電氣信號傳輸?shù)降孛?，可以很容易的解決絕緣問題

27、。高壓輸電線上的電流測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)的研究成果，世界上的一些發(fā)達國家已經(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測量精度，大的動態(tài)電流范圍和寬的頻率測量特性，能夠滿足表計和繼電保護的數(shù)字化。這些電流互感器的基本測量部分與電壓等級無關(guān)，應(yīng)用于不同的電壓等級時只要改變光纖的長度和絕緣套管的長度就可以了。</p><p>　　電子式電流互感器對變電站自動化系統(tǒng)的

28、影響主要有：</p><p>　　(1) 簡化了繼保設(shè)備:目前電力系統(tǒng)中廣泛用以微機為基礎(chǔ)的數(shù)字保護，不需要大功率驅(qū)動，只需弱電信號就可以了，因此采用光電互感器不必經(jīng)過電量變送器就可以將高電壓，大電流變換為微機保護所需的電壓電流水平。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.</p><p>　　(2) 促進了微機保護的精度和可靠性：光電互感器促進了

29、微機保護的發(fā)展，提高了微機保護的精度和可靠性，例如縱差保護的可靠性大大提高。</p><p>　　(3)對電力系統(tǒng)的故障快速響應(yīng)，靈敏性高：現(xiàn)有的保護裝置由于受傳統(tǒng)的互感器性能的限制，其保護原理基本上是基于工頻量進行保護判斷的。易受過渡電阻和系統(tǒng)振蕩，磁飽和等影響，其保護性能難以滿足當今電力系統(tǒng)向著超高壓，大容量，遠距離方向的發(fā)展要求。利用故障時的暫態(tài)信號量作為保護判斷，是微機保護的發(fā)展方向。它對互感器的線性度，

30、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)互感器則不能。</p><p>　　(4) 促進變電站自動化的發(fā)展：光電互感器與 微機保護接口的標準化將大大促進光電互感器和變電站自動化的發(fā)展。</p><p>　　(5) 滿足電力系統(tǒng)精確計量的要求：光電互感器的測量精度高，可以達到0.2級，測量范圍寬；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)。

31、</p><p>　　(6) 可方便實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化功能：將電壓電流傳感器集于同一絕緣結(jié)構(gòu)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起使一次設(shè)備智能化和多功能化。</p><p>　　(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形式都可以采用光纜實

32、現(xiàn)，而光信號的突出優(yōu)點和光纖通信技術(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美好前景。</p><p>　　1.5 電子式電流互感器的主要特點</p><p>　　1.5.1 電子式電流互感器的優(yōu)點</p><p>　　(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使用了鐵芯，不可避免的存

33、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。</p><p>　　(2) 電子式電流互感器絕緣結(jié)構(gòu)簡單，絕緣性能好。電磁式電流互感器的絕緣結(jié)構(gòu)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，絕緣部分要消耗大量的電工材料，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，其絕緣結(jié)構(gòu)比較簡單，絕緣性能也比較好。</p>

34、;<p>　　(3) 動態(tài)測量范圍大，精度高： 電網(wǎng)正常運行時，流過電流互感器的電流并不大，但短路電流一般很大，而且隨著電網(wǎng)容量的增加，短路故障時的電流越來越大。電磁式電流互感器因為磁飽和問題，難以實現(xiàn)大范圍測量，不能同時滿足高精度計量和繼電保護的需要。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，過電流范圍可達幾萬安培，一個電子式電流互感器可同時滿足計量和繼電保護的需要。從而避免多個CT的冗余問題。

35、</p><p>　　(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測量原理，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)系，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，從而避免了電磁干擾的影響。</p><p>　　(5) 頻率響應(yīng)范圍寬：電子式電流互感

36、器實際能測量的頻率范圍主要取決于電子線路部分，這種電流互感器已被證明可以測出高壓電力線上的諧波，還可以進行暫態(tài)電流，高頻大電流與直流電流的測量。而電磁式電流電流互感器則難以進行這諸多方面的工作。</p><p>　　(6) 體積小，重量輕，運輸與安裝方便，節(jié)省空間：它可以用來測量電網(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，重量為109公斤。而同電壓等級的充油電磁式電流互

37、感器高為5.1米，重達2300公斤，這給運輸與安裝帶來了很大的方便。因其重量輕，可以將其做成便攜式的產(chǎn)品，用來測量電網(wǎng)不同地點的電流。</p><p>　　(7) 沒有因充油而產(chǎn)生的易燃，易爆炸等危險：電磁式電流互感器一般采用充油的辦法來解決絕緣問題，這樣不可避免的存在易燃，易爆炸等危險；而電子式電流互感器絕緣結(jié)構(gòu)簡單，可以不采用油絕緣，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上就可以避免這方面的危險。</p><p>

38、;　　(8) 適應(yīng)了電力計量與保護數(shù)字化，微機化和自動化發(fā)展的潮流：根據(jù)目前的數(shù)字化繼電保護的需要，電流互感器應(yīng)該能夠提供數(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?？梢詮V泛的應(yīng)用于電流測量，繼電保護，高頻分析等各個方面。</p><p>　　1.5.2 電子式電流互感器的缺點：</p><p>　　(1) 由于電子式電流互感器運行溫度在較大范圍內(nèi)變動，傳感

39、頭對溫度和振動比較敏感。為了保證高精確度，穩(wěn)定性和可靠性，電子信號處理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。</p><p>　　(2) 對于有源式電子電流互感器而言，傳感頭主要由電子線路組成，必須要對電子線路提供可靠的供電電源。如果電源供應(yīng)不穩(wěn)定，將大大影響到系統(tǒng)的精確度。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。</

40、p><p>　　但是，這些缺點被認為是暫時的，隨著光電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進步，這些缺點是可以消除的。</p><p>　　1.6 電子式電流互感器的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景</p><p>　　早在20世紀60年代，一些科技發(fā)達國家就開始著手研究電子式電流互感器，而到80年代末期就已具運行價值。目前，全世界已投入運行的電子式電流互感器已有不少，有些公司已經(jīng)形成正規(guī)產(chǎn)品投放市

41、場，如ABB公司，在1991年就宣布生產(chǎn)了用于計量和繼電保護用的345KV電壓等級的新型電流互感器。</p><p>　　美國于 1988年左右就研制出用于 161KV 的電子式電流互感器，1992年又研制成功了345KV的電子式電流互感器。該互感器的最大測量值達2KA，準確等級為0.3級。</p><p>　　此外，前蘇聯(lián)和日本也較早組織有關(guān)研究院和電力公司進行電子式電流互感器的研究，前

42、蘇聯(lián)研制出電壓等級達750KV的頻率／脈沖調(diào)制式的電子式電流互感器，而日本已研制成功300KV的電子式電流互感器及 1000KV的電子式電流互感器測量系統(tǒng)樣品。</p><p>　　在 2002 年國際大電網(wǎng)會議涉及保護與就地控制研究委員會的會議上，幾個跨國公司介紹了他們研制和運用電子式電流互感器的成功經(jīng)驗。 </p><p>　　ABB 公司介紹了混合輸入（既有模擬量輸入，又有數(shù)字量輸入

43、）的條件下誤差保護的成功經(jīng)驗。</p><p>　　西門子公司認為，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。解決的途徑是：①過采樣，用極高的速率采樣；②在間隔層內(nèi)實現(xiàn)同步；③全站通過變電站自動化系統(tǒng)傳輸同步信號。</p><p>　　法電集團公司（EDF）介紹了新型互感器的試驗情況。他們在一個400KV變電站、一條170KV沒有架空地線的線路（故障率大）上，裝設(shè)法拉第效應(yīng)光纖電

44、流互感器，采用點對點通信協(xié)議與微機保護通信。試驗從2001年開始，共9次故障，保護裝置均正確動作。實驗室試驗和現(xiàn)場運行試驗的結(jié)論是：新型互感器的精度和可靠性都有保障，通信協(xié)議靈活，可用于不同的功能，點對點通信節(jié)省投資。目前他們正在同一個變電站做進一步試驗，包括安裝測量表計以驗證新型互感器的測量精度、采用Rogowski線圈的互感器的試驗等。</p><p>　　我國的一些廠商、科研院所和高等院校也在努力探討研制電

45、子式電流互感器，并取得一些理論上的成果。但真正應(yīng)用于實際工程中時，仍然有一些具體的技術(shù)問題需要解決。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)同步進行，相關(guān)的單位需要密切配合，提出一個全面解決方案。</p><p>　　沈陽變壓器幫是我國最早開始研制電子式電流互感器的廠家之一，其在20世紀80年代就把研制出10KV的電子式電流互感器掛網(wǎng)運行，但在當時由于運行不

46、太理想而后又被拆除。</p><p>　　在1991年，由清華大學(xué)和中國電力科學(xué)院共同研制的110KV電子式電流互感器通過國家鑒定并掛網(wǎng)試運行。</p><p>　　1993年底，由原華中理工大學(xué)研制成功的110KV電子式電流互感器在廣東省新會供電局掛網(wǎng)試運行。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)生短路故障時短路電流大大增加，非周期分量的衰減周期延長，系統(tǒng)要求保護

47、切除故障的時間越短越好。隨著微機保護技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，為電力系統(tǒng)的安全運行提供可靠的保障。根據(jù)電力系統(tǒng)分析理論，我們知道，電力系統(tǒng)在發(fā)生短路故障時，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。微機保護技術(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，判斷出系統(tǒng)發(fā)生故障和故障類型，從而以最短的時間切除故障。但由于電磁式電流互感器在系統(tǒng)發(fā)生故障時，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

48、不夠的影響，不能將電力系統(tǒng)發(fā)生短路開始瞬間的高壓側(cè)豐富的頻率信號如實而不失真地轉(zhuǎn)變成二次側(cè)信號，從而阻礙了微機保護的進一步發(fā)展電子式電流互感器有良好的應(yīng)用前景。國際電工委員會關(guān)于電子式電流互感器標準的出臺，以及我國已經(jīng)醞釀起草的電子式電流互感器國家標準，預(yù)示著電子式電流互感器的產(chǎn)品化應(yīng)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</p><p>　　經(jīng)過幾年的電網(wǎng)改造，電網(wǎng)的綜合自動化水平得到了很大提高，對相

49、應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)瞬態(tài)保護提出了更快速的要求。隨著電網(wǎng)的擴大，輸電線路越來越長，傳統(tǒng)的電流互感器已經(jīng)無法滿足距離保護的瞬態(tài)特性要求，預(yù)計在未來5～10年中，電子式電流互感器會在各種電壓等級的電網(wǎng)中大量安裝和使用。</p><p>　　國內(nèi)外研究單位對電子式電流互感器的技術(shù)進行了近30年的探索，無論在實驗室還是在現(xiàn)場掛網(wǎng)試運行，都已積累了一定的經(jīng)驗，特別是基于采樣線圈配光纖型的電子式電流互感器已經(jīng)具備了產(chǎn)品化的條件。<

50、/p><p>　　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，也推動了電子式電流互感器的市場化應(yīng)用進程。</p><p>　　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，從傳感頭材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專用玻璃，一舉攻克了這個困擾多年的技術(shù)難題，成功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研究

51、開發(fā)開創(chuàng)了一條新路。</p><p>　　1.7 電子式電流互感器的研制難點及解決途徑</p><p>　　電子式電流互感器高壓側(cè)電路的研究是研究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供能方式進行研究。CT供能的基本原理是利用特制CT從母線上感應(yīng)電壓，通過整流，濾波，穩(wěn)壓等

52、后續(xù)電路處理后，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：當母線電流處于空載等小電流狀態(tài)時，如何保證電源的正常供應(yīng);而當母線處于超過額定電流的大電流狀態(tài),甚至是短路故障電流時,又要給予電源板足夠的保護.</p><p>　　為了解決這些問題，可采取以下措施：一是對CT鐵心材料進行篩選，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，能夠有穩(wěn)定

53、可靠的電源輸出。采取這些措施后，在3～1000A的電流變化范圍內(nèi)，取得了5V的穩(wěn)定電壓輸出。如選取鐵基納米晶材料構(gòu)造CT鐵心，并在過電壓防護，能量泄放電路，電磁兼容設(shè)計等方面進行研究，能夠提供兩路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)電路的正常工作。</p><p>　　另外，其他供能方法如激光供能及太陽能供電方式如能在核心技術(shù)上取得突破，將具有更光

54、明的應(yīng)用前景。而在新型供能方法的研究上，超聲波輸電與微波輸電方法在很多領(lǐng)域都有多年研究經(jīng)驗的積累，如能在某些技術(shù)難點上加以提高，有可能應(yīng)用到有源電子式電流互感器中。</p><p>　　1.8 本論文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　(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行模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，需要設(shè)計相應(yīng)的電子電路，本論文將解決該電路的供能問題做為研究的主要內(nèi)容。&

55、lt;/p><p>　　(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，通過整流，濾波，穩(wěn)壓等后續(xù)電路處理后，提供給高壓側(cè)電子電路所必需的電源。作出電路實物連接線路，并進行實驗。</p><p>　　(3) 根據(jù)所做電路完成相應(yīng)的電路板設(shè)計.</p><p>　　2 電子式電流互感器原理概述</p><p><b>　

56、　2.1引言</b></p><p>　　電流互感器是電力系統(tǒng)中計量和繼保所需要的重要設(shè)備，新型的電子式電流互感器以無磁飽和，測量精度高，響應(yīng)頻帶寬等突出的優(yōu)點而成為研究的熱點，根據(jù)高壓部分是否需要供電，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工作原理和整體結(jié)構(gòu)進行了介紹。</p><p>　　2.2常規(guī)電子式電流互感

57、器原理概述</p><p>　　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實質(zhì)上成正比,相位差接近于零.電流互感器按其用途可分為測量用電流互感器和保護用電流互感器,有時一臺互感器可兼作兩種用途.</p><p>　　測量用電流互感器的用途是傳遞電流信號給指示儀表,計算儀表,以測量線路正常工作時的電流和電能.對測量用電流互感器的主要要求是:在規(guī)定的負荷下有足夠的準確度;同時為保護

58、測量儀表,其最大二次電流應(yīng)有一定的限制. </p><p>　　保護用電流互感器分為穩(wěn)態(tài)保護和暫態(tài)保護,穩(wěn)態(tài)保護用電流互感器常用于系統(tǒng)的過負荷,發(fā)電機的接地保護,以及發(fā)電機,變壓器的差動保護.具有良好的暫態(tài)特性的電流互感器要求能夠在要求的時間內(nèi),不失真的將一次電流轉(zhuǎn)換為二次電流,為電力系統(tǒng)繼電保護裝置提供不失真的電流測量. </p><p>　　表2-1 測量用電流互感器的誤差限值<

59、/p><p>　　2.3 電子式電流互感器的簡介</p><p>　　國際電工委員會為電子式電流互感器專門制定了標準.該標準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)作了嚴格定義和規(guī)定.</p><p>　　由于以前的系統(tǒng)采用電磁式電流互感器,使用模擬接口,

60、為了與原有的系統(tǒng)兼容,允許電子式電流互感器帶有數(shù)字輸出接口外,還應(yīng)該有模擬輸出接口.</p><p>　　電子式電流互感器的應(yīng)用技術(shù)主要考慮到以下幾點： </p><p>　　(1) 數(shù)據(jù)同步的問題</p><p>　　數(shù)據(jù)同步問題是指二次設(shè)備需要采樣的數(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,以避免相位和幅值產(chǎn)生誤差.對于電磁式互感器的輸出信號就不存在這

61、個問題.解決同步問題有差值計算和使用兩種方法.</p><p>　　差值計算是由二次設(shè)備完成的,根據(jù)互感器提供的若干個時間點上的采樣值,差值計算得到需要時間點上的電壓電流值.使用則是站內(nèi)統(tǒng)一的時鐘信號,互感器在送出的采樣值中打上時標,提供給二次設(shè)備.</p><p>　　(2) 數(shù)據(jù)的實時傳輸問題</p><p>　　通常應(yīng)用在變電站自動系統(tǒng)各層中有大量的數(shù)據(jù)需要交

62、換其中間各層和過程層需要交換的數(shù)據(jù)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).</p><p>　　現(xiàn)代變電站的設(shè)備都是數(shù)字裝置,電子式電流互感器直接提供數(shù)字信號,簡化了數(shù)字裝置的硬件結(jié)構(gòu);傳送的是數(shù)字信號,不受負載的影響,系統(tǒng)誤差僅存在于傳感頭自身,減小了系統(tǒng)誤差;其輸出的數(shù)字信號可以方便的進行數(shù)字通訊.以上諸多特點,將會對變電站產(chǎn)生綜合影響.</p><p&g

63、t;　　2.4 電子式電流互感器的工作原理</p><p>　　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 部分不需要電源，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要電源供給，例如采用激光供能的電流互感器。</p><p>　　下圖為電子式電流互感器的基本原理圖：</p>&l

64、t;p>　　圖2-1電子式電流互感器基本原理圖</p><p>　　2.4.1無源式電子電流互感器的分類</p><p>　　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。 </p><p>　　(1) 磁光式電流互感器</p><p>　　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)

65、效應(yīng)對電流進行測量的：當一束線偏振光通過置于磁場中的磁光材料時，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)。通流導(dǎo)體周圍線偏振光偏振面的變化，就可以間接的測量出導(dǎo)體中的電流值。由于目前尚無高精度測量偏振面旋轉(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)化為光強變化的信息，</p><p>　　圖2-2 磁光式電流互感器測量原理圖</p><p>　　

66、然后通過光電管將光信號變?yōu)殡娦盘?，并進行放大處理，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)定的工作條件，而且在外界應(yīng)力，溫度等條件變化的情況下，保護較穩(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。</p><p>　　(2) 全光纖型電流互感器</p><p>　　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

67、。光纖干涉型電流互感器又可分為利用光纖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，傳感頭一般在導(dǎo)線上繞有n圈光纖，并有消除雙折射的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計。這種傳感頭具有結(jié)構(gòu)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)運行中遇到提高精確度與長期穩(wěn)定性的理論及實踐問題，很復(fù)雜，需在理論與工藝性能等方面開展深入的研究。</p><

68、;p>　　(3) 混合型電流互感器</p><p>　　混合型電流互感器是只傳光采用光纖，傳感采用磁光材料，一般采用磁光玻璃。通過仔細選擇傳感頭的光學(xué)材料與結(jié)構(gòu)，制作出高性能的電流互感器。根據(jù)傳感頭是否帶有鐵心，可分為加集磁環(huán)式混合型電流互感器與閉環(huán)式混合型電流互感器。</p><p>　　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，仍存在故障電流下的飽和，磁滯現(xiàn)

69、象及鐵心材料的非線性及溫度效應(yīng)，加上測量結(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)高精度測量，因此高精度測量設(shè)備很少采用這種設(shè)計方案。</p><p>　　圖2-3 加集磁環(huán)式混合型電流互感器原理圖</p><p>　　閉環(huán)式混合型電流互感器結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮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)生相位差而影響測量精度。為了減少這一相差影

70、響，光路設(shè)計時要考慮相位補償。常見的補償方法是讓光在改變光路方向時經(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)過兩次全反射后相移的大小相同，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償法。</p><p>　　2.4.2 有源式電子電流互感器</p><p>　　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

71、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)必須有相應(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)換采樣式和AD轉(zhuǎn)換式三種電子式電流互感器。 </p><p>　　(1) 調(diào)幅式電子電流互感器</p><p>　　調(diào)幅式電子電

72、流互感器結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示。其具有結(jié)構(gòu)簡單，高速動作的特點。相角誤差可以通過調(diào)節(jié)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)定性進行特殊的補償措施。理論和實驗均表明，沿光纖被測電流的信息和校正信息一起傳輸是最好的解決辦法。但是由于光纖傳輸?shù)氖悄M信號，溫度和其他噪聲因素對電路的影響比較大，系統(tǒng)工作不夠穩(wěn)定，因此調(diào)幅式電子電流互感器應(yīng)用起來有一定困難。</p><p>　　圖2-4 調(diào)幅式電

73、子電流互感器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　(2) VCF式電子電流互感器</p><p>　　VCF式電子電流互感器的結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。母線電流經(jīng)過采樣繞組后進入壓頻轉(zhuǎn)換電路，即V/F轉(zhuǎn)換后，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)換期間將光信號還原成電信號，經(jīng)過放大器的放大后進入頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路，即FV轉(zhuǎn)換

74、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</p><p>　　將該電信號送入單片機或微機進行信號處理，完成電能計量，繼電保護，在線測量等功能。采用VF變換器的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，占用的計算機資源較少，精確度，抗干擾性能比較高，比較適合信號的遠距離傳輸，比較容易滿足同是傳輸多路信號的需要。 </p><p>　　圖2-5 使用VFC的電流互感器</p

75、><p>　　(3) ADC式電子電流互感器</p><p>　　ADC式電子電流互感器的工作原理：傳感頭對高壓母線電流進行采樣，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，由光纖將光信號傳遞到低壓位側(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，進過信號處理系統(tǒng)處理后輸出。</p><p>　　ADC式電子電流互感器的結(jié)構(gòu)如圖2-5所示，這種互感器與VCF變換

76、器的結(jié)構(gòu)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通過光纖將光信號串型串疏導(dǎo)地電位側(cè)，經(jīng)過放大器的放大后，在經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號還原成為模擬信號。</p><p>　　隨著集成電路工業(yè)的發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器件的品種越來越多，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

77、進行采樣成為可能。由于A/D轉(zhuǎn)換器對時序有要求，必須在高電位側(cè)加上時序控制電路。在A/D轉(zhuǎn)換式電流互感其中，常常要求傳輸多種信號，如溫度，電壓信號等。光纖傳輸一般采用兩種方式，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行頻率的解調(diào)，從而獲得不同的信號。</p><p>　　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，在接收端通過</p&g

78、t;<p>　　圖2-6 ADC式的電流互感器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　不同的時段標志將信號解調(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)，必須采用兩根光纖傳遞信息，一路是時鐘信號，而另一路是數(shù)據(jù)采樣信號。 </p><p>　　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，可以通過選用合適的A/D變換起來滿足系統(tǒng)對精度的要求，傳感頭的功耗

79、比較小，接收端的電路相對比較簡單，可以直接和計算機進行數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　目前，英國的南安普頓大學(xué)已經(jīng)研制出了這種光電電流互感器，他們通過采用中大規(guī)模CMOS集成電路，傳感頭的電功耗僅為1mW而傳感頭的電源提供是靠一個20mW左右的激光器提供的光能量通過硅光電池轉(zhuǎn)化成為電能得到的，傳感頭通過多個物理傳感器將多路采集信號傳遞給低電位電路，數(shù)據(jù)傳遞時鐘2KHZ，傳感頭通過兩路光纖將同步時鐘和數(shù)據(jù)信號傳遞給

80、低電位側(cè)的接收電路。盡管這套系統(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，大約相當于23度的角差。系統(tǒng)的角差并不能夠滿足一般電力系統(tǒng)的要求。</p><p>　　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)是通過光電池等光電轉(zhuǎn)換器件得到的，如果傳感頭電子線路消耗能量

81、過大，那么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)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。因此，應(yīng)該盡量減少電子線路的功率消耗。以有限的能量實現(xiàn)較為完整的功能。</p><p>　　此外，由于傳感頭安裝在高壓輸電線附近，電流流過母線將會造成空間強大的電磁輻射，這些輻射將對傳感頭電子線路產(chǎn)生比較強的電磁干擾，影響系統(tǒng)的可靠性。因此，對傳感頭采用適當?shù)目垢蓴_措施和電磁屏蔽方法也是非常必要的。</p><p&

82、gt;　　(4) 有源組合式光電電流互感器</p><p>　　有源組合式光電電流互感器的電路工作原理如圖2-6所示,它同時可以實現(xiàn)電流和電壓的測量。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/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

83、在直流偏流和過電流的飽和問題，頻率范圍寬，響應(yīng)快等。采用電容分壓器提取電壓信號，測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進行計算修正。為了提高測量精度以滿足實際需要，測量電路設(shè)置8個檔位，可測量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，并將檔位狀況送至A/D與編碼電路，以便A/D選取模擬通道與對檔位進行編碼。編碼的作用如下：方便提取時鐘；提供楨的起始與終止序列；可采用前向差錯控制糾錯（FEC）&l

84、t;/p><p>　　編碼后的信號經(jīng)光纖傳至低壓端電路進行處理。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，</p><p>　　轉(zhuǎn)換結(jié)束信號與恢復(fù)原始A/D信號。根據(jù)轉(zhuǎn)化結(jié)束信號CPU對Rogowski線圈的測量結(jié)果進行積分計算，并對積分結(jié)果與電壓采樣信號進行幅值與相位角修正。為</p><p>　　了便于使用，

85、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。</p><p>　　圖2-7 數(shù)字組合式光電互感器的電路原理結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.5 電子式電流互感器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　系統(tǒng)組成如圖2-8給出了電子式電流互感器的整體結(jié)構(gòu)圖.系統(tǒng)分為高壓端和低壓端兩部分,高壓部分包

86、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連接起來.</p><p>　　圖2-8 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了幾種電子式電流互感

87、器的基本工作原理?？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)缺點。 </p><p>　　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)上與磁光材料的選擇有密切的關(guān)系，而且，磁光材料在外界環(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)上難以解決的問題。</p><p>　　有源式電子電流互感器的優(yōu)點在于采樣精度比較高，結(jié)構(gòu)更加簡

88、單，比較容易和計算機實現(xiàn)直接通信，但是它的缺點在于傳感頭的電源供應(yīng)和傳感頭的工作穩(wěn)定性的問題，存在精度低，電子線路工作不穩(wěn)定以及抗干擾能力差等缺點。</p><p>　　綜合以上情況，本文將穩(wěn)定的電源供能方式作為研究對象。</p><p>　　3高壓側(cè)供能電路的研究</p><p>　　3.1 有源電子式電流互感器的基本原理</p><p>

89、;　　典型的有源式電子電流互感器的基本原理見圖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行模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，以方便利用光纖進行信號的傳輸，而低壓側(cè)電路的作用則是將光纖傳送下來的信號進行處理，并將結(jié)果送入相應(yīng)的測量與繼電保護設(shè)備。可見，為了確保高壓側(cè)電子電路的正常工作，必須提供穩(wěn)定，可靠的工作電源。圖中的虛線給出了幾種可能的供電方式，這里采用虛線的目的是說明可能的供電方式

90、有很多種，而在實際應(yīng)用當中通常是在眾多方式中選取某一種。</p><p>　　圖3-1 有源式電子電流互感器的原理圖</p><p>　　3.2 幾種供能方法的分析比較</p><p>　　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)缺點進行詳細的分析比較.</p>

91、<p>　　(1)利用CT從母線上取電能</p><p>　　利用CT從母線上取電能的典型電路見圖3-2。其基本工作原理是高壓側(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,通過整流,濾波,穩(wěn)壓等后續(xù)電路處理后,提供給高壓側(cè)電子電路所必需的電源. 采用這種方法面臨兩個困難:當母線電流處于空載等小電流狀態(tài)時,如何保證電源的正常供應(yīng);而當母線處于超過額定電流的大電流狀態(tài),甚至是短路故障電流時,又要給予電

92、源板足夠的保護。</p><p>　　圖3-2 利用CT供電的典型電路示意圖 </p><p>　　為了解決這些問題,采取了多種措施:一是對CT鐵心材料進行篩選, 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,能夠有穩(wěn)定可靠的電源輸出。采取這些措施后,在3～1000A的電流變化范圍內(nèi),取得了5V的穩(wěn)定電壓輸出。另外，選取鐵基納米晶材

93、料構(gòu)造CT鐵心，并在過電壓防護，能量泄放電路，電磁兼容設(shè)計等方面進行了深入研究，能夠提供兩路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)電路的正常工作.基于這種供能方式設(shè)計出了相應(yīng)的電子式互感器樣機,取得的效果還是令人滿意的。</p><p>　　(2) 利用電容分壓器從母線上取電能</p><p>　　利用高壓電容分壓器取電能的思想類似于CT取電

94、能,都是就近取材的想法.其基本電路見圖3-3。高壓電容分壓器從母線上取得電能后，也要經(jīng)整流，濾波，穩(wěn)壓等處理措施，然后才能夠給高壓側(cè)電路供能。在這方面進行了細致的研究，通過調(diào)整電容C的大小來獲取不同的電流輸出,從而達到設(shè)計的功率要求。</p><p>　　圖3-3 電容分壓取電能電路示意圖</p><p>　　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)工作電路之間

95、的電氣隔離問題，這要求更為嚴格的過電壓防護和電磁兼容設(shè)計；其次就是這種方法有著更多的誤差來源，溫度，雜散電容等多種因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，雖然可以通過改變電容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。</p><p><b>　　(3)激光供能</b></p><p>

96、;　　激光供能的基本原理見圖3-4。該方法采用激光或其他光源從低電位側(cè)通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。由于激光二極管的工作原理可以確保光供率在一定溫度條件下的穩(wěn)定，所以通過光電池轉(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，不易受到外界其他因素的干擾。當然，這種方法也存在不足，由于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

97、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。</p><p>　　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重視。ABB公司研制的激光供能電子式電流互感器從350kV到 500kV乃至直流都已經(jīng)在現(xiàn)場運行,激光管的輸出功率1.5W壽命10萬小時。而在我國則只有西門子公司生產(chǎn)的激光</p><p>　　圖3-4 激光供能方法的基本原理&l

98、t;/p><p>　　供能式的電子式互感器得到了成功的現(xiàn)場應(yīng)用，在廣州某變流站里已經(jīng)安全可靠地運行了幾年。美國Photonic Power Systems 公司研制成功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%。而在激光供能結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，經(jīng)過細致深入的研究，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）采用一條單模通信光纖傳輸數(shù)據(jù)，

99、同時使用另一條大芯徑光芯傳輸能量。（3）采用一條單模通信光纖傳輸數(shù)據(jù)，同時使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)目則可根據(jù)求靈活選取。</p><p><b>　　(4) 太陽能供電</b></p><p>　　太陽能電池的多年研究與發(fā)展積累下來的經(jīng)驗使得其在有源電子式互感器中的應(yīng)用成為可能。圖3-5就是

100、其應(yīng)用示意圖，由于太陽能電池SB的輸出易受光強，外界環(huán)境溫度變化，季節(jié)變化等因素的影響，所以為了獲得穩(wěn)定的電源輸出，必須與</p><p>　　二次電池B構(gòu)成組合電源系統(tǒng)，防反二極管 D的作用是防止二次電池對太陽能電池的反向充電?；谶@樣的設(shè)計實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)中大電流的測量，被測電流在227～500A之間時，測量結(jié)果的準確度為1.5%。</p><p>　　圖3-5 太陽能電池供電電路&l

101、t;/p><p>　　但是采用該方法的不足之處在于：</p><p><b>　　成本比較高;</b></p><p>　　存在太陽能電池和蓄電池的功率配合問題，而且蓄電池的儲能容量有限；</p><p>　　3.受溫度影響比較大，由于光吸收系數(shù)與溫度有光，環(huán)境溫度的變化對光電池的響應(yīng)度和暗電流有較大的影響；</p&g

102、t;<p>　　4．輸出功率受負載影響大；</p><p>　　5．使用壽命受蓄電池壽命的影響，由于處于高壓側(cè)，變換不容易。</p><p><b>　?。?） 蓄電池供電</b></p><p>　　該方法采用蓄電池對高壓側(cè)的電子線路進行供電，電池的能量來自高壓母線電流，接在母線上的經(jīng)過特殊設(shè)計的電流互感器或電容分壓器構(gòu)成蓄電池

103、的交流充電電源，經(jīng)過穩(wěn)壓和整流后對電池進行充電。采用這種方法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)起來比較容易，但是蓄電池的壽命比較短，且由于放在高壓側(cè)，更換起來比較困難，因此在實際應(yīng)用當中很少被采用。一般情況下，該供能方式都被用作輔助式電源，將該方式和CT供能相結(jié)合對高壓側(cè)電路進行供電，在母線電流比較小的情況下啟動蓄電池進行供能，兩者取長補短，取得了滿意的效果。但是采用這樣的方法在制造成本及可靠性方面還存在不少問題，因此不應(yīng)該成為將來的發(fā)展方向。&l

104、t;/p><p>　　3.3 已有供能方法的改進</p><p>　　這里主要討論有實用化前途方法的改進,也就是說對CT供能方法，激光供能以及太陽能供電方法的改進。對于CT供能方法來講，努力的方向是確保該方法有盡可能寬的工作電流變化范圍，為此將研究重點放在鐵心材料的改進上，坡莫合金，微晶合金等飽和磁感應(yīng)強度低，導(dǎo)磁率高的材料受到了青睞，取得的成果也令人鼓舞。研究成果表明已經(jīng)可以在3A以上的電流

105、取得穩(wěn)定的電壓輸出，基本上能夠滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求。而對于激光供能方法，一方面是大功率激光器的研究，另外就是光電池轉(zhuǎn)換效率的研究，這兩方面取得的研究成果是可喜的，且已經(jīng)基本達到商業(yè)化的程度，但是有一個問題也還要引起注意即連接兩者的光纖材料性能問題，如果其性能得不到提高， 則只能夠通過增加光纖的數(shù)目來傳輸更多的能量，但這樣做的成本將有所增加，因此也有研究人員在這方面做了工作。對太陽能供電方法，雖然目前應(yīng)用還比較少，但是隨著太陽能電池性能的大幅