电流互感器

LMZB3-10 10/10/10/10/10VA4000/1 5P30/5P30/5P30/0.5S/0.2S型号含义(Type designation)L 电流互感器(current transformer)M 母线式（busbar type）Z 浇注绝缘(casting resin insulated)B 保护用(for protection)3 设计序号(design sequence)10 额定电压,kV(rated voltage,kV)对保护用电流互感器，准确级以该准确级在额定准确限值一次电流下的最大允许复合误差的百分数标称，其后标以字母“P”表示保护，保护用电流互感器的标准准确级为5P和10P。

例：5P10，后面的10表示其准确限值系数。

5P10，后面的10就是准确限值系数。

5P10表示当一次电流是额定一次电流的10倍时，该绕组的复合误差≤±5%。

准确限值系数的意义就是在保证误差在±5%范围内时，一次电流不能超过额定电流的倍数，如果此时一次电流比较大，就要选用5P20的，甚至还可能选用5P30的。

比如，经计算，你需要装设保护的地方，在最大运行方式下短路电流是4KA，你选用的是150/5,5P10，也就是说该在150A*10倍=1500A=1.5KA时，能保证绕组的复合误差≤±5%；而很可能短路后，电流超过1.5KA，甚至达到4KA，这时就达不到复合误差≤±5%，如果选用150/5,5P30的，在150A*30倍=4500A=4.5KA时，能保证绕组的复合误差≤±5%，但最大短路电流才4KA，故在全量程中，均能保证保护用的精度。

但实际应用中，为降低成本，保护并不需要太高的精度，10P已经能满足需要，且在选择时，也没有必要保证在最大短路电流时还保证精度，一般在保护定值附近能保证精度就可以了。

指的是精确度0.2代表额定一次电流额定二次负荷时误差限值为0.2%。

一般来说测量选用0.5 计量选用0.2（S）；S级的意义在于当一次电流很小时普通CT 的误差很大，二次基本不输出，这样导致小电流时计量误差大。

所以用电波动大时应选用S互感器用于计量。

S级对额定电流的1%点的误差也有要求。

电流互感器的接线方式和配置1 电流互感器的接线方式和配置1.1 常规电流互感器的概述电流互感器是变换电流大小的互感器，其二次电流与一次电流实质上成正比，相位差接近于零。

电流互感器按其用途可分为测量用电流互感器和保护用电流互感器，有时一台互感器可以兼作两种用途。

测量用电流互感器的用途是传递电流信号给指示仪表、计算仪表，以测量线路正常工作时的电流和电能。

对于测量用电流互感器的主要要求时:在规定的负荷下由足够的准确度:同时为保护测量仪表，其最大二次电流应有一定的限制。

保护用电流互感器的分为稳态保护用与暂态保护用两种。

稳态保护用电流互感器常用于系统的过负荷、发电机的接地保护，以及发电机、变压器的差动保护。

具有良好暂态特性的电流互感器(TP)要求能够在要求的时间内，不失真的将一次故障电流转变为二次电流，为电力系统继电保护装置提供不失真的电流测量。

表2一l测量用电流互感器的误差限值1.2 电子式电流互感器系统框图IEC60044一8是国际电工委员会为电子式电流传感器专门制定的一个标准:。

该标准不但对电子式电流传感器的各个部分包括传感头(基于Rogowski空心线圈的电流互感器)、过程层与间隔层之间的通讯等等都作了详细的规定而且还对电子式电流互感器的测试作了规定。

对电子式电流互感器的一些重要参数给出了严格定义和规定。

由于以前的系统采用电磁式电流互感器，使用模拟接口，为了与原有的系统兼容，I EC60044一8允许电子式电流互感器带有数字式输出接口以外，还应该有模拟输出接口。

(现在IEC60044一8电子式电流互感器通用的结构〔如下图所示)。

电子式电流互感器的应用技术主要考虑到以下两点:1) 数据同步的问题数据同步问题是指二次设备需要的采样数据是在同一个时间点上采得的，即采样数据的时间同步，以避免相位和幅值产生误差。

对于电磁式互感器输出的模拟信号就不存在这个问题，而光电式互感器输出的数字信号就必须含有时间信息。

解决同步问题有插值计算和使用GPS两种方法。

插值计算是由二次设备完成的，根据互感器提供的若干个时间点上的采样值，插值计算得到需要的时间点上的电压电流值。

使用GPS则是站内统一的GPS时钟信号，互感器在送出的采样值中打上时标，提供给二次设备。

2) 数据的实时传输问题通常应用在变电站自动化系统中各层之间有大量的数据需要交换，其中间隔层和过程层需要交换的数据有互感器的电流电压采样实时数据、对设备的控制命令、对设备的监测和诊断数据。

现代变电站内的装置大多是数字装置，电子式电流互感器直接提供数字信号，简化了数字装置的硬件结构;传送的是数字信号，不受负载的影响，系统误差仅存在于传感头自身，减小了系统误差;其输出的数字信号可以很方便地进行数据通信。

以上诸多的特点，将会对变电站综合自动化系统产生深刻影响。

1.3 电子式电流互感器的基本结构图2一4本设计的系统组成结构图图2一4给出了本文采取的电子式电流互感器的整体结构图。

系统分为高压端和低压端两个部分，高压部分包括传感头、A/D转换电路、电压和温度的监视电路、电源部分，低压部分包括时序控制发生器、数据存取以及与PC机接口电路、模拟量输出部分。

系统中的高压部分和低压部分用既能传输光信号又能起绝缘作用的光纤连接起来。

传感头采用Rogowski线圈，低压控制高压三相同时采样。

具体的线路设计详见第五章1.3.1 高压侧供电电源方案探讨高压侧电路的电源问题是电子式电流互感器的技术难点。

供电方式有激光供电、太阳能电池供电、超声波供电等。

这些方式的能量都取自外部，不受电力系统运行状况影响。

激光供能属于低压侧外部电源供电方式，稳定性高，但价格比较高。

其他两种方.式比较难实现，成本高，不符合实际。

就地解决供电的方案有悬浮式电源和用高压电容分压器从高压母线上取能量两种。

利用集中式电容分压器能同时解决供电电源问题和电压采样问题，但在电力系统出现故障，线路电压猛跌时也不能正常供电。

悬浮式电源结构简单、成本低廉，缺点是:电力系统小负荷时，不能正常供电存在死区，可以考虑备用电源(电池)，来弥补供电死区。

综合考虑各种方案，拟采用悬浮式电源和电池结合的方式供电。

1) 悬浮式电源的原理由电路可得:当满足时，其可输出稳定的电压。

因此只要设计可控阻抗Z C〔.满足上述条件，就可稳压。

为了方便起见，将负载电路的等效阻抗和内阻分别用导纳Y C.、Y L表示。

为了减少死区，采用开源节流法:一方面尽量降低负载的等效导纳，另一方面加大互感能量供给能力。

人为拟合具有双曲函数特性受控阻抗，本文使用折线来逼近分流阻抗曲线，通过阻抗的投切达到人为拟合具有双曲函数特性的受控阻抗。

2) 具体方案的拟定可以根据具体的元件的选择不同，可以使在几十安到几千安的范围内提供能源。

但是当电力系统小负荷时，线路的电流很小，很难正常供电。

为了供电的可靠性，必须提供备用电源，本论文采用的电池和悬浮式电源配合使用，如图2一7所示，在母线电流很小时，由与备用电池的二极管导通，由电池供电。

悬浮式供电方式Pspi ee电路仿真波形如图2一8所示。

Rogowski线圈的输出信号经过变换传送到低压端进行数据处理和模拟显示，这要求把信号不失真地传送到低压端输出还原，同时保证高压部分和低压部分的完全绝缘。

光纤因为其良好的绝缘性、抗电磁干扰性、长久的工作寿命、很低的传输衰减，已经成为各种通信领域的首选传输介质。

整个系统中，低电压端控制板电路产生高压端刀D和电压端的D/A的控制时序。

D/ A和A/D控制时序是同步产生的。

连接高压部分和低压部分的通道是两条光纤，一条用来从低压端向高压端传送工作时钟，另一条用来从高压端向低压端传送数据。

把高低压部分电气隔离，实现高低压之间的绝缘。

当要求A、B、C三相同时测量时，低电位端控制器通过6根光纤分别对各相ADC进行控制，控制三相ADC同时采样。

控制板电路除了产生控制时序以外，还具有数字形式的输出接口，为以后数字仪表显示备用;以及与PC机握手连接电路，实现PC机对数据的读取，并进行处理和分析。

D/A板经过诸如滤波、相位校正等处理后，提供电压形式的模拟输出，为后级模拟输出显示和测量做准备。

1.4 整体方案设计从理论上讲，全光式电流互感器(MOCT)具有测量范围大、电绝缘性优良、结构简单、灵敏度高等特点。

但是实际的传感器还存在许多问题，它们的光源、光纤及信号的处理技术等要求比较高。

最重要的是，系统所用光纤本身的双折射效应及费尔德常数随着环境因素(如温度、压力、震动等)的变化而变化，影响测量的精度。

这给整个光路的调整、校准及防震等带来了很大的困难。

这些因素是全光纤型电流传感器技术进展中的主要障碍。

而随着电子技术和计算机技术的不断发展，电子式光电电流互感器研究越来越切合实际。

用Rogowski线圈作为传感头，能准确地体现电力线上的电流大小和相位，结合光纤进行信号的传输电子式光电电流互感器，避免了全光式电流互感器(MOCT)由于光纤线性双折射效应产生误差，而且其研制周期更短、开发成本低，便于批量生产与推广。

并且电子式光电电流互感器与光纤光栅、高速AD转换器、虚拟仪器、GPS等技术相结合成了光电电流互感器的一种趋势。

图1一4本设计整体方案示意图电子式电流互感器调制方案主要有VFC和ADC变换两种。

VFC采用压频变换，将输入模拟量变化成为脉冲频率随输入模拟量幅值大小变化的脉冲量，对脉冲定时计数来实现模数转换。

VFC由于其简易的接口特性、抗干扰性能好而得到较广的应用，但也存在功耗大、采样速率低、温度漂移大等缺点，特别不适于分时对多个模拟量进行转换的场合应用，而ADC芯片性能越来越成熟。

一般的电子式光学电流互感器是在高端采样板单独采用硬件或CPU控制ADC，然后通过光纤将采样结果以异步或同步的方式传送到低端，采样频率和采样时刻都由高端电路决定，增加高端电路的复杂性和功耗。

为了实现三相电流ADC 采样同步，本论文提出由低端控制器通过光纤控制高端ADC采样，实现各相串行AD C同时采样的有源电子式电流互感器方案。

整体方案如图1一4。

目的就是将处于高电位的电流信号不失真地传送到低电位，进行数据记录和信号还原输出。

上述这种方案:1) 简单实用，对各相ADC进行多个通道扩展，实时了解高端运行状态;2) 高压端采样板由低端进行控制，实现了各相电流同时采样。

3) 有利于跟踪电网频率，自适应准同步采样，提高测量系统地精度;4) 易于组成电子式电流/电压组合光学互感器，实现电压和电流同时测量。