电子式互感器

过程层
同步时钟 GPS
间隔层
保护装置 数字化 测控装置 计量 录波
互感器
MU
1、无源式－传感头采用磁光晶体或光纤
2、有源式－传感头采用电子器件，需提供电源
1. 高压电流互感器分类
依据高压电流互感器的发展历程,将其分为四代: 第一代: 电磁感应原理

绝缘介质: 油
1A或5A模拟量输出


第二代: 电磁感应原理

绝缘介质: SF6,或干式环氧材料绝缘

1A或5A模拟量输出

（6）洛阳电力局新安县变电站产品LDGDZB－110W2 型运行现场
无源式电流互感器的原理与传统的电磁
式互感器截然不同，优点在于其传感头在 设计上没有电源的供应的问题，但是这种 互感器对光学技术、光纤技术以及光学材 料的发展有很大的依赖性，研制技术难度 大，成本较高。而且，磁光材料在外界环 境的温度压力等参数变换的情况下的稳定 性也是一个技术上难以解决的问题。 因此，要达到实用阶段还要走很长的路。
法拉第磁旋光效应示意图

根据马吕斯定律： J1=αJ0sin2（φ+θ） J2=αJ0cos2（φ+θ） 式中：J0为输入光强 J1、J2为经检偏器分出的两路光强 α为光路中的光强衰减系数 φ为起偏器与检偏器夹角(在本系统中为 常数) 则： (J1-J2)/(J1+J2) = -cos2（φ+θ） = sin(2θ) =sin(2VI) ≈2VI 则可得出：I＝
小信号铁芯CT（低功率线圈） （测量稳态信号－测量用）



根据国家标准GB1208－1997对电流互感器的规 定，对于测量通道，应保证在小于1.2倍额定电流 的情况下能够实现正常测量，误差在规定的范围 之内； 铁芯采用超微晶合金材料，环形穿心结构，没有 气隙、漏磁少。具有高磁导率，可使其在较小的 截面下互感器测量绕组即可满足精度要求。 由于LPCT损耗小，使得在测量很大的电流时（即 使是短路电流时）也有较高的准确度而不会饱和， 因此LPCT具有较宽的测量范围，在一定的应用领 域内（例如一次电流从几十安到几千安）。
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激光供能方式



采用激光器从地面低电位侧通过光纤将光能传送到 高电位侧，再经光电池将光能转换成电能，再经过 DC－DC变换后，提供稳定的电压输出 优点：纹波小、不易受外界干扰， 摆脱了高压母线电流大小和电压高低的影响， 这种供能方式的互感器可以对母线进行故障检测 缺点：价格比较昂贵、寿命短、光电池转换效率低， 功率不足，要求电子线路选用低功耗元件
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Ra r Ri h dr
I(t)
R0 L
+ -
+
e(t)
i(t)
Rc
U out
-
+
Rc U out
-
图 罗果夫斯基线圈原理图及等效原理图
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Rogowski线圈介绍
首先设线圈每匝中心线与导线中 心线间的距离为r，穿过线圈每匝 的磁场均为Br，且线圈共有n匝， 每匝的面积均为S，0 为真空导 磁率，则可得：导线电流I(t)与 Br 的关系为： Br 0 I t / 2r 感应电压u2(t)与I(t) 的关系为：
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信号接收机的主要作用



将传感头通过光纤传递下来的光脉冲信号转换成 电脉冲信号，并进行放大处理。 通过两路处理通道(一路是是采用D/A转换器的模 拟通道，一路是采用计算机处理的数字通道)，对 传输下来的信号进行处理。 输出IEC标准规定的模拟信号和数字信号
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第三代: 电磁感应原理

一次传感器为罗氏线圈或小功率CT
高压侧信号通过光纤传送至低压侧 1A模拟量或数字量输出



第四代: 法拉第磁光效应原理

一次传感器为磁光玻璃

信号通过光纤传输
1A模拟量或数字量输出 变比可调


2. 电子式电流 互感器结构和原理
•传感头 Rogowski线圈（测量暂态信号－保护用） 小信号铁芯CT（测量稳态信号－测量用） A/D采样及温度补偿 电能供应 • 光纤传输，光纤绝缘子 • 信号接收单元 • 电子式互感器校验仪
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Rogowski线圈的几个问题（2）


线圈骨架的选择 水泥、大理石、花岗岩 要求：选择线性膨胀系数小的材料做线圈骨架， 随温度变化，形变越小越好，使线圈所受影响最 小 Rogowski线圈的输出信号通常比较弱，易受外界 电磁场的干扰，应对线圈进行屏蔽，输出信号用 屏蔽双绞线引出
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电子式互感器概述
电子式互感器概述
电子式互感器按原理划分：
Rogowski 线圈 低功率线圈 有源式 电容分压
电流互感器
法拉第电磁 感应原理
电 子 式 互 感 器
电压互感器 电阻分压 法拉第磁旋 光效应 电流互感器 赛格耐克 效应 无源式 普克尔 效应型 电压互感器 逆压电 效应型 全光纤型
磁光玻璃型
一、电流互感器简介
按用途分： 1、测量用将任一数值的交流电流转换为用标准仪器可以直 接测量的交流电流值；使高压回路与维护人员可以接近的测 量仪表绝缘。 2、保护用将任一数值的交流电流转换成可以供给继电保护 装置的交流电流值；使高压回路与维护人员可以接近的继电 器绝缘。
按高压部分是否需要工作电源分：
二、电子式电压互感器
（1）电容分压原理
五、采集器与合并单元
合并单元（Merging Unit，MU）是对来自一次采集器的电流和电压数据进行时间相关 组合的物理单元。合并单元接受并同步来自不同采集器的数字光信号，按照IEC618509-1/-9-2LE的通信协议进行数据处理，并按此协议与保护、测控装置等二次设备进行 通信。
dBr 0 nS dI (t ) u2 t nS dt 2r dt
输出信号是电流对时间的微分。通过一个对 输出的电压信号进行积分的电路，就可以真 实还原输入电流。
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Rogowski线圈结构图
有源式电子式电流互感器原理图
Rogowski线圈的几个问题（1）



在测量小信号时，由于Rogowski线圈为空心线圈， 要达到很高的准确度，就要求线圈具有较多的匝 数。 根据国家标准GB1208－1997对电流互感器的规 定，对于测量通道，应保证在小于1.2倍额定电流 的情况下能够实现正常测量，误差在规定的范围 之内；同时对保护通道，能保证在20倍额定电流 以内能够进行保护监测。 假设额定电流为600A，则保护用暂态电流幅值可 达600＊20＝12000A，实现如此大范围内信号的 准确测量难度是很大的

有源式电流互感器采用的是传统的电阻、电容
等器件，优点在于采样精确度比较高，同无源光 电互感器相比，在结构上更加简单，也比较容易 和计算机实现直接通信，但是它的缺点在于传感 头的电源供应、大范围电流的准确测量问题和电 磁兼容问题。
二、电子式电压互感器
（1）电阻分压原理 电子式电压互感器采用电阻、阻容分压原理， 其输出在整个测量范围内呈线性，其原理图如 下：
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Rogowski线圈介绍




Rogowski线圈实际上就是一个缠绕在非磁性骨架 上的空心螺线管 是测量暂态电流的一种常用工具，现在也有用于 测稳态电流的，供计量和保护用 没有铁心，不会产生磁饱和 不直接串联在被测回路中，不会消耗被测回路的 能量 线圈和被测回路没有直接的电的关系，对被测回 路的影响较小
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1—输电线 2—传感头 3—绝缘子串 4—接线盒 5—拉杆 6—传输光纤 7—电子元件
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电子式电流互感器 现场安装示意图
ECT现场图
电流互感器样 机（传感头）
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Fra Baidu bibliotek
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传感头部分装配原理示意图 1-导电杆、 2-电源板、3-电源变压器、4-A/D 采集板、5-罗 果夫斯基线圈、 6-铁芯线圈 7-铁芯线圈外围电路板、 8-金具、 9-外壳
料，无磁滞磁饱和现象；
量程范围可根据客户的需求通过软件任意
调整。
体积小，重量轻，安装、运输容易；
二次侧可开路或短路，不存在二次开路高
压危险，便于二次侧的维护与维修；
具有1A标准电流输出接口，带功率输出的
特点，可直接替换传统产品；
具有模拟、数字两种接口，便于二次部分
的升级换代和数字化变电站的建设。
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高电位侧的电源供应问题

特制CT线圈从母线采电的供能方式 激光供能方式 蓄电池或太阳能电池供能方式 超声电源供能方式
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特制CT线圈供能方式



采用接在母线上的参数变压器获得电压信号，对 其进行整流、滤波、稳压后供给后级的电子线路 问题是母线中电流变化范围很大，从空载电流到 额定电流，以及发生故障时的短路电流和雷电冲 击电流 ，都要求保证直流电源的可靠输出 在母线电流为零的情况下，这种方法不能提供足 够的电压输出来维持传感头的工作
磁光玻璃式电子式电流互感器工作示意图
3.磁光玻璃式电子式电流互感器产品结构与特点
一次传感器
复合支柱绝缘子
二次变送器
电子式电流互感器安装示意图
3.2 产品特点
绝缘形式为干式的，不充油、不充气。终
身免维护；
高压侧与低压侧之间由光缆连接，绝缘性
能优异，而且光缆有很强的抗电磁干扰能 力；
一次传感器中采用磁光玻璃，无铁磁性材
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小信号铁芯CT（低功率线圈） （测量稳态信号－测量用）
LPCT二次回路要并接一阻值较小的电压取样电阻， 该电阻是LPCT的一个组成部分，等效电路如下：
Us Rsh Np Ip Ns
Us为LPCT电压输出 Ip为一次侧电流 Rsh为采样电阻 Np为一次绕组匝数 NS为二次绕组匝数
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