電子式互感器儀器的結(jié)構和應用研究

梁洪文

(河南杭氧氣體有限公司,河南信陽 464000)

電子式互感器儀器的結(jié)構和應用研究

梁洪文

(河南杭氧氣體有限公司,河南信陽 464000)

本文對電子式互感器的結(jié)構組成以及應用進行了詳細地分析，特別描述了其組成的關鍵部件。

互感器 儀器儀表 自動化 電氣 電子 通信

傳統(tǒng)所謂的電磁感應式互感器在檢測相關的電流/電壓信號上仍然有很大的不足。而這種不足采用電子式的方式進行改進，有著較好的優(yōu)勢。主要用于對系統(tǒng)相關量的計算，同時給繼電保護、遠程控制、系統(tǒng)監(jiān)視采集與輸入信號。這對于系統(tǒng)的穩(wěn)定，電力系統(tǒng)的安全可以說意義非凡。

1 電子式儀表應用分析

1.1 傳統(tǒng)電氣測量儀表

傳統(tǒng)模式的電氣儀表稱之為電流互感器簡稱為TA，以及電壓互感器也稱之為TV。主要是把要測量的電流或者電壓從各種等級采用各種方式的變換轉(zhuǎn)化為0-5安培的電流或者0-100伏特的電壓再進行信號采集。優(yōu)勢點體現(xiàn)在：結(jié)構簡單、有很高的可靠性，性能通過常年的驗證能夠保證穩(wěn)定性，有著一整套應用以及維護的長期運行經(jīng)驗。然而其主要劣勢也是明顯的，那就是現(xiàn)在電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，規(guī)模以及應用特性都對電氣儀表提出了更高的要求。這包括速度特性、存儲特性、自動化水平的要求等等。

1.2 現(xiàn)代電子互感器優(yōu)勢

現(xiàn)代電子式測量儀器的優(yōu)勢體現(xiàn)在多個方面。

(1)性價比和安全可靠性的提高。在傳統(tǒng)的電磁式互感器結(jié)構中絕緣造價十分昂貴，而且電壓等級的提升造價急劇上升。而電子式系統(tǒng)里，測量機理上也不存在緊耦合，安全可靠性也獲得非常大提升。(2)由于測量儀器上不再有鐵芯，也不再有絕緣性不足的可能，所以這樣就不再存在令人頭疼的磁飽和、系統(tǒng)磁諧振問題，使得系統(tǒng)性能變佳。(3)數(shù)據(jù)的傳輸可靠性提高，抗干擾性能提高。傳統(tǒng)電磁式儀表中采集傳送模擬信號，抗干擾性很差，而電子式測量單元通過現(xiàn)場總線，應用光纖傳輸，不僅造價低，抗干擾性能也隨之大大提高。

2 系統(tǒng)結(jié)構

為了對這種電氣儀表提高應用的認識，以及維護的方便性，需要對其結(jié)構特征加以分析，只有對其原理更加深入理解，才有利于生產(chǎn)、維護與應用。

圖1 羅氏線圈測量系統(tǒng)

圖2 有低頻限制積分器的羅氏線圈等效電路

2.1 系統(tǒng)的高壓側(cè)

對于該儀表系統(tǒng)，最關鍵的特性來自高壓側(cè)采集系統(tǒng)子系統(tǒng)：這有幾個相關部分，Rogowski感應采集線圈、分壓器、系統(tǒng)電源以及采集電路。

(1)Rogowski線圈是一個空心線圈，沒有鐵芯所以感應量十分小。但是由于它不帶有磁飽和與磁滯，所以線性度好，通過信號的處理可彌補其測量微弱的缺陷。(2)分壓器可以實現(xiàn)高壓側(cè)的電壓信號采集測量，一般電壓等級設為了69kV～765kV，其轉(zhuǎn)換以后的輸出主要是5伏特。(3)信號的工作需要電源供電，這可以來自一次電源，也可以其它二次220V交直流電源，里面除了集成電源轉(zhuǎn)換模塊以外，還應該有穩(wěn)壓模塊以及電源存儲模塊。(4)采集模塊用來實現(xiàn)信號調(diào)理、采集、預處理、傳輸功能。這里需要注意任何信號都要有類似光端機的設備實現(xiàn)電光信號轉(zhuǎn)化。

2.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)的工作過程是這樣的。主要在電源的支持下，以采集線圈采集模擬量，然后進入到采集相關的硬件里。然后進行采樣，以及小信號的積分單元放大。同時這個過程也需要進行模擬信號干擾防護的處理，信號的放大工作實現(xiàn)以后進入濾波過程，而這個過程也被叫做信號調(diào)理。下一步就進行預處理后的模擬信號的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的工作。采集器不僅要對一路，更要對三路模擬信號加以采集。模擬量信號經(jīng)過調(diào)制和濾波電路，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在智能控制芯片的輔助功能控制幫助下由光電轉(zhuǎn)換部分發(fā)送至合并單元。

3 重要子模塊

3.1 羅氏線圈測量

羅氏線圈(Rogowski Coil)是均勻圍繞在非磁性骨架上的線圈，圍繞在導體外，用來測量流過導體的電流。如圖1所示。

羅氏線圈測量電流的理論依據(jù)是電磁感應定律和安培環(huán)路定律，將導線纏繞于一個無磁性的具有相同橫截面積的環(huán)形閉合骨架上，由電磁感應定律可知線圈的兩端會感生出與電流變化率成比例的電壓。

3.2 信號積分器

羅氏線圈截面相對較小，很容易繞在導體設備上形成閉合。因此適合應用于電力電子設備，傳感器基本上不改變電路結(jié)構，不影響電路性能。為了得到瞬時的與電流成比例的輸出電壓，需要對感生電壓進行積分。如圖2所示。

3.3 合并單元功能模塊

合并單元是電子式互感器、智能化一次設備、還有測控和計量設備的中間連接環(huán)節(jié)，作用是對一次信號采樣的數(shù)據(jù)進行合并，輸出相同或不同的數(shù)值和開關信號，最后往往通過信息打包IEC60044-8標準規(guī)定的FT3幀格式和IEC61850-9標準的以太網(wǎng)幀格式向二次設備發(fā)送數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

論文給出了其主要結(jié)構，論文的研究有利于生產(chǎn)、應用以及維護的科研工作者加深對其理解，在未來大規(guī)模的應用中，必將發(fā)揮更大效力。

[1]鄧發(fā)玉.電子式電流互感器實用性研究與設計[D].西安:西安電子科技大學,2011:01-23.