电子式互感器仪器的结构和应用研究

梁洪文

(河南杭氧气体有限公司,河南信阳 464000)

电子式互感器仪器的结构和应用研究

梁洪文

(河南杭氧气体有限公司,河南信阳 464000)

本文对电子式互感器的结构组成以及应用进行了详细地分析，特别描述了其组成的关键部件。

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传统所谓的电磁感应式互感器在检测相关的电流/电压信号上仍然有很大的不足。而这种不足采用电子式的方式进行改进，有着较好的优势。主要用于对系统相关量的计算，同时给继电保护、远程控制、系统监视采集与输入信号。这对于系统的稳定，电力系统的安全可以说意义非凡。

1 电子式仪表应用分析

1.1 传统电气测量仪表

传统模式的电气仪表称之为电流互感器简称为TA，以及电压互感器也称之为TV。主要是把要测量的电流或者电压从各种等级采用各种方式的变换转化为0-5安培的电流或者0-100伏特的电压再进行信号采集。优势点体现在：结构简单、有很高的可靠性，性能通过常年的验证能够保证稳定性，有着一整套应用以及维护的长期运行经验。然而其主要劣势也是明显的，那就是现在电力系统不断发展，规模以及应用特性都对电气仪表提出了更高的要求。这包括速度特性、存储特性、自动化水平的要求等等。

1.2 现代电子互感器优势

现代电子式测量仪器的优势体现在多个方面。

(1)性价比和安全可靠性的提高。在传统的电磁式互感器结构中绝缘造价十分昂贵，而且电压等级的提升造价急剧上升。而电子式系统里，测量机理上也不存在紧耦合，安全可靠性也获得非常大提升。(2)由于测量仪器上不再有铁芯，也不再有绝缘性不足的可能，所以这样就不再存在令人头疼的磁饱和、系统磁谐振问题，使得系统性能变佳。(3)数据的传输可靠性提高，抗干扰性能提高。传统电磁式仪表中采集传送模拟信号，抗干扰性很差，而电子式测量单元通过现场总线，应用光纤传输，不仅造价低，抗干扰性能也随之大大提高。

2 系统结构

为了对这种电气仪表提高应用的认识，以及维护的方便性，需要对其结构特征加以分析，只有对其原理更加深入理解，才有利于生产、维护与应用。

图1 罗氏线圈测量系统

图2 有低频限制积分器的罗氏线圈等效电路

2.1 系统的高压侧

对于该仪表系统，最关键的特性来自高压侧采集系统子系统：这有几个相关部分，Rogowski感应采集线圈、分压器、系统电源以及采集电路。

(1)Rogowski线圈是一个空心线圈，没有铁芯所以感应量十分小。但是由于它不带有磁饱和与磁滞，所以线性度好，通过信号的处理可弥补其测量微弱的缺陷。(2)分压器可以实现高压侧的电压信号采集测量，一般电压等级设为了69kV～765kV，其转换以后的输出主要是5伏特。(3)信号的工作需要电源供电，这可以来自一次电源，也可以其它二次220V交直流电源，里面除了集成电源转换模块以外，还应该有稳压模块以及电源存储模块。(4)采集模块用来实现信号调理、采集、预处理、传输功能。这里需要注意任何信号都要有类似光端机的设备实现电光信号转化。

2.2 系统工作原理

系统的工作过程是这样的。主要在电源的支持下，以采集线圈采集模拟量，然后进入到采集相关的硬件里。然后进行采样，以及小信号的积分单元放大。同时这个过程也需要进行模拟信号干扰防护的处理，信号的放大工作实现以后进入滤波过程，而这个过程也被叫做信号调理。下一步就进行预处理后的模拟信号的转换，实现AD转换的工作。采集器不仅要对一路，更要对三路模拟信号加以采集。模拟量信号经过调制和滤波电路，由A/D转换器转换成数字信号，在智能控制芯片的辅助功能控制帮助下由光电转换部分发送至合并单元。

3 重要子模块

3.1 罗氏线圈测量

罗氏线圈(Rogowski Coil)是均匀围绕在非磁性骨架上的线圈，围绕在导体外，用来测量流过导体的电流。如图1所示。

罗氏线圈测量电流的理论依据是电磁感应定律和安培环路定律，将导线缠绕于一个无磁性的具有相同横截面积的环形闭合骨架上，由电磁感应定律可知线圈的两端会感生出与电流变化率成比例的电压。

3.2 信号积分器

罗氏线圈截面相对较小，很容易绕在导体设备上形成闭合。因此适合应用于电力电子设备，传感器基本上不改变电路结构，不影响电路性能。为了得到瞬时的与电流成比例的输出电压，需要对感生电压进行积分。如图2所示。

3.3 合并单元功能模块

合并单元是电子式互感器、智能化一次设备、还有测控和计量设备的中间连接环节，作用是对一次信号采样的数据进行合并，输出相同或不同的数值和开关信号，最后往往通过信息打包IEC60044-8标准规定的FT3帧格式和IEC61850-9标准的以太网帧格式向二次设备发送数据。

4 结语

论文给出了其主要结构，论文的研究有利于生产、应用以及维护的科研工作者加深对其理解，在未来大规模的应用中，必将发挥更大效力。

[1]邓发玉.电子式电流互感器实用性研究与设计[D].西安:西安电子科技大学,2011:01-23.