梁洪文

(河南杭氧氣體有限公司,河南信陽(yáng) 464000)

電子式互感器儀器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用研究

梁洪文

(河南杭氧氣體有限公司,河南信陽(yáng) 464000)

本文對(duì)電子式互感器的結(jié)構(gòu)組成以及應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)地分析，特別描述了其組成的關(guān)鍵部件。

互感器 儀器儀表 自動(dòng)化 電氣 電子 通信

傳統(tǒng)所謂的電磁感應(yīng)式互感器在檢測(cè)相關(guān)的電流/電壓信號(hào)上仍然有很大的不足。而這種不足采用電子式的方式進(jìn)行改進(jìn)，有著較好的優(yōu)勢(shì)。主要用于對(duì)系統(tǒng)相關(guān)量的計(jì)算，同時(shí)給繼電保護(hù)、遠(yuǎn)程控制、系統(tǒng)監(jiān)視采集與輸入信號(hào)。這對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定，電力系統(tǒng)的安全可以說(shuō)意義非凡。

1 電子式儀表應(yīng)用分析

1.1 傳統(tǒng)電氣測(cè)量?jī)x表

傳統(tǒng)模式的電氣儀表稱之為電流互感器簡(jiǎn)稱為T(mén)A，以及電壓互感器也稱之為T(mén)V。主要是把要測(cè)量的電流或者電壓從各種等級(jí)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(jìn)行信號(hào)采集。優(yōu)勢(shì)點(diǎn)體現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有很高的可靠性，性能通過(guò)常年的驗(yàn)證能夠保證穩(wěn)定性，有著一整套應(yīng)用以及維護(hù)的長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。然而其主要劣勢(shì)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(yīng)用特性都對(duì)電氣儀表提出了更高的要求。這包括速度特性、存儲(chǔ)特性、自動(dòng)化水平的要求等等。

1.2 現(xiàn)代電子互感器優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代電子式測(cè)量?jī)x器的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在多個(gè)方面。

(1)性價(jià)比和安全可靠性的提高。在傳統(tǒng)的電磁式互感器結(jié)構(gòu)中絕緣造價(jià)十分昂貴，而且電壓等級(jí)的提升造價(jià)急劇上升。而電子式系統(tǒng)里，測(cè)量機(jī)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(cè)量?jī)x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(wèn)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(hào)，抗干擾性很差，而電子式測(cè)量單元通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線，應(yīng)用光纖傳輸，不僅造價(jià)低，抗干擾性能也隨之大大提高。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了對(duì)這種電氣儀表提高應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，以及維護(hù)的方便性，需要對(duì)其結(jié)構(gòu)特征加以分析，只有對(duì)其原理更加深入理解，才有利于生產(chǎn)、維護(hù)與應(yīng)用。

圖1 羅氏線圈測(cè)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(duì)于該儀表系統(tǒng)，最關(guān)鍵的特性來(lái)自高壓側(cè)采集系統(tǒng)子系統(tǒng)：這有幾個(gè)相關(guān)部分，Rogowski感應(yīng)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(gè)空心線圈，沒(méi)有鐵芯所以感應(yīng)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(guò)信號(hào)的處理可彌補(bǔ)其測(cè)量微弱的缺陷。(2)分壓器可以實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)的電壓信號(hào)采集測(cè)量，一般電壓等級(jí)設(shè)為了69kV～765kV，其轉(zhuǎn)換以后的輸出主要是5伏特。(3)信號(hào)的工作需要電源供電，這可以來(lái)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(yīng)該有穩(wěn)壓模塊以及電源存儲(chǔ)模塊。(4)采集模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理、采集、預(yù)處理、傳輸功能。這里需要注意任何信號(hào)都要有類似光端機(jī)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)電光信號(hào)轉(zhuǎn)化。

2.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)的工作過(guò)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(jìn)入到采集相關(guān)的硬件里。然后進(jìn)行采樣，以及小信號(hào)的積分單元放大。同時(shí)這個(gè)過(guò)程也需要進(jìn)行模擬信號(hào)干擾防護(hù)的處理，信號(hào)的放大工作實(shí)現(xiàn)以后進(jìn)入濾波過(guò)程，而這個(gè)過(guò)程也被叫做信號(hào)調(diào)理。下一步就進(jìn)行預(yù)處理后的模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的工作。采集器不僅要對(duì)一路，更要對(duì)三路模擬信號(hào)加以采集。模擬量信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制和濾波電路，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，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(cè)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(dǎo)體外，用來(lái)測(cè)量流過(guò)導(dǎo)體的電流。如圖1所示。

羅氏線圈測(cè)量電流的理論依據(jù)是電磁感應(yīng)定律和安培環(huán)路定律，將導(dǎo)線纏繞于一個(gè)無(wú)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(yīng)定律可知線圈的兩端會(huì)感生出與電流變化率成比例的電壓。

3.2 信號(hào)積分器

羅氏線圈截面相對(duì)較小，很容易繞在導(dǎo)體設(shè)備上形成閉合。因此適合應(yīng)用于電力電子設(shè)備，傳感器基本上不改變電路結(jié)構(gòu)，不影響電路性能。為了得到瞬時(shí)的與電流成比例的輸出電壓，需要對(duì)感生電壓進(jìn)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(shè)備、還有測(cè)控和計(jì)量設(shè)備的中間連接環(huán)節(jié)，作用是對(duì)一次信號(hào)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，輸出相同或不同的數(shù)值和開(kāi)關(guān)信號(hào)，最后往往通過(guò)信息打包IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的FT3幀格式和IEC61850-9標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀格式向二次設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

論文給出了其主要結(jié)構(gòu)，論文的研究有利于生產(chǎn)、應(yīng)用以及維護(hù)的科研工作者加深對(duì)其理解，在未來(lái)大規(guī)模的應(yīng)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(shí)用性研究與設(shè)計(jì)[D].西安:西安電子科技大學(xué),2011:01-23.