電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)及應用電子式電流互感器得定義及分類根據(jù)IEC60044-8?Electroniccurrenttransformers?(2002)得定義:光學電流互感器(光學玻璃、全光纖、光柵)空芯電流互感器(傳光型)鐵心線圈式低功率互感器(傳光型)電子式電壓互感器得定義及分類根據(jù)IEC60044-7?Electronicvoltagetransformers?(1999)得定義:光學電壓互感器(傳感型)阻容分壓型電壓互感器(傳光型)光學電流互感器得基本原理根據(jù)Faraday磁光效應,線偏振光在磁場得作用下,其偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。BLoptF光學電流互感器得基本原理光學玻璃型全光纖型(FOCT)偏振檢測方法干涉檢測方法雙折射就是指光纖中傳輸?shù)脙蓚€模式得傳播常數(shù)或相速隨著模式偏振不同而不同得現(xiàn)象,反映了由線性雙折射在兩個偏振本征模之間引入得相位延遲。(形狀雙折射、應力雙折射)無雙折射有雙折射光學電流互感器得基本原理由于線性雙折射得存在,將使得電流測量靈敏度減小,并且不穩(wěn)定。減小了電流測量靈敏度。這就是因為雙折射使線偏光得兩個正交光振動分量之間產(chǎn)生一個位相差,結(jié)果輸出光變成了橢圓偏振光。對于不同得入射偏振面,傳感器具有不同得測量靈敏度。靈敏度隨偏振面方位得改變而周期性變。測量靈敏度受外界溫度得調(diào)制。無雙折射有雙折射光學電流互感器得基本原理在光纖電流傳感器中,由于光纖內(nèi)存在得線性雙折射對于溫度與振動等環(huán)境因素變化十分敏感,而雙折射會造成偏振光偏振態(tài)輸出得不穩(wěn)定,影響測量得精確度,因此利用各種方法降低雙折射就是FOCT實用化過程中需要解決得關(guān)鍵問題。采用保偏光纖就是最主要得技術(shù)手段。保偏光纖就是利用光纖得雙折射特性、對傳輸?shù)闷窆獾闷駪B(tài)能夠加以保持并傳輸?shù)霉饫w。(螺旋(Spun)光纖、扭轉(zhuǎn)光纖等)光學電流互感器得基本原理基于干涉檢測方法得全光纖電流互感器(FOCT)干涉型得FOCT并不就是直接檢測光得偏振面得旋轉(zhuǎn)角度,而就是通過受Faraday效應作用得兩束偏振光得干涉并檢測其相位差得變化來測量電流。干涉型FOCT主要可以分為Sagnac環(huán)形結(jié)構(gòu)(也稱Loop結(jié)構(gòu))與反射結(jié)構(gòu)(也稱in-line結(jié)構(gòu))。光學電流互感器得基本原理基于Sagnac反射結(jié)構(gòu)得FOCT由光源發(fā)出得光經(jīng)過保偏光纖耦合器后由光纖起偏器起偏變成線性偏振光,恰在保偏光纖得光軸上得光能保持這種偏振狀態(tài),然后經(jīng)過一個45度融解進入第二段保偏光纖,因此在這段光纖兩個光軸上得電場矢量得分量相等。這兩個分量成為兩個分別在兩個光軸上互相垂直(X與Y軸)得線性偏振光,分別沿保偏光纖得x軸與y軸傳輸。這兩束光經(jīng)過λ/4波片,分別轉(zhuǎn)變成為左旋與右旋得圓偏振光,并進入傳感光纖。由于被測電流會產(chǎn)生磁場與在傳感光纖中得Farada磁光效應,這兩束圓偏振光得相位會發(fā)生變化(△θ=2VNI),并以不同得速度傳輸。光學電流互感器得基本原理基于Sagnac反射結(jié)構(gòu)得FOCT兩束圓偏振光在反射膜端面處反射后,偏振模式互換(即左旋光變?yōu)橛倚?右旋光變?yōu)樽笮?,然后再次穿過傳感光纖,使Faraday效應產(chǎn)生得相位加倍(△θ=4VNI)。兩束光再次通過λ/4波片后,恢復成為線偏振光,并且原來沿保偏光纖X軸傳播得光變?yōu)檠乇Ｆ饫wy軸傳播,原來沿保偏光纖y軸傳播得光變?yōu)檠乇Ｆ饫wx軸傳播。分別沿保偏光纖x軸、y軸傳播得光在光纖偏振器處發(fā)生干涉。通過測量相干得兩束偏振光得非互易位相差,就可以間接地測量出導線中得電流值。光學電流互感器得基本原理基于Sagnac反射結(jié)構(gòu)得FOCT在理想情況下,探測器探測到得光強信號大小為:相位調(diào)制器在檢測電路得驅(qū)動下產(chǎn)生一個與大小相等方向相反得反饋相移,通過檢測反饋信號得大小即能確定相位,從而得到被測電流得大小。大家學習辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜空芯電流互感器得基本原理整個線圈均勻地繞在非磁性骨架上,由全電流定律與電磁感應定律可得到線圈互感系數(shù)M

E=M×jω×Ip對于穩(wěn)態(tài)下得正弦電流,空芯線圈得輸出電壓為

優(yōu)點:不飽與,線性范圍寬缺點:信號小,且需要積分還原低功率電流互感器得基本原理LPCT仍然就是基于電磁感應原理得鐵芯CT,它實際上代表了傳統(tǒng)CT得發(fā)展。特別之處在于所用得鐵芯材料就是微晶合金鐵芯,并且集成了一個取樣電阻,將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出。二次輸出電壓US=Rsh×IS=Rsh×Np/Ns×Ip=1/KR×Ip

光學電壓互感器得基本原理基于Pockels效應:電光晶體在外電場得作用下,其折射率會線性地發(fā)生變化,從而使偏振光得兩個分量之間產(chǎn)生位相差。電容分壓型電壓互感器得基本原理10kV、35kV一般采用電阻分壓。110kV以上一般采用電容分壓或阻容分壓。電容分壓器;(B)信號調(diào)理單元;(C)光供電單元;(D)供能光纖;(E)激光器;(F)信號解調(diào)單元;(G)信號傳輸光纖、傳統(tǒng)互感器與電子式互感器得比較傳統(tǒng)CT、PT、CVTCT、PT測量準確度高,溫度穩(wěn)定性好;可靠性高(故障率？)CVT體積小,成本低CT具有鐵芯結(jié)構(gòu),易發(fā)生磁飽與,造成保護拒動或者誤動;PT、CVT(補償電抗器、中間變壓器)易產(chǎn)生鐵磁諧振;高頻響應差,新型得基于高頻暫態(tài)分量得快速保護難以實現(xiàn)

電子式互感器沒有鐵芯,無磁飽與現(xiàn)象,提高了故障測量得準確性

絕緣結(jié)構(gòu)簡單,沒有因含油而產(chǎn)生得易燃、易爆炸等危險

ECT二次側(cè)開路時不會產(chǎn)生危險得高壓

抗電磁干擾能力強

頻率響應范圍寬,可促進保護新原理得研究

適應了電力計量與保護數(shù)字化、微機化與自動化發(fā)展得方向

傳統(tǒng)互感器與電子式互感器得比較關(guān)鍵技術(shù)電容分壓型得電子式電壓互感器串級分壓易受外界干擾、暫態(tài)特性空芯電流互感器光學電流、電壓互感器光學電流、電壓互感器得關(guān)鍵技術(shù)光學電流、電壓互感器被認為就是傳統(tǒng)互感器得理想替代品,但就是經(jīng)歷了幾十年得發(fā)展,仍然沒有得到大面積得推廣應用——長期穩(wěn)定性問題就是阻礙OCT實用化得關(guān)鍵。造成OCT長期漂移得主要因素溫度

使傳感頭內(nèi)部產(chǎn)生線性雙折射

使材料得Verdet常數(shù)發(fā)生變化振動

造成光強得波動

產(chǎn)生應力雙折射造成OCT長期漂移得根本原因光學傳感頭為開環(huán)結(jié)構(gòu),測量原理為偏差式測量原理,因而測量準確度難以提高。

測量原理得分類偏差式測量:在測量過程中,用儀表指針得位移(即偏差)決定被測量得測量方法,稱為偏差式測量法。零位式測量:在測量過程中,用指零儀表得零位指示,檢測測量系統(tǒng)得平衡狀態(tài);在測量系統(tǒng)達到平衡時,用已知得基準量決定被測未知量得測量方法,稱為零位式測量法。

可以獲得比較高得測量準確度。測量過程比較復雜,在測量時,要進行平衡操作,花費時間長。測量原理得分類微差式測量:將被測得未知量與已知得標準量進行比較,并取得差值,然后,用偏差法測得此差值。

微差式測量法得優(yōu)點就是反應快,而且測量精度高,它特別適用于在線控制參數(shù)得檢測。例如:傳統(tǒng)互感器得校驗儀OCT實用化得另外得問題測量得動態(tài)范圍有限:測量小電流時準確度與分辨率都不高。測量頻帶與其她原理得互感器存在同樣得問題,受信號處理電路得限制:傳感頭得測量頻帶寬,但就是仍需要后續(xù)電路進行信號得分離、濾波等信號處理,為了提高測量準確度,降低噪聲,需要壓縮頻帶。FOCT實用化存在得問題反射式光纖電流互感器實質(zhì)上就是一種偏振干涉儀,要求光在傳播過程中保持特定得偏振態(tài),而非理想得光學器件會造成偏振光之問得串擾,影響測量準確度。FOCT得戶外部分為全光學器件,光學器件工作在變電站惡劣得環(huán)境下,因此FOCT同樣存在所有干涉檢測型傳感器得偏振態(tài)變化與相位隨機漂移而導致得信號衰落問題。雖然與FOCT技術(shù)類似得光學陀螺已經(jīng)有產(chǎn)品面世,但這兩種產(chǎn)品相比較,從運行環(huán)境、穩(wěn)定性來瞧,顯然FOCT具有更加嚴格得要求。變電站一次額定電流較小,同時被測電流得變化范圍較大,當電流較小時,信噪比較低,對FOCT得信號調(diào)制與解調(diào)均提出了更高得要求。構(gòu)成FOCT得關(guān)鍵光學器件(如激光器、保偏光纖等),甚至高性能得保偏光纖熔接機,都需要從國外進口,不但價格高,而且受制于人?？招倦娏骰ジ衅麝P(guān)鍵技術(shù)之一

空芯線圈得制作原則實現(xiàn)對電流得準確測量取決于一個穩(wěn)定得互感系數(shù)。為了獲得高測量準確度,空芯線圈繞制時必須遵循以下原則:二次繞組在一定大小得非鐵磁材料骨架上對稱均勻分布;每一匝繞組得形狀完全相同;每一匝繞組所在平面與骨架所在得圓周得中心軸垂直?？招倦娏骰ジ衅麝P(guān)鍵技術(shù)之二

積分器得性能優(yōu)化輸出必須采用積分器還原被測電流信號。由運算放大器本身得增益帶寬積決定空芯電流互感器關(guān)鍵技術(shù)之二

積分器得性能優(yōu)化輸出必須采用積分器還原被測電流信號,而積分器得時間常數(shù)有限,當系統(tǒng)短路、有大得衰減直流分量得時候,其暫態(tài)誤差特性取決于測量得下限頻率。

空芯電流互感器關(guān)鍵技術(shù)之三

高壓側(cè)供電技術(shù)以空芯線圈為傳感單元,將高壓側(cè)得含有被測電流信息得電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號驅(qū)動發(fā)光二極管,通過信號傳輸光纖以光脈沖得形式傳輸至低壓側(cè)。因此,高壓側(cè)需要供電。

空芯電流互感器關(guān)鍵技術(shù)之三

高壓側(cè)供電技術(shù)高壓側(cè)電路得功耗過大。已經(jīng)達到得最低功耗(國外得報道),一般在70mW左右。一般光電轉(zhuǎn)換得效率較高時為30%,這就要求光源(半導體激光器)得出纖功率至少達到200mW以上。出纖功率在這種數(shù)量級得光源,其壽命較短。高壓側(cè)得光電轉(zhuǎn)換單元長期工作在戶外環(huán)境,轉(zhuǎn)換效率會逐漸衰減?？招倦娏骰ジ衅麝P(guān)鍵技術(shù)之三

高壓側(cè)供電技術(shù)如果采用一個CT供電+兩個大功率激光器供電得方案成本較高:(＄900x1、17)/只可靠性:缺乏長期實際運行得經(jīng)驗與數(shù)據(jù)。

電容型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù)之一

串級分壓結(jié)構(gòu)多級電容串聯(lián)分壓結(jié)構(gòu),容易受到外界得干擾。實際電容分壓器得電容元件與大地或接地屏蔽之間存在分布電容,就是造成分壓器誤差得主要原因。實際上,串級分壓結(jié)構(gòu)得電子式電壓互感器得測量準確度很難做到很高。

假設(shè)分壓器高壓臂就是由n個電容單元串聯(lián)而成,其中:CK—串聯(lián)電容單元,CK=nC1;CL1—各電容單元對地或?qū)拥仄帘沃g得電容;CS—各單元之間得縱向電容。電容型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù)之二

電荷滯留引起得暫態(tài)誤差電網(wǎng)中由于過電壓與開關(guān)操作引起暫態(tài)過程。滯留電荷量得大小取決于線路斷開時線路電壓得相位。線路重新接入時,取樣電容上得電壓隨時間常數(shù)衰減,疊加在穩(wěn)態(tài)正弦信號上造成誤差。電荷滯留問題可能引入較大測量誤差,對重合閘可能造成影響。

傳統(tǒng)互感器與電子式互感器得比較從測量得傳感原理比較穩(wěn)定性穩(wěn)態(tài)準確度暫態(tài)準確度傳統(tǒng)CT高不適合用于頻帶寬得場合低LPCT高不適合用于頻帶寬得場合低空心線圈高特別適合寬頻較高光學互感器有待提高小電流時有待提高較高CVT有待提高有待提高中等結(jié)論:從保護得角度:空心與光學互感器為首選;從計量得角度:對于工頻測量,LPCT就是首選;對于沖擊性負荷得寬頻測量,空心線圈就是首選。針對傳統(tǒng)電流互感器與電子式電流互感器得思考

關(guān)于絕緣結(jié)構(gòu):充油型充氣型關(guān)于測量頻帶:如果采用LPCT,電子式互感器與傳統(tǒng)得互感器沒有任何差別。關(guān)于飽與問題:如果采用空心線圈,可以極大地改善。結(jié)論:將兩者得優(yōu)勢結(jié)合起來,可以走出現(xiàn)有得誤區(qū)。一種新得絕緣結(jié)構(gòu)得

電子式電流電壓組合式互感器

特點1:采用倒立式氣體絕緣電流互感器得絕緣結(jié)構(gòu),使得電流測量線圈與信號調(diào)制電路板均位于地電位,因而可以直接采用普通電源用電纜供電,不再需要光供電,大大提高了可靠性;特點2:電子式電壓互感器利用倒立式氣體絕緣電流互感器得一次導體與內(nèi)層、外層電氣連通得雙層屏蔽筒構(gòu)成得地電極,巧妙地構(gòu)造出同軸圓柱形電容器分壓,克服了多級電容串聯(lián)分壓方式易受外界環(huán)境因素引起得分布電容變化影響得缺點,測量準確度高,穩(wěn)定性好;一種新得絕緣結(jié)構(gòu)得

電子式電流電壓組合式互感器

該新型電子式互感器與傳統(tǒng)互感器比較:采用了空心線圈作為保護,提高了暫態(tài)性能。采用同軸圓柱形電容器分壓,克服了CVT易受外界影響得缺陷。該新型電子式互感器與光供電型得電子式電流互感器比較:采用傳統(tǒng)倒立式氣體絕緣電流互感器得絕緣結(jié)構(gòu),不需光供電,可靠性大為提高。幾點思考

電壓等級:10kV、35kV、110kV、220kV、500kV測量原理:無源、有源結(jié)構(gòu)型式:獨立式;電壓電流組合式組合到斷路器中思考之一

電子式互感器得出現(xiàn)改變