罗氏线圈电子式电流互感器动态响应特性测试方法研究

围绕罗氏线圈电子式电流互感器动态响应特性问题,分析了二次信号动态附加分量形成的原因及条件,建立了罗氏线圈电磁暂态计算模型,提出了计及漏磁的罗氏线圈模型参数理论计算方法并与实测结果进行了比较,提出了基于电磁暂态仿真和模拟量再现技术的电子式互感器动态行为测试方法,开发出电子式互感器动态响应特性测试系统,实现了电子式互感器工频、谐波及行波的传变特性测试,利用上述方法和装置完成了某智能变电站电子式电流互感器动态响应特性测试,试验获得的动态附加分量信号与现场记录相吻合。     

罗氏线圈电子式电流互感器积分特性研究

为降低电子式电流互感器(ECT)的暂态误差、提高稳态电流的测量准确度,提出了一种应用于罗氏线圈ECT信号采集系统的压频变换器模数混合积分器(VFC-ADI)方法。对罗氏线圈输出信号进行压频数值转换,由脉冲计数器完成数值计数,微处理器对计数值处理后得出被测电流的积分波形。选取VFC芯片AD7742进行仿真分析,仿真结果显示VFC-ADI方法能准确地反映一次侧暂态电流波形。对罗氏线圈ECT暂态故障电流及稳态电流进行试验测试,结果表明VFC-ADI方法能准确反映暂态故障电流特征;对于稳态电流测试,比差的变化范围为-0.15%~0.15%,角差的变化范围为-1′~1.5′,其输出值完全满足0.2 s级基本准确度测试要求。VFC-ADI方法在模数转换过程中实现了积分功能,数据处理结果表明其更接近于理想积分器。     

电子式电流互感器传变延时测试方法研究

电子式电流互感器的传变延时关系到继电保护的动作快速性,关系到跨间隔设备采样的同步性,该时间不能简单用稳态传变延时来代替,在工程应用中不能忽略对暂态延时时间的测试,以免留下安全隐患。通过对电子式电流互感器传变延时产生的原因进行研究,提出了电子式电流互感器传变延时测试方案,并对罗氏线圈电流互感器的稳态及暂态传变延时进行了准确测量。实际工程中,仅在暂态延时的测量结果与稳态延时测量结果大致相等时,才可考虑用稳态延时替代暂态延时。     

ECT采集单元积分回路的暂态特性改进及其检测系统研发

电子式电流互感器采集单元的暂态误差及拖尾现象影响继电保护设备在故障发生时正确动作。通过仿真验证了过零点暂态误差是拖尾现象产生的根本原因,且这种误差是由罗氏线圈的电路积分环节造成的,从原理上无法完全消除。因此,提出提高硬件积分回路的衰减时间常数以及动态启用软件积分的积分衰减算法分别改进对应类型采集单元的暂态传变特性。为了对改进后的采集单元的暂态特性进行测试,提出采用连续时域微分技术来模拟罗氏线圈信号的输出,通过故障相位补偿同步技术实现暂态误差的测试。所提方法为基于罗氏线圈原理的电子式电流互感器的工程应用及采集单元更换提供了一套完整的检测手段。     

空心线圈电流互感器传变特性实验研究和分析

为了精确评估空心线圈电流互感器的传变特性,设计了空心线圈电流互感器精确度、饱和特性、频率特性和暂态特性的测试方案,根据互感器的结构模块设置测试点,研究各单元部件和整机的特性。提出采用"额定准确低限值一次电流"下的"总谐波畸变率"指标,评价空心线圈电流互感器在小电流时的输出波形质量。实验结果表明,空心线圈电流互感器大电流时线性度好,小电流时易受干扰的影响,互感器频带受限于传感线圈参数和信号处理电路的相频特性,对故障暂态电流和励磁涌流的传变误差主要来源于衰减直流分量的测量误差。研究方法为厂家产品设计和改良、相关测试标准的改善提供参考。     

罗氏线圈电流互感器谐波计量特性研究

电力系统中的非线性负荷会引起交流正弦波畸变产生各次谐波,对电能计量的准确性及继电保护的可靠性产生严重影响。针对新一代站对电子式电流互感器谐波计量及继电保护的更高要求,研究了罗氏线圈的传感原理和传变特性,并根据其数学模型,分析了影响罗氏线圈频率响应特性的两个主要因素为线圈内阻和分布电容,再结合外积分电路的结构参数模型,分析了积分时间常数对罗氏线圈电流互感器整体频率响应特性的影响。最后通过Multism12.0仿真电路模型,模拟了罗氏线圈电流互感器在2~13次谐波电流下的频率响应输出,并进行了试验验证。仿真与试验结果表明,罗氏线圈电流互感器能够满足电力系统关于谐波功率计量的0.2级准确度要求,能够可靠测量电网中的谐波分量。     

罗氏线圈电流互感器的暂态传变特性

数字积分器的罗氏线圈电流互感器在传变电力系统暂态过程中的高频电流时,输出波形会发生畸变,导致继电保护装置的不正确动作。文中分析了使用不同积分器的罗氏线圈电流互感器各环节的数学模型,研究了互感器的传变特性和一次电流中高频信号的传变过程,得出以下结论:高频信号在采样环节发生频率混叠,混叠而来的低频信号在积分环节相较于高频信号发生放大是导致使用数字积分器的互感器传变异常的主要原因,而使用模拟积分器的互感器则不会出现类似问题。通过实验验证了对互感器传变特性分析的正确性。最后,对于使用数字积分的互感器,提出了针对滤波器和采样频率的改进措施。     

电磁型与电子式电流互感器传变和应涌流比较

电子式电流互感器在数字化与智能变电站中大规模应用,其特性与传统的电磁型电流互感器差异较大,需研究电磁型与电子式电流互感器传变和应涌流的特性。通过理论计算电磁型电流互感器暂态饱和后传变各次谐波的增益,证明和应涌流导致电磁型电流互感器饱和后,传变2次谐波的能力比传变基波的能力强,故2次谐波比反而升高;但分析表明经暂态饱和的电磁型电流互感器传变后和应涌流的间断角将减小。通过理论推导基于空心线圈的电子式电流互感器的传递函数,揭示了电子式电流互感器能否正确传变和应涌流主要取决于积分时间常数和衰减时间常数,和应涌流经电子式电流互感器传变后可能导致波形发生偏移,但其间断角特征和2次谐波含量不变,间断角和2次谐波制动判据不受影响。     

基于低功率线圈的高压无源电子式电流互感器研制

针对当前电子式电流互感器工程应用中存在的问题,研制了一种基于低功率线圈的高压无源电子式电流互感器,并完成电子式电流互感器用低功率测量线圈、低功率保护线圈及远端模块等各部分设计与制造,弥补了传统罗氏线圈作为保护电流传感器所存在的固有缺陷。同时,针对电子式电流互感器制造过程中各个环节存在的主要问题,介绍了设计思路和解决方案,并建立试验条件,对研制的1台110 k V样机进行了室温条件下的准确度进行了测试,试验验证了低功率线圈作为电子式电流互感器保护电流传感器的可行性。     

罗氏线圈电子式电流互感器谐波测试方法研究

介绍了国家标准对互感器谐波要求和罗氏线圈电子式电流互感器原理,总结了罗氏线圈电子式电流互感器谐波测量的简单实用方法,通过高精度谐波源配合标准电流互感器和互感器校验仪对电子式电流互感器进行了谐波测试。结果表明:该方法适用性强,操作简单,极大地丰富了谐波的测试方法。     

基于数据融合的组合结构电子式电流互感器设计

目前电子式电流互感器(electroniccurrenttransformer,ECT)大多数采用单传感器开环结构,对每个环节的精度和可靠性的要求都很高,严重限制了ECT整体性能的提高,影响其实用化。介绍了铁心线圈式低功率电流互感器(lowpowercurrenttransformer,LPCT)和印刷电路板(printedcircuitboard,PCB)空芯线圈电流互感器及其数字积分器,在此基础上设计了一种基于PCB空芯线圈和LPCT的组合结构ECT,该结构具有并联和前馈的特点,结合了这2种互感器的优点。采用数据融合算法来实现高精度测量和提高系统可靠性,并提出了辨别LPCT饱和的新方法。实验和仿真结果表明,该ECT可覆盖较大的电流测量范围,达到IEC60044-8标准中关于测量(幅值误差)、保护(复合误差)和暂态响应(峰值)的准确度要求,能够作为多用途ECT使用。     

高压直流电子式电流互感器Rogowski线圈研究

为实现高压直流系列产品国产化,从高压直流电子式电流互感器(electronic current transformer,ECT)的传感部分核心器件——Rogowski线圈的研究着手,分析Rogowski线圈的原理和特点,提出一种适用于高压直流ECT的Rogowski线圈设计方案,介绍其规格参数、制作及安装等。频率响应试验证明Rogowski线圈对各频率谐波电流的幅值测量误差在0.2%以内,线圈响应灵敏度试验证明Rogowski线圈的相位误差在200μs以内,该线圈的设计性能均满足国际标准要求,验证了Rogowski线圈设计方案具有测量精度高、功率输出低、结构简单、线性良好、测量值易于数字化输出等优良特性,为该产品的国产化实现提供了技术依据。     

极端情况下电子式电流互感器防护措施

在遭受过电压、过电流等极端情况时,电子式互感器易受冲击而导致性能下降或损坏。以一种有源电子式电流互感器为例,介绍了其在极端情况下的各环节,如LPCT(低功率电流互感器)、Rogowski线圈、高压侧电源系统和高压侧信号处理电路等的防护问题,并给出了相应的措施及其设计依据。对防护措施引入的误差进行了分析,指出通过选择合适的标称电压,可以减弱防护器件性能对测量准确度的影响。型式试验结果表明,采用该措施的一种电子式电流互感器满足IEC 0.2级要求,验证了所提出措施的有效性。     

适用于母线保护的电子互感器采样频率转换算法

在电子式互感器应用环境中，母线保护连接不同采样频率的电子式电流互感器（ECT）时，需要将原始采样频率不同的采样数据转换为同一采样频率。文中提出了时域连续有限冲激响应滤波器的概念，并以此为基础构造了连续数字低通滤波器，从电子式互感器输出的离散采样数据恢复出连续信号，重新计算出任意时刻的采样值。用含丰富谐波信号的1 000kV线路故障电流进行的计算分析表明， 4 kHz/2.4 kHz采样频率转换，该算法在数据窗长6个采样间隔（延时为0.75 ms）时，其峰值瞬时值误差均小于0.66%，精度和实时性能满足母线保护的要求。     

电子式电流互感器应用现状及发展趋势

电流互感器在电力系统的交流电测量、继电保护、电力设备检修控制等相关领域均具有十分重要的地位。目前电磁式电流互感器逐渐暴露绝缘差、抗干扰能力弱等多种缺点,而电子式电流互感器凭借自身绝缘性好、体积小、可数字化等特点有望成为未来电气领域检测电流的主要设备。本文以电子式电流互感器的研究发展现状切入,通过空心线圈电流互感器(即Rogowski线圈式电流互感器)、低功率电流互感器(LPCT)、光学电流互感器展开进行系统论述,重点分析各自的组成结构及工作原理,并对其优缺点进行总结,提出改进之处。在此基础上指出电子式电流互感器在设备供能、环境适应、传感方式等方面所面临的挑战,并从传感机制和传感材料对其未来的发展趋势做出展望。     

全光纤式光学电流互感器技术及工程应用

介绍了全光纤电流互感器（FOCT）的基本原理、主要特点,并与罗氏线圈、磁光玻璃式电流互感器进行了较为详细的对比。分析了FOCT的广泛应用对继电保护带来的有利影响,还分析了FOCT在工程应用中所面临的主要问题,并提出了解决措施。     

环形Rogowski线圈传感头的设计

电子式互感器是智能电网新型量测体系的关键部件,Rogowski线圈型电子式电流互感器已成为目前电子式互感器研究和应用的重点。Rogowski线圈传感头的设计直接决定了互感器的测量精度。笔者着重介绍了基于Rogowski线圈的电子式互感器的工作原理和传感头的设计方法,根据设计理论制作了Rogowski线圈传感头,并进行相关的实验,其测量精度在实验室条件下满足0.2S级要求。     

变压器空投时电子式电流互感器输出励磁涌流波形异常分析

针对某110kV变电站变压器空投时电子式电流互感器(ECT)输出的采样波形,分析了波形的异常特征,从基于Rogowski线圈的ECT保护电流采样系统中有损积分器的传递特性入手,推导了时间常数与传变误差关系的解析表达式,得出ECT达到5TPE级精度对积分时间常数选择的要求。基于理论分析建立仿真模型,并通过波形拟合手段,可得出励磁涌流波形异常的主要原因是现场ECT积分器时间常数的选择不当,同时仿真也证明选择适当积分器时间常数的ECT具有良好的暂态传变特性。     

基于多层PCB罗氏线圈的精密冲击电流测量装置

为准确评估防雷设备性能,冲击电流测量装置的测量精度和响应特性至关重要,因此文中提出了高频性能好、抗干扰能力强、灵敏度足够大的多层印刷电路板(PCB)罗氏线圈设计方案。文中分析了雷电流波形的频率范围以及罗氏线圈的传变特性;依据罗氏线圈尺寸、匝数与线圈频率特性之间的关系曲线,确定了线圈的结构尺寸;设计了新型屏蔽和信号输出方式,增强抗干扰能力。通过增加线圈厚度和串联线圈的方法,增大输出电压灵敏度。根据标准要求,进行测量装置的动态特性、标准雷电流测量误差以及线性度试验研究。试验中测量装置响应时间小于90 ns,相对过冲小于10%;与标准Pearson线圈比对,峰值误差小于0.2%,时间参数测量误差小于0.3%;5~40 kA电流范围内,测量装置线性度约为0.3%。试验结果表明研制的冲击电流测量装置具有良好的高频电流信号测量能力。     

电子式电流互感器在罐式断路器中的组合应用

电子式电流互感器是智能变电站建设的重要组成部分,是实现信息化的关键技术,其测量准确度及可靠性对电力系统的安全、稳定和经济地运行有着重要的影响。针对电子式电流互感器在罐式断路器上的组合应用,分析了在罐式断路器特殊的运行和操作环境下,振动和电磁干扰对有源和无源电子式电流互感器测量精度的影响,为智能变电站中罐式断路器与电子式电流互感器的组合应用提供参考。