基于TMR的微型非接触式高压电流传感器

电力系统传感器的智能化、微型化、便于安装免维护是未来发展的趋势。磁电阻效应作为电流测量的一种新技术,其微小的器件尺寸以及测量手段带来了大幅缩小电力系统电流传感器体积的可能,同时有助于实现便利的带电安装。因此,此处在研究和对比国内外几种主流的电流测量原理以及电力系统测量技术后,提出了两种基于隧道磁电阻（TMR）的电流测量方法,在此基础上设计了一种安装便捷、高可靠的基于TMR的非接触式高压电流传感器,并进行实验分析验证其测量效果。     

基于巨磁电阻效应的电流传感器技术及在智能电网中的应用前景

介绍智能电网中电流的传感和量测技术发展的要求和新趋势,阐述智能电网中各种电流传感器的原理和特点,比较了传统电磁式电流传感器(如CT,罗氏线圈,霍尔)和几种新型的电流传感器(如光纤,巨磁电阻)的优缺点。在分析智能电网的电流测量需求的基础上,结合巨磁电阻(giant magneto resistive,GMR)电流传感器的研究内容着重展望了GMR电流传感器在智能电网中的应用前景。最后总结了GMR传感器在智能电网测量应用中的优势和不足,并针对这些不足,指出了后续研究的方向。     

基于磁场传感器阵列的电流测量方法研究进展

在电力系统的电流测量领域,磁传感器阵列具有非接触性、体积小、线性度高、抗干扰能力强、温漂小、频带宽以及成本低等优势。该文对磁传感器阵列技术在电力系统电流测量领域的研究进行了综述,介绍了不同被测对象所对应的磁传感器阵列方案,总结归纳了圆形阵列、矩形阵列等常见的磁场传感器阵列方案的研究进展,分析了偏心、串扰与倾斜等磁传感器阵列方案常见的误差来源。已有研究表明,磁场传感器阵列技术在电力系统的电流测量领域具有成本低、精度高、宽范围、宽频带、采用非接触式设计等优势,未来将在智能电网中获得更广泛的应用。     

TMR单芯片微弱电流传感器的研制

针对微弱电流的检测,提出了一种单芯片微弱电流传感器,其原理是:利用隧道磁电阻(TMR)元件作为磁场敏感元件,并将电流导体和TMR元件进行集成,以减小电流导体与磁场敏感元件的间距,提高电流测量的分辨率。结合MEMS工艺,通过优化设计TMR元件结构和电流导体结构,研制出了电流分辨率达到20μA的微弱电流传感器,为微弱电流检测提供了一种有效、廉价的解决方案。     

面向新型电力系统的微型电场传感技术EI北大核心CSCD

高度数字化是新型电力系统的重要特征,需要构建广域、分布式电网深度全景信息实时采集的传感网络作为其支撑。电场信息是电力系统中的基础物理量。电场测量可以应用于电压反演、设备监测、雷电预警、电磁环境监测等应用场景。传统电场测量方法,如场磨式电场测量仪等,往往体积大、成本高,无法适用于电场测量节点的灵活与广域布置。微型电场传感器是一类基于微加工工艺制备的小尺寸、高性能电场测量设备,对于电场测量的数字化、小型化、灵活化需求具有关键意义。该文介绍不同原理微型电场传感器的发展现状,同时列举微型电场传感器的典型应用场景,并对电场传感器发展所面临的挑战进行总结与展望,指出新型电力系统中电场测量面临的挑战与未来发展趋势。     

基于隧道磁电阻的直流传感器设计

为解决直流大电流计量需求,设立了一种基于隧道磁电阻(tunnel magnetoresistance,TMR)直流传感器的大电流测量和干扰误差消除方法.首先推导了TMR传感器电流测量的开环传递函数,分析了其开环增益相关的参数变量特性;提出采用最小均方根(least mean squares,LMS)的数据处理方法,检测磁感应强度,以三台磁传感器为例,计算得出该工况下的磁场估算值;最后,通过算例仿真,验证了本文所提出方法的有效性.     

基于隧道磁电阻效应的宽频带电流无线测量装置

宽频带电气量数据包含大量故障暂态信息,传统互感器带宽受限难以精确全面地测量宽频暂态信号。针对该问题,提出一种含精确时标的非侵入式电流测量方法并设计原理样机。通过隧道磁电阻(TMR)芯片测量线路电流感生磁场,根据被测导体与TMR传感器的相对位置计算变比并通过微处理器进行录波和读数。设计低噪声、可变增益的传感器模组电路和暂态录波无线测量传输模组电路,精确感知宽频信号;根据传感器实际安装位置推导传变关系式,实现对一次电流的精确计算。搭建测试平台对测量装置直流、交流及暂态信号传变能力开展测试,在10 kV配电网进行接地故障电流测量对比实验。分析了影响磁阻传感器测量精度的主要因素,结果表明其直流和工频信号测量误差小于1%,高频信号测量误差小于3%。     

6~10kV配电网微机型电容电流测试仪的研制

随着电力系统的发展、配电事故的增多、电容电流的增大,有必要研究微机化、智能型的配电网电容电流测试系统。通过对各种电容电流测试方法的研究,提出了单相经电阻接地的测试方法并设计出了6~10 kV配电网使用的微机型电容电流测试仪。该测试仪基于对称分量法的原理,通过测量电网单相经电阻接地时的二次零序电压UR02、流过接地电阻的电流IRE及电网单相直接接地时的二次零序电压即TV二次线电压U02,能够间接得到电网单相直接接地时的接地电流。根据所测的I.RE和.UR02的相位关系,能够进一步得知电网的电容电流IC∑和电网对地绝缘电阻电流IR∑的大小及中性点经消弧线圈接地电网中消弧线圈的补偿情况。通过现场实例测试证明,该测试仪具有操作较安全、简便易用、测量时间短、测量结果准确等优点。     

一种基于串联回路的应变与裂纹综合监测方法

针对飞机结构健康监测的需求,提出了一种基于串联回路用电阻应变计和ICMS传感器对应变与裂纹同时进行监测的方法。电阻应变计、ICMS传感器、参考电阻和恒流源构成一个电流回路,通过测量传感器上的压降来获取传感器信号的变化,参考电阻用于消除电流波动对测量精度的影响。提出了采用两级放大原理的信号调理方法,该方法能自动根据传感器的类型调整电路放大倍数。试验研究结果表明,监测方法能够同时兼容电阻应变计和ICMS传感器,测量精度达到使用要求。     

直流配电网隧道磁电阻传感器外磁场干扰模型及其抑制方法研究

隧道磁电阻传感器作为新一代磁传感器,具有温度特性好、灵敏度高等优点,在电能计量中得到大量研究和应用。外磁场干扰是影响磁传感器测量准确度的重要因素,文中针对直流配电网电流测量场景,建立了隧道磁电阻元件传感器阵列的外磁场干扰模型,继而基于自适应滤波(LMS)分析的算法,提出了磁传感器最优结构参数,并通过数值分析和有限元仿真验证了该模型的有效性。研究结果表明,当被测电流在±50 ~±300 A之间、阵列半径与母排间距比例为1:2.5时,外磁场影响最小,通过自适应滤波算法可将磁传感器测量误差降到1%以下。     

变压器直流偏磁抑制设备的应用分析

对一随机生成的虚拟电网的直流偏磁抑制措施进行理论分析和数值求解,对中性点串联电阻/电容法、电流注入法的工作原理、实施方式、性能效果作分析.对比3种方法的实现方式和技术参数,证明了电阻法的阻值对目标变电站中性点直流电流和电网中性点直流总量存在饱和效应;全补偿的电流注入法和电容法的抑制效果没有明显区别;实际情况下是电容法优于电流注入法和电阻法;3种方法均会导致交流电网局部直流偏磁危害加剧,但电网直流电流总量下降,总体上直流偏磁风险下降.为了更有效地开展直流偏磁治理工作,提出了现代大型交流电网大范围采用中性点串联电阻/电容抑制直流偏磁的实施原则.     

基于移相和平衡测量原理的介质损耗在线测量方法

基于目前的微电流传感器设计和制造技术,利用信号移相和小电流平衡测量原理,采用单匝无源微电流传感器作为检流计,通过微型控制单元(Micro-Controlller Unit,MCU)实现了低成本高准确度的介质损耗因数在线测量方法.介绍了该方法的测量原理和实现方式,分析了该方法的理论测量精度:设计了通过电阻电容改变介质损耗角的简单实用的模拟试验电路.理论分析和试验结果表明,该介质损耗测量方法具有较高的测量准确度及稳定性.     

硅基磁电阻传感特性测试与分析

磁电阻传感器是一类广泛应用的新型磁传感器,具有灵敏度高、体积小、功耗低及易集成的特点。介绍了三种硅基磁电阻传感器的工作原理,包括各向异性磁电阻(AMR)、巨磁电阻(GMR)、隧道磁电阻(TMR)传感器,分析比较了它们的芯片技术参数,并对部分特性参数进行了规范性的测试和分析,得到三种磁传感器的灵敏度、线性度、零漂等特性,为磁传感器应用开发人员设计提供性能参数参考。     

磁传感器阵列测量瞬态电流的新算法

不借助如聚磁环等辅助装置,直接利用磁传感器组来测量载流导体周围的磁场,进而反算待测电流是电力系统大电流测量的一种新思路。为了快速计算电流,尤其是电力系统中常见的瞬态电流,同时确保测量的准确性,文中研究了测量频带内磁场分布的动态特性,在时域中建立了基波电流与磁场幅值对应关系的瞬态电流计算模型。以三相矩形母排系统为例,研究了该测量模型适用的磁传感器组放置区域,并分析了误差的来源。最后利用实验验证了该模型的有效性。     

磁传感器阵列测量大电流实验系统

电力系统中现有的大电流测量设备往往存在体积大、测量范围窄、绝缘困难等缺陷,故提出了使用磁传感器阵列测量交直流大电流的思路,该测量方法具有体积小、成本低、非接触测量、交直流通用、可数字化输出等优点。为了分析在实际系统中影响该方法测量精度的若干因素,利用基于离散傅里叶变换（DFT）的多相大电流测量算法,设计了大电流实验测量装置,并使用该装置进行了一系列不同母排形状的测量实验,并对各测量环节产生的误差来源进行了理论分析。实验结果验证了本测量方法的有效性。     

一种适用于中性点多扁钢入地的变压器直流偏磁电流测量方法

变压器中性点直流偏磁电流的准确测量是开展电网直流偏磁监测、防御和治理的重要理论基础.针对变压器中性点多扁钢入地条件下,传统的扁钢采样电阻直流偏磁电流测量方法存在的问题,在不增加电流源的前提下,采用多扁钢等电阻同时采样的测量回路,提出了一种可准确测量多根扁钢流经直流偏磁电流的方法,分析了该方法中多扁钢采样阻值偏差对测量准...     

基于容性设备泄漏电流的电网电压分频测量方法分析

为优化电网过电压在线监测的测量技术,提出了一种基于测量容性设备泄漏电流的电网过电压的测量方法。该方法是使用2个不同磁导率的线圈分别获取容性设备泄漏电流中频率为30～3 000 Hz以及3kHz～1MHz的电流成分,经过积分滤波处理后将2路信号求和还原为线路电压。分析了泄漏电流与电压的传递函数,研究了电压传感器的工作原理及其影响因素。最终采用分频的方式实现了工频、操作冲击和雷电冲击过电压的测量。采用的电压传感器结构简单,与高压系统没有电气连接,具有很好的安全特性。工频、操作冲击和雷电冲击过电压试验结果表明设计的传感器具有很好的准确度和线性度,可以用于高压电网的电压测量。     

基于巨磁阻效应的高压宽频大电流传感器及其抗干扰设计

智能电网的快速发展使其对高性能传感器的需求日益强烈。为此,针对电力系统应用需求设计了基于巨磁阻效应的宽频大电流传感装置,包括放大、滤波、退磁和供电等调理电路,并考虑智能电网中传感器高压、强干扰的应用场合,对装置进行了电磁屏蔽设计和印刷电路板抗干扰设计。计算结果表明该装置对工频磁场的屏蔽效能达到41.6 d B,抗干扰测试结果表明所设计传感器具备抵抗强电磁干扰能力,同时实验结果表明该装置对雷电流测量准确度93.9%。基于巨磁阻效应的宽频大电流传感装置有效实现了对直流到10 MHz带宽的大电流的准确测量,相对其他电流测量装置具有更高的灵敏度和电流测量范围,适应了智能电网的发展需求。     

基于巨磁阻效应的高性能电流传感器及其在智能电网的量测应用

智能电网需要先进传感测量技术的支持。为此,针对智能电网中的电流测量需求,介绍了基于巨磁阻效应的高性能电流传感器,包括传感器系统结构、磁环、巨磁阻传感芯片、信号处理电路等的设计,以及对温度稳定性、电磁兼容性的设计。实验结果表明,所设计的基于巨磁阻效应的高性能电流传感器在对电网中暂态电流、直流电流、泄漏电流、电晕电流的测量中表现出良好的性能,实现了对带宽直流到10 MHz、幅值1 m A至1.6 k A的电流的精确测量。相比其他电流测量装置,基于巨磁阻效应的高性能电流传感器具有体积小、灵敏度高、成本低、测量范围大、可集成度高等综合优势,适应了智能电网的测量需求。最后,提出了后续研究方向。     

电力系统冲击接地电阻测量的新方法

指出了电力系统接地网中冲击接地电阻对电力系统接地安全的重要影响,并提出了一种接地测量的新方法。其原理是利用冲击电流注入地网并作为测量用电流,应用频谱分解法计算接地参数。本方法能计算出直流电阻及相应冲击阻抗、频域阻抗特性。通过实验室试验和现场试验,证明该方法可以应用到工程中,具有实际工程意义。