[發明專利]電子式電流互感器

有效

• 申請號: 200710053562.2
• 申請日: 2007-10-15
• 公開（公告）號: CN101183606A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 尹項根;張哲;陳德樹;陳衛;李偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01F38/32
• 分類號: H01F38/32;G01R15/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于電力系統的電流互感器，尤其涉及一種采用羅氏(Rogowski)線圈、壓頻變換電路和脈沖計數器的電子式電流互感器，適用于高壓各個電壓等級電力系統的電流測量。

背景技術

目前電力工業主要采用含有鐵心的電磁式電流互感器測量一次電流。過大的被測電流以及故障電流中的非周期分量都容易使電磁式電流互感器的鐵心飽和，造成互感器輸出波形畸變，進而很有可能引起繼電保護裝置誤動或者拒動。而且，用于高壓的電磁式互感器大多采用油絕緣，存在易燃易爆等安全隱患。同時，隨著電力系統電壓等級的提高，越來越復雜的互感器絕緣設計也使互感器的成本急劇上升。另外，電磁式互感器的模擬輸出難以與數字化的二次設備直接接口，不能適應變電站的數字化發展趨勢。

電子式電流互感器采用光學器件或者羅氏線圈等器件作為傳感元件以獲取被測電流信號，并采用光纖傳送信號，從而從根本上克服了電磁式電流互感器容易鐵心飽和、絕緣設計困難、不能直接數字化輸出的缺點。電子式電流互感器一般由位于高壓側的傳感單元、位于低壓側的信號處理單元以及連接兩者的信號光纖三大部分構成。目前已有不同形式的采用羅氏線圈作為傳感單元的電子式電流互感器投入運行或者試運行。

羅氏線圈的輸出信號是被測電流的微分，為了得到被測電流信號，需要對羅氏線圈輸出信號進行積分還原。目前，采用羅氏線圈的電子式電流互感器大多數利用模擬積分電路來實現積分功能，模擬積分電路雖然對穩態正弦電流具有良好的積分作用，但是卻不能準確反映故障電流的暫態過程，而且模擬積分電路自身就容易受環境溫度的影響，所以要設計一個能長期穩定工作并且能良好反映故障電流暫態過程的模擬積分電路是比較困難的。專利號200520070558.3的“基于數字積分的空芯線圈電流互感器”提出了利用具有數字積分功能的FPGA芯片來實現積分，能獲得較好的長期穩定性，但受到積分頻帶寬度的限制，仍然不能準確反映故障電流的暫態過程。

目前有人將壓頻變換(Voltage-to-Frequency?Converter，VFC)電路應用于電子式電流互感器，但是目前的VFC電路都不能實現良好的積分功能。專利號00265522.5的“一種電子式高壓電流互感器”采用羅氏線圈獲取被測電流信號的微分波形，用積分放大電路對羅氏線圈輸出信號進行積分，然后將積分放大電路的輸出信號通過VFC電路轉換為脈沖，并通過光纖送至低壓側；由于該專利使用了積分放大電路，所以其VFC電路并無積分功能和模數轉換功能，該專利僅僅只是利用VFC電路和光纖實現高壓側和低壓側之間的絕緣隔離。

李芙英等作者在《清華大學學報(自然科學版)》2000年第40卷第3期第28至第31頁發表了文章《基于Rogowski線圈和壓頻變換的電流測量方法》，聶一雄等作者在《繼電器》第2005年第33卷第6期第46至第50頁發表了文章《電子式互感器模-數轉換方法的研究》，聶一雄等作者在《汕頭大學學報(自然科學版)》第2006年第21卷第2期第59至第64頁發表了文章《電壓-頻率轉換器在電子式互感器中的應用》，這三篇文章研究了VFC電路和脈沖計數器在電子式電流互感器中的應用，它們都是通過VFC電路將羅氏線圈輸出信號轉換為脈沖，然后對脈沖進行計數。這三篇文章都指出，必須選取特定長度的脈沖計數周期。這種計數方法實質上是一種短時間窗的計數，計數周期必定遠小于一個基波周期，并沒有全頻帶的頻率響應特性，其結果正如這三篇文章的結論所說，這種計數方法對于奇數次諧波分量沒有幅度和相位的失真，但是將完全濾掉偶數次諧波。然而實際電力系統的電流包含有豐富的奇數次和偶數次諧波分量，所以，這種計數方法得到的輸出波形將會畸變。

目前電子式電流互感器在高壓側的傳感單元一般采用逐次逼近式模數轉換實現模擬信號到數字信號的轉換，這就要求傳感單元從低壓側的信號處理單元獲取采樣同步信號。由于需要滿足高壓側和低壓側之間的絕緣隔離和嚴格的采樣同步精度要求，專利號03125398.9的“同步采樣的多相數字化光電式電流互感器”和專利號200620031571.2的“基于GPS同步的光供能高壓光電電流互感器”分別提出了當前兩種主要的傳送采樣同步信號的裝置，這些裝置都比較復雜，降低了電子式電流互感器的可靠性。

發明內容

本發明提供一種電子式電流互感器，該互感器利用羅氏線圈感應被測電流，并通過VFC電路、脈沖計數器和微處理器的配合，對羅氏線圈輸出的電流微分信號進行積分還原得到被測電流信號，解決當前電子式電流互感器結構復雜、難以準確測量暫態故障電流、長期穩定性差的問題，以提高測量精度。