CN105826000B - 一种智能化充气柜用穿心电子式电流互感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化充气柜用穿心电子式电流互感器，包括外壳、密封硅橡AB胶，密封硅橡AB胶填充在R型坡莫合金铁芯及罗氏线圈与壳体的中间；R型坡莫合金铁芯及罗氏线圈设置在电子式电流互感器主体的中间；中航航空端子设置在电子式电流互感器的二次出线端；光纤一端与中航航空端子连接，另一端与合并单元连接；所述的合并单元安装在电子式电流互感器的尾部，用于对各相远端传来的信号做同步合并处理。本发明噪音低，成本低，安装使用简单方便，运行不需维护，重量轻、精度高、线性好、测量范围宽，克服了传统电磁式电流互感器的频带窄、响应慢等缺点，增强了抗电磁干扰的能力，是智能电网数字化变电站中的重要部件。

Description

一种智能化充气柜用穿心电子式电流互感器

技术领域

本发明属于数字式智能化变电站自动化技术领域，尤其涉及一种智能

化充气柜用穿心电子式电流互感器。

背景技术

传统电磁式电流互感器是一次侧跨接于高压电网母线与地间，二次侧接在功率表、电度表 以及机电保护设备上，为机电保护设备和电能计量提供母线电压信号的装置。电网正常运行时，电流互感器流过的电流并不大，但短路电流一般很大，而且随着电网容量的增加，短路电流越来越大。电磁式电流互感器因存在磁饱和问题，难以实现大范围测量，一台互感器很难同时满足高精度计量和继电保护的需要。电子式电流互感器有很宽的动态范围，一台电子式电流互感器可同时满足计量和继电保护的需要。且传统电流互感器是模拟量输出，不能满足数字化变电站的要求。

传统电磁式电流互感器的被侧高压信号与二次线圈之间通过铁芯耦合，它们之间的绝缘结构复杂，其造价随电压等级呈指数关系上升。电子式电流互感器将高压侧信号通过绝缘性能很好的光纤传输到二次设备，这使得其绝缘结构大大简化，电压等级越高其性价比优势越明显。电子式电流互感器利用光纤而不是电缆作为信号传输工具，实现了高低压的彻底隔离，不存在电流互感器二次开路给设备和人身造成的危害，安全性和可靠性大大体高。

传统的电磁式电流互感器体积庞大，重量大，成本高。而电子式电流互感器其重量较相同电压等级的电磁式电流互感器要小很多。

穿心电子式电流互感器具有体积小、重量轻、可开启、便于安装等特点，广泛用于紧凑型全绝缘环网开关柜中，安装时直接卡在连接好的进出线电缆上，简便快捷。已在ABB-SafeRing／SafePlus、施耐德RM6／SM6、伊顿SVS、德国GA／GE、法国FB、韩国SS等紧凑型全绝缘环网开关柜中广泛应用，亦用于组合式变电站和电缆分接箱中。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种智能化充气柜用穿心电子式电流互感器，它能解决传统的互感器体积庞大，重量大，成本高，绝缘性能低，且模拟量输出，不能满足数字化变电站要求的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种智能化充气柜用穿心电子式电流互感器，包括外壳、密封硅橡AB胶，其特征在于：所述的密封硅橡AB胶填充在R型坡莫合金铁芯及罗氏线圈与壳体的中间，用于绝缘和散热；所述的R型坡莫合金铁芯及罗氏线圈设置在电子式电流互感器主体的中间，用于提供磁通路径,提高磁路的导磁系数和降低铁芯的涡流损耗；中航航空端子设置在电子式电流互感器的二次出线端，用于把电子式电流互感器二次电压信号传递到光纤；所述的光纤一端与中航航空端子连接，另一端与合并单元连接，用于传递电压脉冲信号；所述的合并单元安装在电子式电流互感器的尾部，用于对各相远端传来的信号做同步合并处理。

所述的外壳是采用阻燃ABS复合工程塑料制成。

所述的R型坡莫合金铁芯及罗氏线圈， R型坡莫合金铁芯横截面为椭圆形，采用IJ85材料制成，作为测量级；罗氏线圈作为保护级，并用密封硅橡AB胶浇注成互感器主体。

所述的R型坡莫合金铁芯及罗氏线圈的外表面采用铜编织带与半导电皱纹纸双重屏蔽技术。

所述的合并单元包括PIN、数据处理、驱动电路、激光器，将PIN进行数据处理，一部分处理后的数据进行合并，用于计量保护和测控，另一部分处理后的数据通过驱动电路和激光器。

所述的电子式电流互感器可直接与仪表、继电保护装置接口，实现计量、控制、测量、保护的功能。

本发明与现有技术相比，优点如下：

1．精度高：0.1S/0.2S级。这主要是得益于自行研制生产的智能化电子式电流互感器有以下特点：

（1）坡莫合金IJ85材料做的铁芯，性能突出，较硅钢材料与铁氧体优异的典型磁性能,有着较高的温度稳 定性和时效稳定性。

（2）外壳采用阻燃ABS复合工程塑料作为互感器的外部绝缘，相比于一般铁质外壳，具有高抗冲、高耐热等特性，且可抗磁场干扰。

（3）本发明工作温升小，一般只有1℃左右。温度特性一致性好，分压比误差带范围小。

（4）本发明R型坡莫合金铁芯及罗氏线圈的外表面设置铜编织带与半导电皱纹纸双重屏蔽技术，使产品在性能上具有非常好的稳定性。在温度以及电流变化的情况下，其比值误差，以及相位误差完全保持不变。

2、绝缘水平高：密封硅橡AB胶做互感器绝缘主体。运行中不会有击穿现象发生，电阻极间绝缘强度很高。

3、互感器分压比高:可直接获得所需小信号电压,便于EVT、OVT和数字式电压表接口。

4、无磁：既无铁磁谐振困扰，也无电磁兼容问题。

5、无“电荷陷井”：可以解决电网暂态过程滞留电荷带来的一系列问题。

6、可测量相电压。

7、可测量线电压（也可以同时测量相电压和线电压）。

8、可供测量谐波之用。

9、材料成本、制造成本低，比传统电磁式电流互感器低20％以上。

10、运行维护成本低，能规避常规电子式电流互感器中电子部件寿命达不到20年等问题。

11、该电子式电流互感器在2倍工作电压下无局放。

附图说明

图1是本发明实施例提供的智能化充气柜用穿心式电子式电流互感器的结构示意图；

图2：罗氏线圈设计原理图；

图3：电子式穿心式电流互感器原理图；

图中：1、外壳；2、密封硅橡AB胶；3、R型坡莫合金铁芯及罗氏线圈；4、中航航空端子；5、光纤；6、合并单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明；应当理解，所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

测量级设计R型坡莫合金铁芯横截面为椭圆形，采用IJ85材料制成，由R型坡莫合金铁芯制成的电子式电流互感器，它比普通非晶作铁芯互感器的空载损耗(指互感器次级开路时，在初级测得的功率损耗)下降60%左右，空载电流(互感器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流)下降约65%，是目前节能效果较理想的电子式电流互感器，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方。R型坡莫合金铁芯制成的电子式电流互感器二次开路时不会产生大电流，从根本上消除了电力系统运行中的重大故障隐患，最大程度地保障了人员和设备的安全。

保护级设计采用罗氏线圈，罗氏线圈是一种空心环形的线圈，有柔性和硬性两种，可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。其设计基本原理如图2所示：

罗氏线圈测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律,当被测电流沿轴线通过罗氏线圈中心时,在环形绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场，强度为H,由安培环路定律得:

∮H·dl=I(t)

由B=μH，e（t）=dΦ/dt，Ф=N∫B·dS，e（t）=M·di／dt，得：

其截面为矩形时，互感系数M

M=μ0Nhln(b/a)/2π

上式中，H为线圈内部的磁场强度，B为线圈内部的磁感应强度，μ0为真空磁导率，N为线圈匝数，e（t）为线圈两端的感应电压，a, b分别为线圈横截面的内外径,h为截面高度。

由于罗氏线圈具有不含铁芯，无磁滞效应和磁饱和现象，响应频带得到显著改善；传感头与被测电流之间没有电气连接，对被测回路影响甚小；高低压侧之间通过光纤进行信号传输，实现了良好的电气绝缘，在高、低压及特高压应用领域具有独特优势；体积小、重量轻、易于实现测量和保护的自动化和数字化等。本发明属于有源型电子式电流互感器，所以本发明采用罗氏线圈做电子式电流互感器的保护级。

智能化充气柜采用SF6充气。

外壳采用阻燃ABS复合工程塑料作为互感器的外部绝缘，相比于一般铁质外壳，具有外形美观、价格低廉、高抗冲、高耐热、阻燃等特性，且可抗磁场干扰。

优选地，经电子式互感器转化得到的二次小电压信号经中航航空端子（测量级为三孔，保护级为五孔）发出，通过光纤发送到合并单元。

优选地，合并单元包括（PIN光电二极管、数据处理、驱动电路、激光器），将小电压信号进行数据处理，一部分处理后的数据进行合并，用于计量保护和测控，另一部分处理后的数据通过驱动电路和激光器。

优选地，智能化充气柜式穿心式电子式电流互感器可直接与仪表、继电保护装置接口，实现计量、控制、测量、保护的功能。

本发明测量级采用R型坡莫合金铁芯横截面为椭圆形的优点如下：

1、同横截面为圆形的铁芯相比，椭圆内接圆内的铁芯填充系数较高，窗口及周长尺寸较小，角重轻，可有效节省硅钢片及铜线用量。

2、同横截面为圆形的铁芯相比，虽然椭圆内接圆内的铁芯填充系数较低，但内接圆周长尺寸较小，铜线用量的降低幅度大于硅钢片用量的增加幅度。综合经济指标，椭圆截面铁芯方案较圆形截面铁芯方案节省有效材料成本多。

3、R型坡莫合金铁芯横截面为椭圆形的绕组绕制设备与横截面为圆形的铁芯绕组绕制设备相比，绕组绕制工艺简单、工效高。

4、同横截面为圆形的铁芯产品结构相比，导线弯曲应力较为均匀，绕组抗短路承受能力较强。

综上所述，R型坡莫合金铁芯横截面为椭圆形结构应用于电子式电流互感器中，在节材及优化设计方面具有实质的显著的进步。

本发明的工作原理：本发明属于低功率铁芯电流互感器（LPCT）。 LPCT具有输出灵敏度高、技术成熟、性能稳定、易于大批量生产等特点；此外，由于其二次负荷较小，加上高导磁铁芯材料的应用，可以实现对大动态范围电流的测量。 LPCT的输出电压信号由位于高压侧的信号处理电路转换为数字光脉冲信号，经由光纤传至低压端控制室，然后由低压侧信号处理电路将光信号还原为电信号，并提供测量和保护两个信号通道的输出接口。由于采用光纤作为高低压侧信号连接的通道，所以在很大程度上降低了对电流互感器绝缘结构的要求。

本发明原理图如图3所示；

其中Rsh(R)是二次侧并接的采样电阻，NP,NS分别是一次侧，二次侧的线圈绕组匝数，I为一次侧电流。

因此本发明的设计思路是在高压侧将从LPCT取得的模拟信号就地进行A/D转换，并将数字量转换为光信号；互感器本体提供标准的光通信接口，光信号通过该接口由光纤传至控制室的信号接收单元。在控制室由低压侧信号处理单元将该光信号还原为数字电信号，并按照继电保护和测量设备的要求，将信号进行分离，并提供保护通道和测量通道的输出接口。信号经过光纤的传输系统后进行二次转换器，二次输出符合IEC60044-7：1999及GB/T20840•8-2007《电子式电流互感器》标准的额定二次输出电压，采用以上原理生产出的智能化充气柜用穿心式电子式电流互感器可直接与仪表、继电保护装置接口，从而实现计量、控制、测量、保护的功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种智能化充气柜用穿心电子式电流互感器，包括外壳、密封硅橡AB胶，其特征在于：所述的密封硅橡AB胶填充在R型坡莫合金铁芯及罗氏线圈与壳体的中间，用于绝缘和散热；所述的R型坡莫合金铁芯及罗氏线圈设置在电子式电流互感器主体的中间，用于提供磁通路径,提高磁路的导磁系数和降低铁芯的涡流损耗；中航航空端子设置在电子式电流互感器的二次出线端，用于把电子式电流互感器二次电压信号传递到光纤；所述的光纤一端与中航航空端子连接，另一端与合并单元连接，用于传递电压脉冲信号；所述的合并单元安装在电子式电流互感器的尾部，用于对各相远端传来的信号做同步合并处理；所述的外壳是采用阻燃ABS复合工程塑料制成；所述的R型坡莫合金铁芯横截面为椭圆形，采用IJ85材料制成，作为测量级；所述罗氏线圈作为保护级，并用密封硅橡AB胶浇注成互感器主体；所述的R型坡莫合金铁芯及罗氏线圈的外表面采用铜编织带与半导电皱纹纸双重屏蔽 技术；所述的合并单元包括PIN、数据处理、驱动电路、激光器；将PIN进行数据处理，一部分处理后的 数据进行合并，用于计量保护和测控，另一部分处理后的数据通过驱动电路和激光器；所述的电子式电流互感器能直接与仪表、继电保护装置接口连接，实现计量、控制、测量、保护的功能。