CN106093511A - 一种铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器 - Google Patents

一种铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器 Download PDF

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Abstract

一种含气隙铁芯线圈的高精度电子式电流互感器，包括高压侧传感单元、低压侧数据采集传输单元、高压壳体，高压侧传感单元包括两个含气隙铁芯的线圈和一个空心线圈，三个线圈传感器位于接地的屏蔽罩中，线圈传感器通过屏蔽电缆与位于底座中的低压侧数据采集传输单元连接。本发明一种含气隙铁芯的高精度电子式电流互感器高压侧采用两个含气隙的铁芯线圈和一个空心线圈测量一次导线中的电流，首先测出两个含气隙的铁芯线圈输出的平均值，再和空心线圈的输出综合处理再取平均值，并作为最终输出，这样有利于降低单铁芯的测量准确度不高，改善共模干扰等问题，提高了测量准确度。实现了互感器的自诊断，提高了智能化水平。

Description

一种铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器
技术领域
本发明一种铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器，用于智能变电站输电线路电流信号的实时高精度测量。
背景技术
电子式电流互感器的准确性和可靠性是电力系统安全可靠运行的保证。随着技术的发展进步，电子式互感器的相关研究也越来越深入，互感器的种类也越来越多。然而由于电子式互感器仍然属于新兴技术，其在运行过程中还存在一些问题，其中最为突出的问题就是测量准确度不高。中国专利CN101707129A公开的一种电子式互感器，采用光学元件作为传感器。中国专利CN203838218U中公开了一种高压侧CT供能的电子式电流互感器，采用Rogowski线圈作为测量单元。中国专利CN103646768A提供了一种有源型电子式互感器，高压侧采用开气隙的铁芯作为取能线圈。然而，这些电子式互感器或多或少的都存在一些问题，如，光学元件易受环境温度变化等因素的影响，因而准确不高。
发明内容
针对目前电子式电流互感器测量准确度不高，测量不够灵活等问题，本发明提出了一种结构简单、易于制作、可靠性好、测量灵活且准确高的铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器，高压侧传感单元采用一个空心线圈和两个含气隙铁芯的线圈，利用三个线圈的综合输出作为最终的输出，可以更加有效地提高互感器的测量准确度。同时利用两含气隙铁芯的线圈之间的输出差异判断互感器的运行状态，可实现互感器自诊断，提高了智能化水平。
本发明所采用的技术方案是：
一种含气隙铁芯线圈的高精度电子式电流互感器，包括高压侧的传感单元、低压侧数据采集传输单元、高压壳体，高压侧传感单元包括一个空心线圈传感器和两个含气隙铁芯线圈传感器，三个线圈传感器通过屏蔽电缆与位于底座中的低压侧数据采集传输单元连接。
所述低压侧数据采集传输单元位于地电位侧，低压侧采集传输单元由信号滤波模块、信号放大模块、数字积分模块、微处理器模块依次连接构成。
所述屏蔽罩为铝合金材质，屏蔽罩通过支撑杆固定在高压壳体内。
所述支撑杆为铝合金材质，支撑杆作为接地导体连接到底座上，支撑杆通过底座与大地连接，保持地电位，底座上设有用于与大地连接的设备端子。
所述三个线圈传感器为印刷电路板技术制作而成，两个含气隙铁芯线圈各自在铁芯上开一个气隙，所开气隙在铁芯传感器上处于相同位置。两个含气隙铁芯线圈的铁芯横截面大于空心线圈的横截面。
所述高压侧传感单元、屏蔽罩位于高压壳体内，高压壳体上设有支撑绝缘子。
所述数字积分模块为数字积分芯片ADE7759.
本发明一种含气隙铁芯线圈的高精度电子式电流互感器，技术效果如下：
1）、该电子式电流互感器采用两个含气隙铁芯线圈和一个空心线圈作为电流传感器，同时测量同一电流信号，三个线圈的输出经过屏蔽电缆传送给低压侧数据采集传输单元。低压侧数据采集传输单元在对三个线圈传感器的信号进行滤波、放大处理后，利用数字积分将其输出的微分信号还原为正比于被测电流的信号。采用数字积分可有效避免目前常用模拟积分器存在电路复杂、易受温度影响等问题，在一定程度上提高了互感器数字信号处理环节的准确度。数字积分后的信号进入微处理器进行分析处理，首先将两个含气隙铁芯线圈传输的信号进行综合处理，取平均值，然后再将这一平均值和空心线圈的输出再进行综合处理后再取平均值，并将第二次的平均值作为最终的输出。采用两个含气隙铁芯传感器的输出作为第一次输出，可以大大提高只有一个铁芯传感器情况下输出的测量准确度，为了减小含气隙铁芯线圈因共模干扰等因素带来的测量误差，再次将这一输出和空心线圈输出综合处理后再取平均值又可以进一步提高测量准确度。当两个含气隙铁芯线圈的输出差异较大（>0.05%）时，说明测量准确度无法保证，此时处理器发出信号，提示工作人员进行检修，从而实现了互感器的自诊断，提高了其智能化水平。
2）、高压侧传感单元包含一个空心线圈和两个含气隙铁芯线圈，含气隙铁芯线圈均在相同位置开气隙，铁芯开气隙后大大改善了传统电磁式电流互感器的饱和以及铁磁谐振等问题，且铁芯开气隙后互感器的比差和校正后的角差能够达到国标测量用电流互感器0.2级的标准，互感器的测量准确度可达到IEC 0.2级标准，且采用了双铁芯方案能够有效改善单铁芯情况下偏心距误差大等不足，可以进一步提高测量准确度。
3）、线圈采用印刷电路板技术制作而成，保证了线匝的均匀性，克服了手工绕制难度大、线匝不均匀的问题，避免了手工绕制线圈易受导线偏心等因素影响的问题。
4）、线圈传感器的输出采用数字积分芯片ADE7759对其进行积分还原，一定程度上克服了模拟积分存在电路复杂，准确度低等问题，提高了互感器的测量准确度。
附图说明
图1为本发明的连接原理图；
图2为本发明的低压侧数据采集传输单元模块连接图；
图3为本发明的含气隙铁芯线圈的结构图。
具体实施方式
如图1~图3所示，一种含气隙铁芯线圈的高精度电子式电流互感器，包括高压侧传感单元1、低压侧数据采集传输单元2、高压壳体3、支撑绝缘子4、底座5等部分构成。所述高压侧传感单元1内部包含两个含气隙铁芯的线圈12和一个空心线圈6，线圈均采用印刷电路板技术制作而成，保证了线圈中线匝分部的均匀性。空心线圈传感器6位于接地的屏蔽罩7中，提高了其抗外界电磁干扰的能力线圈的输出通过屏蔽电缆8 传输至底座 5 中的低压侧采集传输单元2中。所述低压侧数据采集传输单元2位于地电位侧，低压侧数据采集传输单元2由信号滤波模块、信号放大模块、数字积分模块、微处理器模块依次连接构成，如图2所示。两个含气隙铁芯的线圈的结构如图3所示。
所述的屏蔽罩7采用铝合金材料制作而成，通过支撑杆9固定在高压壳体3内。支撑杆9采用铝合金材料制成，既作为固定用的支架，也作为接地导体连接至底座5上，并通过底座与大地相连，保持地电位。底座5上含有接地端子10，运行时与大地相连。所述高压侧传感单元1、屏蔽罩7位于高压壳体3内，高压壳体3使得内部的设备处于一个封闭的环境中，保护其免受外部电磁干扰和天气变化等的影响。高压壳体3上设有支撑绝缘子4， 既用于支撑高压壳体3及其内部设备，也用于高压壳体3和底座5及其内部设备之间的绝缘。
所述高压侧传感单元1由两个含气隙的铁芯线圈和一个空心线圈构成，铁芯含气隙的电流互感器比差和校正后的角差达到国际标准测量用电流互感器0.2级标准，互感器的测量准确度达到IEC 0.2级，能够有效提高测量准确度，采用双铁芯方案能够大幅改善单铁芯情况下偏心距误差大等问题。可进一步提高测量准确度。利用双铁芯的测量平均值作为输出，可以降低共模干扰带来的误差，再将双铁芯线圈的综合输出与空心线圈的输出再次综合处理，来得出最终的输出，这样可以大大提高测量准确度。
所述低压侧数据采集传输单元2位于地电位侧，所需电源由变电站220v电源直接提供。线圈传感器的输出经过屏蔽电缆8传送给低压侧数据采集单元2中的信号滤波模块，经过滤波后，传给信号放大模块，信号放大模块将信号放大至合适的值。信号放大模块的输出传给数字积分模块进行处理。数字积分模块采用ADE7759芯片实现。数字积分的输出经微处理器模块TMS320F28进行处理后，按照一定的格式通过光纤传送给后续设备。后续设备一般为合并单元或者其他接收装置。
本发明一种含气隙铁芯线圈的高精度电子式电流互感器，在运行过程中通过比对两含气隙铁芯线圈的输出差异，来判断互感器的准确度状态。当两个线圈的输出差异小于0.05%时，说明整个电子式电流互感器状态良好，可以准确的测出被测电流大小；当输出差异大于0.05%时说明互感器存在问题，准确度无法保证。此时，低压侧采集传输单元2将向后续设备发送报警信号，提示工作人员进行检修。通过这种方式，可以大大提高互感器的准确度，并提高互感器的智能化水平，使其具备准确度自诊断功能。

Claims (8)

1.一种铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器，包括高压侧传感单元（1）、低压侧数据采集传输单元（2）、高压壳体（3）,其特征在于,高压侧传感单元(1)包括一个空心线圈传感器(6)和两个含气隙的铁芯传感器 (12),每个铁芯传感器含有一个气隙（13），位于接地屏蔽装置(7)中,空心线圈传感器(6)和含气隙铁芯线圈传感器(12)通过屏蔽电缆(8)与位于底座(5)中的低压侧数据采集传输单元(2)连接。
2.根据权利要求1所述一种铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器，其特征在于，所述低压侧数据采集传输单元（2）位于地电位侧，低压侧数据采集传输单元（2）由信号滤波模块、信号放大模块、数字积分模块、微处理器模块依次连接构成。
3.根据权利要求1所述一种铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器，其特征在于，所述屏蔽装置（7）为铝合金材质，屏蔽罩（7）通过支撑杆（9）固定在高压壳体（3）内。
4.根据权利要求4所述一种铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器，其特征在于，所述支撑杆（9）为铝合金材质，支撑杆（9）作为接地导体连接到底座（5）上，支撑杆（9）通过底座（5）与大地连接，保持地电位，底座（5）上设有用于与大地连接的接地端子（10）。
5.根据权利要求4所述一种铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器，其特征在于，所述一个空心线圈传感器(6)和两个含气隙铁芯线圈传感器(12)都以印刷电路板技术制作而成。
6.根据权利要求2所述一种铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器，其特征在于，所述数字积分模块为数字积分芯片ADE7759。
7.根据权利要求1所述一种铁芯线圈含气隙的高精度电子式电流互感器，其特征在于，所述高压侧传感单元（1）里的两个含气隙铁芯线圈传感器各开一个气隙(13)，所开气隙在铁芯传感器上均处于相同位置。
8.一种电子式电流互感器测量方法，其特征在于：在运行过程中通过比对两含气隙铁芯线圈的输出差异，来判断互感器的准确度状态；当两个线圈的输出差异小于0.05%时，说明整个电子式电流互感器状态良好，可以准确的测出被测电流大小；当输出差异大于0.05%时说明互感器存在问题，准确度无法保证；此时，低压侧采集传输单元（2）将向后续设备发送报警信号，提示工作人员进行检修。
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