CN109613316A - 一种高精度罗氏线圈 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度罗氏线圈，包括由内至外依次设置的点火线、漆包线及硅胶管构成的环状体，漆包线绕设在点火线上，点火线及漆包线的两端通过接头连接，接头内设置补偿线圈及引出线，补偿线圈的一端与漆包线相连、另一端与引出线相连；点火线其环状内侧设置柔性骨架，柔性骨架上固定设置导线对中机构。本发明通过锥形壳体或呈锥形布置的夹杆的设置能够针对不同直径的导体均能保证导线中心轴线与罗氏线圈中心轴线重合，避免了相位误差。本设计的新型罗氏线圈在位置误差和精度上都提高了很多，实用性也很强，结构的复杂度相对普通的罗氏线圈也没有增加太大的工艺流程，但是在电力测量方面将会是一个质的突破，为电力系统保驾护航。

Description

一种高精度罗氏线圈

技术领域

本发明涉及一种高精度罗氏线圈。

背景技术

随着社会经济的发展，电能作为现代社会的主要能源，与人民的生活和生产建设的关系愈加密切。伴随着超高压和特高压输变电技术的迅速发展，电力设备容量及数量大幅增加，电力网规模逐步扩大。现代电力系统的运行在保证合格供电质量的同时，还要保证稳定可靠的发供电能力。电力变压器是电力系统中最重要的设备之一，提高电力变压器的运行可靠性显得尤为重要。对变压器进行在线监测可以及时的发现变压器故障，进行事故预警，从而避免造成重大事故，大大提高电力变压器的可靠性，也能为变压器故障后检修提供主要的参考信息，节省检修成本，对整个电力工业而言具有重大的意义。罗氏线圈应用而生，罗氏线圈本身不可能是完全理想的器件，由制造工艺、安装方式等等都会造成一定的相位误差。另外一个很重要的原因是无法使得被测导体的中心轴线与罗氏线圈的中心轴线很好地重合，这是造成精度不准的一个重要原因；目前的提高精度方式有：均匀布线，增加漆包线的绕线密度，增设回线匝等；均匀布线及增加漆包线的绕线密度能够对于平行干扰磁场起到很好的抑制作用来起到提高精度的作用；增设回线匝能够对于轴向干扰磁场(因为罗氏线圈从轴向方向看，线圈即使再致密，也只是一匝线圈，因此只要在线圈周围存在平行于线圈平面的电流回路，其产生的轴向磁场就会在线圈两端产生感应电动势，影响线圈的测量精度)起到很好的抑制作用来起到提高精度；目前为了保证导线中心轴线与罗氏线圈中心轴线重合往往采用罗氏线圈环内径基本等于导线外径的方式实现，但这样只能针对同一直径的导线的测量。

授权公告号为CN 101178417 B的专利：高精度罗氏电流互感器，其，包括：印刷电路板，该印刷电路板具有多个层叠在一起的分立基片层；第一线圈，该第一线圈围绕所述分立基片层中的至少三层进行缠绕；第二线圈，该第二线圈穿过该第一线圈的中央，其中，所述第二线圈具有比所述第一线圈更高的匝密度；其确实能提供传统罗氏线圈对外场的抑制，但无法保证被测导体其中心轴线与罗氏线圈的中心轴线很好地重合；授权公告号为CN103576030 B的专利：一种变压器在线监测传感器，包括环形铁芯、副边线圈、测量电阻、补偿线圈、磁通测量传感器、补偿电路和信号处理模块；变压器套管末屏引出线垂直穿过环形铁芯中心，环形铁芯设置用于放置磁通测量传感器的凹槽，副边线圈的输入端与补偿线圈的输出端相连，副边线圈的输出端与大地之间并联测量电阻，磁通测量传感器置于凹槽中且与补偿电路相连，补偿电路与补偿线圈的输入端相连，信号处理模块并联在测量电阻两端。本发明能够测得准确的故障信号，并可以同时在线监测多种故障信号，且无需改动一次接线，提高了在线监测的安全可靠性和设备安装维护的效率。其通过增设积分电路来实现补偿等方式调整以确保精度，使得整个罗氏线圈结构复杂，使用麻烦。授权公告号为CN207947157 U的专利：一种含校准线圈的高精度PCB罗氏线圈，，在印刷电路板上、下、左右、四个方位对称安装四个补偿绕组，所述补偿绕组构成校准线圈。校准线圈的四个补偿绕组垂直且均匀的分布于印刷电路板的上下左右四个位置，是印刷在电路板上的铜线装置。所述补偿绕组与基板垂直对称，补偿绕组通过电路图直接加到印刷电路板上。所述补偿绕组为螺旋形状。所述印刷电路板为双层印刷电路板，每层印刷电路都均匀布置有线圈，每层的线圈通过过孔连接。该罗氏线圈包括回线装置，所述回线装置包括线圈骨架，在线圈骨架上绕弯一圈、再反向绕一圈。本发明在原来PCB罗氏线圈的测量装置基础上添加一个校准线圈，可以使导体偏心的影响降到最小，从而增加了测量电流时的精确度。其通过上下左右两对共四个补偿线圈设置的方式起到确保导体其中心轴线与罗氏线圈的中心轴线很好地重合，但这样使得调整过程比较长，操作不便。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高精度罗氏线圈，能够针对不同直径的导体均能保证导线中心轴线与罗氏线圈中心轴线重合，避免了相位误差。在位置误差和精度上都提高了很多，实用性也很强，结构的复杂度相对普通的罗氏线圈也没有增加太大的工艺流程，但是在电力测量方面将会是一个质的突破，为电力系统保驾护航。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种高精度罗氏线圈，包括由内至外依次设置的点火线、漆包线及硅胶管构成的环状体，漆包线绕设在点火线上，点火线及漆包线的两端通过接头连接，接头内设置补偿线圈及引出线，补偿线圈的一端与漆包线相连、另一端与引出线相连；点火线其环状内侧设置柔性骨架，柔性骨架上固定设置导线对中机构。本设计的新型罗氏线圈与普通罗氏线圈相比在位置误差和精度上都提高了很多，实用性也很强，结构的复杂度相对普通的罗氏线圈也没有增加太大的工艺流程，但是在电力测量方面将会是一个质的突破，为电力系统保驾护航。从新型罗氏线圈分解图上面来看，步骤大概是点火线绕线->缩热缩管->再绕补偿线圈->上接头这一系列工艺流程，看上去非常的简单，但是做起来比较的难调整精度，补偿线圈需要调整到一定的圈数才能达到要求的精度，补偿线圈的圈数决定了位置误差和精度的高低。在整个结构设计上都非常的不错，达到了预期的设想和要求。导线对中机构的设置能够能针对不同直径的导线其电流的测量并能保证导线中心轴线与罗氏线圈中心轴线重合，避免了相位误差，极大地提高了测量精度。

进一步的技术方案是，导线对中机构包括固定在柔性骨架上的锥形壳体，锥形壳体其大端固定在柔性骨架其内环上，锥形壳体的中心轴线与呈环状的罗氏线圈的中心轴线重合。

进一步的技术方案是，导线对中机构包括固定在柔性骨架上的至少两对夹杆，所有夹杆的尺寸规格相同；所有夹杆的一端固定在柔性骨架其内环上，所有夹杆的另一端互相固定连接且连接点位于呈环状的罗氏线圈的中心轴线上。这样锥形布置，效果与锥形壳体类似，也能保证导线中心轴线与罗氏线圈中心轴线重合，避免了相位误差，极大地提高了测量精度。

进一步的技术方案为，导线对中机构包括两段固定在柔性骨架其环内侧的弹性棉条，弹性棉条呈半环状；弹性棉条内以罗氏线圈中心环形阵列设置有四个压力传感器，压力传感器固定在柔性骨架其内环的环壁上。这样在打开罗氏线圈将导线夹住后只要四个压力传感器的数值一致，就说明导线中心轴线与罗氏线圈的中心轴线是重合的；罗氏线圈通过两端铰接在骨架上(在测量时通过转动一段的方式使得罗氏线圈形成开口将被测导体置于罗氏线圈中心后再合上)的方式为本领域常规技术手段，在此不赘述。

进一步的技术方案为，柔性骨架呈螺旋线形且仅具有两圈，第二圈的端部与第一圈的端部处于罗氏线圈同一直径上且第二圈的端部靠近第一圈的端部设置。这样罗氏线圈从轴向方向看，是两匝线圈，再配合绕线返回匝的方式能够很好地避免轴向磁场干扰，避免了相位误差，保证了测量精度。

另一种技术方案是，导线对中机构包括固定在柔性骨架上的两个限位环及固定在柔性骨架上的两根标识绳，柔性骨架上两根标识绳的固定点及两个限位环的固定点以罗氏线圈中心呈环形阵列布置；两根标识绳穿过限位环设置，两根标识绳的长度相同且大于罗氏线圈的外径。两个限位环根据要测量导线的情况设置，如果是测量竖直布置的导线中的电流，则两个限位环以气隙口与铰接点(罗氏线圈通过两端铰接在骨架上，在测量时通过转动一段的方式使得罗氏线圈形成开口将被测导体置于罗氏线圈中心后再合上)的连线为轴对称设置；如果是测量水平布置的导线中的电流，则两个限位环的连线同气隙口与铰接点的连线平行设置。这样针对不同直径的导体，其置于本罗氏线圈后，只要不是在罗氏线圈的中心，则标识绳的伸出长度不等，只有在调整罗氏线圈使得其中心轴线与导线中心轴线重合时标识绳的伸出长度相等；结构简单，调整方便，能够很容易地实现导线的中心轴线与罗氏线圈的中心轴线重合，避免相位误差，提高了本发明的精度。

另一种技术方案是，导线对中机构包括固定在柔性骨架上的四个弹簧，四个弹簧以罗氏线圈中心呈环形阵列布置，弹簧的一端固定在柔性骨架表面，弹簧的另一端固定设置弧形弹性托板，四个弧形弹性托板沿顺时针方向分别为第一弧形弹性托板、第二弧形弹性托板、第三弧形弹性托板与第四弧形弹性托板，所述导线对中机构还包括两根连接绳，一根连接绳的两端分别固定连接在第一弧形弹性托板的中部与第三弧形弹性托板的中部，另一根连接绳的两端分别固定连接在第二弧形弹性托板的中部与第四弧形弹性托板的中部；两根连接绳的长度相等且均为两倍的柔性骨架的外径，两根连接绳的中部固定设置环套，柔性骨架的表面上位于弹簧连接处设置连接绳穿过的通孔。这样的设置可以专用于有弯折或有弯曲的导线的电流测量，用在弯折处或弯曲处，将罗氏线圈打开后套在导线上后，轻轻拉动两根连接绳(由于是在弯折处或弯曲处，拉动两根连接绳时能够避免导线，避免导线的存在而对中心对齐的不准确，因为对于平直段的导线，本结构形式的罗氏线圈安装上后由于导线平直，会碰到连接绳，因此本结构形式更适于有弯折或有弯曲的导线的电流测量，用在弯折处或弯曲处)至拉不动为止，这时观察两根连接绳是否是两个环套位于两根连接绳的交叉点处，如果不是，说明导线并不处于罗氏线圈的中心轴线上，就继续调整罗氏线圈直至环套位于两根连接绳的交叉点处，因此本发明结构简单，调整简单且清晰调整过程(根据两个环套的位置调整罗氏线圈的移动方向)，设计巧妙，想法奇特。

进一步的技术方案为，柔性骨架其环内壁固定设置弹性棉条，弹性棉条内设置四个以罗氏线圈中心呈环形阵列布置的弹簧导向套，弹簧导向套的一端固定设置在柔性骨架的环内壁上，弹簧导向套的高度与弹性棉条的厚度相匹配，弹簧导向套呈管状，所述弹簧设置在弹簧导向套内。这样设置便于弹簧的伸缩且保证弹簧在伸缩时(弧形弹性托板卡住不同直径导线)的轨迹，这样能够更好地保证调整的准确无误。

本发明的优点和有益效果在于：本设计的新型罗氏线圈与普通罗氏线圈相比在位置误差和精度上都提高了很多，实用性也很强，结构的复杂度相对普通的罗氏线圈也没有增加太大的工艺流程，但是在电力测量方面将会是一个质的突破，为电力系统保驾护航。从新型罗氏线圈分解图上面来看，步骤大概是点火线绕线->缩热缩管->再绕补偿线圈->上接头这一系列工艺流程，看上去非常的简单，但是做起来比较的难调整精度，补偿线圈需要调整到一定的圈数才能达到要求的精度，补偿线圈的圈数决定了位置误差和精度的高低。在整个结构设计上都非常的不错，达到了预期的设想和要求。导线对中机构的设置能够能针对不同直径的导线其电流的测量并能保证导线中心轴线与罗氏线圈中心轴线重合，避免了相位误差，极大地提高了测量精度。通过锥形壳体或呈锥形布置的夹杆的设置能够针对不同直径的导体均能保证导线中心轴线与罗氏线圈中心轴线重合，避免了相位误差。

附图说明

图1是本发明一种高精度罗氏线圈实施例一的示意图；

图2是图1从接头处展开后的层次结构图；

图3是本发明实施例一中点火线及其内部的结构示意图；

图4是图3的仰视图；

图5是本发明实施例二中点火线及其内部的结构示意图；

图6是图5的仰视图；

图7是本发明实施例三的示意图；

图8为本发明实施例一新型罗氏线圈在各个点的位置误差示意图；

图9是本发明实施例四的结构示意图；

图10是本发明实施例五的结构示意图；

图11是本发明实施例六的示意图；

图12是图11去除连接绳、环套且增加弹性棉条与弹簧导向套后的示意图。

图中：1、点火线；2、漆包线；3、硅胶管；4、补偿线圈；5、引出线；6、接头；7、柔性骨架；8、锥形壳体；9、夹杆；10、弹性棉条；11、压力传感器；12、限位环；13、标识绳；14、弹簧；15、第一弧形弹性托板；16、第二弧形弹性托板；17、第三弧形弹性托板； 18、第四弧形弹性托板；19、连接绳；20、环套；21、通孔；22、弹性棉条；23、弹簧导向套。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1至图4所示(为便于图示，图2未示出柔性骨架)，本发明是一种高精度罗氏线圈，包括由内至外依次设置的点火线1、漆包线2 及硅胶管3构成的环状体，漆包线2绕设在点火线1上，点火线1、漆包线2及硅胶管3的两端通过接头6连接，接头6内设置补偿线圈4及引出线5，补偿线圈4的一端与漆包线2相连、另一端与引出线5相连；点火线1其环状内侧设置柔性骨架7，柔性骨架7上固定设置导线对中机构。导线对中机构包括固定在柔性骨架7上的锥形壳体8，锥形壳体8其大端固定在柔性骨架7其内环上，锥形壳体8的中心轴线与呈环状的罗氏线圈的中心轴线重合。柔性骨架7呈螺旋线形且仅具有两圈，第二圈的端部与第一圈的端部处于罗氏线圈同一直径上且第二圈的端部靠近第一圈的端部设置。最终，对本发明的测量结果如图8所示，1、2、 3、4、5各点的位置误差≤1％。

实施例二：

与实施例一的不同在于，如图5、图6所示，导线对中机构包括固定在柔性骨架7上的两对夹杆9，所有夹杆9的尺寸规格相同；所有夹杆9的一端固定在柔性骨架7其内环上，所有夹杆9的另一端互相固定连接且连接点位于呈环状的罗氏线圈的中心轴线上。

实施例三：

与实施例一的不同在于，如图7所示，导线对中机构包括两段固定在柔性骨架7其环内侧的弹性棉条10，弹性棉条10呈半环状；弹性棉条10内以罗氏线圈中心环形阵列设置有四个压力传感器11，压力传感器11固定在柔性骨架7其内环的环壁上。

实施例四：

与实施例一的不同在于，如图9所示，导线对中机构包括固定在柔性骨架7上的两个限位环12及固定在柔性骨架7上的两根标识绳13，柔性骨架7上两根标识绳13的固定点及两个限位环12的固定点以罗氏线圈中心呈环形阵列布置；两根标识绳13穿过限位环12设置，两根标识绳13的长度相同且大于罗氏线圈的外径。两个限位环的连线同气隙口与铰接点的连线平行设置用于测量水平布置的导线中的电流。

实施例五：

与实施例四的不同在于，如图10所示，两个限位环12以气隙口与铰接点的连线为轴对称设置用于测量竖直布置的导线中的电流。

实施例六：

与实施例一的不同在于，如图11、图12所示(为便于图示，图11 未示出弹性棉条与弹簧导向套)，导线对中机构包括固定在柔性骨架7 上的四个弹簧14，四个弹簧14以罗氏线圈中心呈环形阵列布置，弹簧 14的一端固定在柔性骨架7表面，弹簧14的另一端固定设置弧形弹性托板，四个弧形弹性托板沿顺时针方向分别为第一弧形弹性托板15、第二弧形弹性托板16、第三弧形弹性托板17与第四弧形弹性托板18，所述导线对中机构还包括两根连接绳19，一根连接绳19的两端分别固定连接在第一弧形弹性托板15的中部与第三弧形弹性托板17的中部，另一根连接绳19的两端分别固定连接在第二弧形弹性托板16的中部与第四弧形弹性托板18的中部；两根连接绳19的长度相等且均为两倍的柔性骨架7的外径，两根连接绳19的中部固定设置环套20，柔性骨架7的表面上位于弹簧14连接处设置连接绳19穿过的通孔21。柔性骨架7其环内壁固定设置两段半环形的弹性棉条22，两段弹性棉条22内设置四个以罗氏线圈中心呈环形阵列布置的弹簧导向套23，弹簧导向套23的一端固定设置在柔性骨架7的环内壁上，弹簧导向套23的高度与弹性棉条22的厚度相匹配，弹簧导向套23呈管状，所述弹簧14设置在弹簧导向套23内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高精度罗氏线圈，其特征在于，包括由内至外依次设置的点火线、漆包线及硅胶管构成的环状体，漆包线绕设在点火线上，点火线及漆包线的两端通过接头连接，接头内设置补偿线圈及引出线，补偿线圈的一端与漆包线相连、另一端与引出线相连；点火线其环状内侧设置柔性骨架，柔性骨架上固定设置导线对中机构。

2.根据权利要求1所述的一种高精度罗氏线圈，其特征在于，所述导线对中机构包括固定在柔性骨架上的锥形壳体，锥形壳体其大端固定在柔性骨架其内环上，锥形壳体的中心轴线与呈环状的罗氏线圈的中心轴线重合。

3.根据权利要求1所述的一种高精度罗氏线圈，其特征在于，所述导线对中机构包括固定在柔性骨架上的至少两对夹杆，所有夹杆的尺寸规格相同；所有夹杆的一端固定在柔性骨架其内环上，所有夹杆的另一端互相固定连接且连接点位于呈环状的罗氏线圈的中心轴线上。

4.根据权利要求1所述的一种高精度罗氏线圈，其特征在于，所述导线对中机构包括两段固定在柔性骨架其环内侧的弹性棉条，弹性棉条呈半环状；弹性棉条内以罗氏线圈中心环形阵列设置有四个压力传感器，压力传感器固定在柔性骨架其内环的环壁上。

5.根据权利要求2至4任一项所述的一种高精度罗氏线圈，其特征在于，所述柔性骨架呈螺旋线形且仅具有两圈，第二圈的端部与第一圈的端部处于罗氏线圈同一直径上且第二圈的端部靠近第一圈的端部设置。

6.根据权利要求1所述的一种高精度罗氏线圈，其特征在于，所述导线对中机构包括固定在柔性骨架上的两个限位环及固定在柔性骨架上的两根标识绳，柔性骨架上两根标识绳的固定点及两个限位环的固定点以罗氏线圈中心呈环形阵列布置；两根标识绳穿过限位环设置，两根标识绳的长度相同且大于罗氏线圈的外径。

7.根据权利要求1所述的一种高精度罗氏线圈，其特征在于，所述导线对中机构包括固定在柔性骨架上的四个弹簧，四个弹簧以罗氏线圈中心呈环形阵列布置，弹簧的一端固定在柔性骨架表面，弹簧的另一端固定设置弧形弹性托板，四个弧形弹性托板沿顺时针方向分别为第一弧形弹性托板、第二弧形弹性托板、第三弧形弹性托板与第四弧形弹性托板，所述导线对中机构还包括两根连接绳，一根连接绳的两端分别固定连接在第一弧形弹性托板的中部与第三弧形弹性托板的中部，另一根连接绳的两端分别固定连接在第二弧形弹性托板的中部与第四弧形弹性托板的中部；两根连接绳的长度相等且均为两倍的柔性骨架的外径，两根连接绳的中部固定设置环套，柔性骨架的表面上位于弹簧连接处设置连接绳穿过的通孔。

8.根据权利要求7所述的一种高精度罗氏线圈，其特征在于，所述柔性骨架其环内壁固定设置弹性棉条，弹性棉条内设置四个以罗氏线圈中心呈环形阵列布置的弹簧导向套，弹簧导向套的一端固定设置在柔性骨架的环内壁上，弹簧导向套的高度与弹性棉条的厚度相匹配，弹簧导向套呈管状，所述弹簧设置在弹簧导向套内。