智能电子式互感器测试方法的研究

电子式互感器测试方法的研究福州亿森电力设备有限公司赖振学(The research of testing technique of electro-transformator)Abstract：Compare with conventional electro-transformator，the electro-transformator has a good few advantage,along with the technical development of photoelectron、micro-electronics and communication, presently, electro-transformator already have entered into the practical phase stage by stage. Introducing the principle and structural characteristic of fountainous and no fountainous electro-transformator in this article, and bring forward the testing technique of electro-transformator, and Analyzing the function、structure and technical index of this testing system. The testing system with the high-precision simulative quantity collection、switching module、synchronous signal and timepiece,be able to test all series and all type electro-transformator 、electromagnetic transformator and capacitive transformator. Be the same with testing transformator at noumenon in the laboratory, and testing data veracity and consistency of the electro-transformator and its collection、incorporate cell 、the whole data transmit chunnel out of doors. Passing contrastive testing that in the laboratory and out of doors,the result of the system is that the capability is steady and the testing result is correct.key words:transformator；electro-transformator；ECT；EVT；Rogowski loop；laser taking energy摘要：电子互感器与传统电磁式互感器相比具有诸多的优点，随着光电子技术、微电子技术及通信技术的发展，目前电子式互感器已逐步进入实用化阶段。

本文对有源式、无源式电子互感器的工作原理、结构特点进行介绍，并提出电子式互感器的测试方法，进而分析了电子式互感器测试系统的功能、结构及其技术指标。

该测试系统采用高精度模拟量采集、转换模块及同步信号时钟源，能够对全系列、各类型电子式、电磁式、电容式互感器进行测试；不仅适用于在实验室互感器本体进行测试，还适用于现场对电子式互感器及其采集器、合并单元、甚至整个数据传输通道的数据准确性、一致性进行测试。

通过实验室及现场比对测试，该系统性能稳定、测试结果正确。

关键词：互感器；电子式互感器；ECT；EVT；Rogowski 线圈；激光取能0 前言电子互感器与传统电磁式互感器相比具有诸多的优点，例如：电子式互感器具有无磁饱和、频率响应范围宽、暂态特性好、绝缘结构简单、不存在二次开路或短路的隐患等，能够以数字信号输出，传输中用光缆代替了电缆，从根本上解决了互感器在电流、电压信号传输过程中所产生的附加误差，有利于变电站实现数据共享，能够满足更高程度的变电站自动化需求。

长期以来国内外许多机构致力于电子式互感器的研制，瑞士ABB、法国ALSTOM、日本NGK等国际知名公司都研制出成型产品，并且已有较长的挂网运行经验。

我国的研究工作起步较晚，但是进步较快，国内南京新宁光电自动化有限公司、西安同维电力技术有限公司等厂商生产的电子式互感器最长的已有4年的挂网运行经验，并且在许多试点变电站被采用，如：云南曲靖110kV翠峰数字化变电站整站采用了电子式互感器，目前电子式互感器已经逐步进入实用化阶段。

互感器作为电力系统的主设备之一，广泛应用于电力系统计量、监控、保护、录波和测距等技术领域，为了保证电子式互感器的准确度，确保系统安全、稳定，必须对这些互感器进行测试。

但是，电子互感器与传统互感器相比，在测量原理、结构和输出信号的方式上发生了根本的改变，传统互感器测试方法并不适用于电子式互感器，因而有必要对这些问题进行研究。

1 电子式互感器的原理、结构根据电子式互感器传感头（测量元件）有无供电电源，可将电子式互感器分为有源式和无源式两种，下面分别进行简单介绍。

需要说明的是由于技术及材料限制，目前无源式电子互感器的应用比较少，广泛被采用的是有源式的。

1.1有源式电子互感器的工作原理有源型电子互感器在传感头部分没有使用特殊的功能性光纤或其它光学元件，而是采用了传统的电流、压传感器件，如小功率电流互感器、Rogowski线圈、感应分压器、电容分压器、电阻分压器等，实现起来比较容易，并具有良好的可靠性和长期的稳定性。

本文不介绍小功率电流互感器、感应分压器等元件，因为它们的工作原理并没有变化。

图1所示为有源电子式CT的Rogowski线圈结构示意图，Rogowski线圈的骨架为非磁性材料，如图2所示。

若线圈的匝数密度n及截面积S均匀，Rogowski线圈输出的信号e与被测电流i有如下关系：e(t)=-(dΦ/dt)=-μ0nS·(di/dt)(3)e(t)经积分变换及A/D转换后，由LED转换为数字光信号输出，控制室的合并单元（PIN）及信号处理电路对其进行光电变换及相应的信号处理，便可输出供微机保护和计量用的信号。

图1 有源电子式CT结构示意图图2 Rogowski线圈图3所示为有源电子式PT的结构示意图。

被测高压经分压器分压后，经信号预处理、A/D变换及LED转换，以数字光信号的形式送至控制室，控制室的PIN及信号处理电路对其进行光电变换及相应的信号处理，便可输出供微机保护和计量用的信号。

图3 有源电子式PT的结构示意图有源电子式CT、PT的一次高压侧有电子电路，其电源的供给方式主要有两类，一类是光供电，即控制室内LD发出的光由光纤送至高压侧，再经光电变换转换为电能供电路工作；另一类是利用一小CT从高压线路上获取电能供电路工作。

1.2 无源式电子互感器研制情况无源式电子互感器以利用法拉第磁光效应的装置为主，当一束线性偏振光通过放置在磁场中的光纤或块状晶体玻璃时，如果光的传播方向与磁场方向相同，偏振平面将发生旋转，旋转角正比于磁场强度沿偏振光通过路径的线积分。

电流传感的灵敏度正比于材料的费尔德常数，但通常费尔德常数越大，温度系数越大，故互感器灵敏度受到温度变化的影响。

同时，光学元件内部的残余应力产生随温度变化的线性双折射，当光学玻璃和光纤受到振动和其它机械扰动时，等效于引入应力，同样引起线性双折射。

线性双折射的存在降低了传感头的灵敏度，且使灵敏度随振动和温度而变化，影响了整个系统精度和稳定性。

各国研究人员针对存在的这些问题做了大量深入的研究工作并多次挂网运行，但设计与加工难度以及长期运行中的稳定性问题仍是阻碍无源式电子互感器的实用化进程。

国内的研究项目最终也在光纤固有双折射或温度影响等问题上受阻，未能实现无源式电子互感器的实用化。

1.3 有源式电子互感器的结构图4是有源式电子互感器的典型结构原理图，其电流互感器保护绕组采用Rogowski 线圈，测量/计量绕组采用小功率铁心线圈作为测量元件，电压互感器采用串行感应分压器。

电子式互感器有型式：（1）电子式电流电压互感器，（2）电子式电流互感器，（3）电子式电压互感器。

如图4所示，传感头部件包括串行感应分压器、Rogowski线圈、铁心线圈、采集器等。

传感头部件与电力设备的高压部分等电位，传变后的电压和电流模拟量由采集器就地转换成数字信号。

采集器的电源由激光供给，采集器与合并器间的数字信号传输及激光电源的能量传输全部通过光纤来进行，另外许多产品也可以通过获取一次高压系统的能量作为采集器电源，从而延长激光电源的寿命，由于光纤的绝缘性能优良，所以电子式互感器的绝缘结构非常简单。

合并器可以接收并处理来自多个采集器的数字信号，有的产品还可以接收并处理电磁式互感器提供的电压、电流模拟量，对这些信号进行汇集处理后，输出到监控、保护、计量等装置。

另外，合并器还能提供同步信号输入通道，接收变电站同步信号以同步连接的各采集器。

输入图4 电子互感器的结构原理2 测试方法目前标准互感器广泛采用传统电磁式互感器（还没有标准电子式互感器），其输出是模拟量，电流为1A、5A，电压为100V、100/ 3 V，在对电子式互感器进行准确度测试时有两种基本方法可选择，一种是将电磁式互感器输出的模拟量转变为数字量与电子式互感器输出的数字量进行比较测量；另一种是将电子式互感器输出的数字量转变为模拟量与传统互感器输出进行比较，两种方法的核心是必须保证转换过程的准确度。

由于A/D转换的精度更容易保证，我们采用了前一种方法。

2.1 电子互感器现场测试方案现场条件下，电子互感器与采集器、合并器配合工作，测试方法见图5、图6，该测试方法的特点是除互感器本体外，还兼顾对数据采集、汇总、传输等整个过程的准确性，一致性测试。

2.1.1 电子电流互感器现场测试方法图5是电子电流互感器现场测试原理图，模拟量采集/转换模块采用了美国NI公司的NI4070 6½位高精度模拟量采集插件，将标准互感器的输出转换为数字信号，搭配专用的测量PC，数字量采集方面使用网卡接收合并器/采集器输出的数字信号，通过专用测量程序直接比较得到测量结果。

图5电子式电流互感器测量系统框图2.1.2 电子电压互感器现场测试方案图6是电子电压互感器现场测试原理图，该测量系统的测量原理与电子电流互感器基本一致，电子电压互感器采用感应分压器作为测量元件，通过采集器，将测量元件测到的电压信号转换为光电信号由光纤输送到合并器。