电力系统暂态大电流测量用电子互感器研究
基于罗氏线圈的电子式互感器研究
基于罗氏线圈的电子式互感器研究聂德宇;李晓敏;王卓远;梁泽宇【摘要】电子式互感器是数字化变电站过程层中的关键设备,用以保证电力系统安全、可靠及经济地运行.其中,基于罗氏线圈的电子式互感器不存在磁饱和问题,频率响应范围宽,易于实现数字化.文中分析了罗氏线圈的测量原理,总结了电子式互感器的整体结构,便于进行后续积分电路的参数设计及仿真.最后,总结了目前电子式互感器研究中存在的问题,并对其发展趋势作了宏观展望.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2017(034)003【总页数】2页(P73-74)【关键词】电子式互感器;罗氏线圈;积分电路【作者】聂德宇;李晓敏;王卓远;梁泽宇【作者单位】三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌 443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌 443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌 443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌 443002【正文语种】中文随着现代电网的发展、能源结构战略的调整，新能源发电以及微电网技术不断提高，传统电网已难以满足未来电网的发展要求。
因此，人们提出了智能电网以弥补传统电网的不足［1］。
智能电网的首要特征，是实现电网参数的实时在线准确监测及数据的传输与存储，以便实现及时调控，保证电网安全和经济地运行。
基于罗氏线圈的电子式电流互感器具有数字化输出、重量轻和暂态性能好等优点，从而成为未来电力系统测量主要发展的方向之一［2］。
罗氏（Rogowski）线圈属于具有特殊结构的空心线圈，空心螺线管均匀绕制在非磁性材料的环形骨架上。
罗氏线圈的相对磁导率与空气中的相对磁导率相同，这也是区别于传统互感器的一个显著特征。
基于罗氏线圈的电子式电流互感器与传统电流互感器的工作原理均建立在法拉第电磁感应定律上。
但是，罗氏线圈具有无磁饱和、测量电流频带宽、响应速度灵敏和测量精度高等特点。
罗氏线圈实际上是一种原边为单匝线圈、副边为多匝线圈的电流互感器，其作用就是将一次侧母线上的高电压大电流信号转变成二次侧的低电压小电流信号，目的是便于后续信号的采集与处理［］。
电子式互感器综述
电子式电流互感器综述摘要：在数字化变电站中，为实现输出数字化、传输光纤化，出现了电子式电流互感器。
本文概述了电子式电流互感器的发展趋势，介绍了电子式电流互感器的原理和应用现状，分析了电子式电流互感器应用中面临的问题。
综合考虑后可知：电子式电流互感器必将得到广泛应用。
关键词：电子式电流互感器；发展趋势；原理；应用现状; 问题Abstract:In the digitized substation ,in order to realize the digital output,packtized transmission,the electronic current transformer is presented. This paper summarizes the development trend of electronic current transformer,introduces the principle and application situation of it,and analysis the problems in the application.After the comprehensive consideration,it’s concluded that electronic current transformer has a prosperous future of application.Key words: electronic current transformer; development trendency; principle; application；problems1.电子式电流互感器发展趋势现代电力系统正在走向数字化，作为数字电力系统的重要组成部分，数字变电站需要数字输出的互感器，需要光纤传输的互感器。
传感准确化、传输光纤化和输出数字化的互感器主流趋势必然导致了电子式互感器的诞生。
2022-2023年国家电网招聘之电工类题库附答案(典型题)
2024年国家电网招聘之电工类题库附答案（典型题）单选题（共100题）1、操作过电压不包括（）A.切断空载线路过电压B.切断空载变压器过电压C.空载线路合阐过电压D.铁磁谐振过电压【答案】 D2、以下带电质点的产生和消失形式中，哪种可能会促进放电的发展（）。
A.定向运动B.扩散C.复合D.负离子的形成【答案】 A3、220kV线路在空载时，线路各点电压（）。
A.均相等B.首端最高C.末端最高D.中间最高【答案】 C4、为了保护旋转电机的臣间绝缘，必须将入侵波的陡度限制在（）以下。
A.2kv/usB.3kv/usC.5kv/usD.7kv/us【答案】 C5、对于断续电弧接地过电压，以下说法错误的是A.我国110kV以上电力系统用中性点有效接地方式，能降低所需的绝缘水平B.对付这种过电压最根本的办法是改变中性点接地方式C.这种过电压持续时间可以很长，波及范围很广D.中性点有效接地方式能够解决断续电弧问题，供电连续性和可靠性也高【答案】 D6、发电机单继电器式横差保护为防止励磁回路一点接地后发生瞬时性第二点接地引起保护误动作，采取的措施是（）A.接入TAB.接入TVC.接入KTD.接入KOF【答案】 C7、为了保证断路器在关合短路电流时的安全性，其关合电流满足条件（）A.应不小于短路冲击电流B.应不大于短路冲击电流C.应不小于短路器的开断电流D.应不大于断路器的开断电流【答案】 A8、中性点经消弧线圈接地，若接地故障的电感电流大于电容电流，此时补偿方式为（）。
A.全补偿方式B.过补偿方式C.欠补偿方式D.不能确定【答案】 B9、在大型变压器中，采用强迫油循环风冷却器时，冷却器中的冷却介质是（）。
A.水B.油C.空气D.以上都有【答案】 C10、综合重合闸的含义是（）A.单相重合闸和三相重合闸结合在一起B.多个单相重合闸结合在一起C.多个三相重合阐结合在一起D.以上都不对【答案】 A11、电力网中，当电感元件与电容元件串联且感抗等于容抗时，就会发生（）谐振现象。
电子式互感器在电力系统中的应用
电子式互感器在电力系统中的应用摘要：随着电网系统的自动化、智能化和数字化水平不断提高，电磁式互感器已经日益不能满足系统的发展要求。
电子式高压电力互感器取代传统的电磁式互感器成为趋势。
文中阐述了电子式高压电力互感器的研究意义，介绍了电子式高压电力互感器的类型及发展历史和研究现状，介绍了混合电子式高压电力互感器的应用情况。
关键词：电网；智能化；互感器；0.引言互感器是为电力系统进行电能计量、测量、控制、保护等提供电流电压信号的重要设备，其精度及可靠性与电力系统的安全、稳定和经济运行密切相关，是电力系统必不可少的设备。
随着电力工业发展，电力传输系统容量不断增大，电网运行电压等级越来越高。
目前，我国运行的最高电压等级是1000KV的交流输电线路和800KV的直流输电线路，数字化变电站成为变电站自动化技术的发展趋势。
1.电子式高压电力互感器研究的意义1.1传统互感器的缺点高电压、大电流的测量对于电力系统安全、经济地运行具有重要的意义。
准确地测量各种电压、电流值是电能测量、继电保护、系统监测诊断以及电力系统分析的前提条件。
电力互感器，包括电压互感器和电流互感器，是电力系统中进行电能计量和获取继电保护信号的重要设备。
随着电力系统的发展，发电和输变电容量不断增加，电网电压不断提高，对电流和电压互感器提出了许多新的和更加严格的要求，而传统的电磁式电力互感器己越来越不适应这种发展情况，在运行中暴露出一系列严重缺点：①绝缘结构复杂，体积笨重，造价高。
特别是用于超高压系统并且要满足大短路容量的动稳定及热稳定要求时。
②传统互感器测量稳态电流时，线性度是很好的，但是由于线路中暂态时存在直流电流，使得电流互感器易发生饱和，造成测量误差。
③电压互感器可能出现铁磁谐振，损坏设备。
④由电流、电压互感器引至二次保护控制设备的电缆是电磁干扰的重要藕合途径。
⑤采用油浸纸绝缘易燃、易爆不安全。
⑥电磁式电流互感器的二次侧输出对负荷要求很严格，若二次负载较大，测量误差就增大，准确度下降。
电流互感器在智能电网中电力功率分析与计算中的应用研究
电流互感器在智能电网中电力功率分析与计算中的应用研究智能电网作为电力系统的重要组成部分，其功能和性能需求日益增长。
电力功率分析与计算是智能电网中重要的任务之一，而电流互感器则是这一任务中不可或缺的关键部件。
本文将就电流互感器在智能电网中电力功率分析与计算中的应用进行研究。
电流互感器是一种用于测量电流并将其转换为电压信号的传感器，常用于电力系统中的电能测量、保护和控制等方面。
在智能电网中，电流互感器的应用极为广泛，其中最重要的应用之一就是电力功率分析与计算。
首先，电流互感器在电力功率分析中扮演着重要的角色。
在智能电网中，电力功率的精确分析是实现电网优化运行的关键。
电流互感器通过测量传输线上的电流，可以获取电网中各个节点的电流数据。
这些数据可以用于计算负荷功率、发电功率和输电功率等关键参数。
同时，电流互感器还可以用于监测电网的电压波形，从而帮助判断电网的稳定性和电力质量。
其次，电流互感器在电力功率计算中也具有重要的功能。
电力功率计算是智能电网中必不可少的任务之一，用于监测和控制电网中的电力流动。
电流互感器通过提供精确的电流测量数据，为电力功率计算提供了实时的参数。
借助电流互感器提供的数据，智能电网可以准确地计算各个节点的功率分布情况，从而为电力系统的运行和调控提供决策依据。
进一步，电流互感器还可以应用于电力功率的异常检测与故障诊断。
智能电网中，电力系统的异常和故障是无法避免的。
通过与其他传感器数据的融合，电流互感器可以进行故障电流的检测和诊断。
当电力系统发生故障时，电流互感器可以快速响应并传回故障电流的数据，从而实现对故障的及时定位和调度。
在实际应用中，电流互感器的可靠性和精确性是电力功率分析与计算中的关键要素。
为了确保电流互感器的准确性，需要进行定期的标定和校验。
此外，电流互感器的安装位置和参数设置也对其测量和计算的结果有着重要影响。
因此，在智能电网中应用电流互感器时，需要仔细选择和设计电流互感器的安装位置，并根据实际情况调整互感器的参数设置，以达到最佳的测量效果。
电流互感器在智能电网中电网配电与用电中的应用研究
电流互感器在智能电网中电网配电与用电中的应用研究随着智能电网的发展，电力系统的配电与用电水平也得到了显著提高。
而在这个过程中，电流互感器作为智能电网中重要的组成部分，发挥着极为关键的作用。
本文将重点研究电流互感器在智能电网中电网配电与用电中的应用。
电流互感器是一种用于测量和监测电流的装置，通常由一个铁芯和线圈组成。
它的主要作用是将高电流变换为低电流，以便于检测和测量。
在智能电网中，电流互感器起到收集电网数据的作用，提供给智能电网系统进行监测和控制。
在电网配电方面，电流互感器能够实时监测电流的变化情况。
通过电流互感器的信息，智能电网系统可以对电流进行实时监控，提供准确的电流数据以便更好地控制电网的负载情况。
通过电流互感器的数据，智能电网可以根据实时的电网状态进行精确的电能分配，实现电网负载的均衡和优化。
此外，电流互感器还可用于检测和监控电网中的电缆温度，并提供实时报警，以保障电网的安全运行。
在用电方面，电流互感器的应用也非常重要。
通过电流互感器，智能电网可以实时监测用户的用电情况，分析用户的用电习惯和用电需求。
通过对电流互感器数据的分析，智能电网可以为用户提供个性化的用电方案，使用户能够更加智能地使用电能资源。
同时，电流互感器可以实现对电网中各个终端的用电情况进行监控，及时预测和识别电网中的用电故障，提供给维护人员修复，保证用电的连续性和稳定性。
除此之外，电流互感器还可以对非法用电行为进行监测和识别，提高电网的安全性和防护能力。
为了提高电流互感器在智能电网中的应用效果，还需要解决一些技术问题。
首先，电流互感器需要具备较高的精度和准确性，以确保电流数据的准确度。
其次，电流互感器的通讯能力和数据处理能力也需要加强，以满足智能电网系统对数据传输和处理的要求。
此外，电流互感器还需要增强自我检测和维护的能力，以提高设备的可靠性和使用寿命。
在总结上述内容之后，可以得出一些结论：电流互感器在智能电网中电网配电与用电中的应用是十分重要的。
电子式高压电力互感器在电力系统中的运用
电子式高压电力互感器在电力系统中的运用摘要：随着国家电力系统的发展，早就朝着数字化方向迈进，与此同时传统电力互感器早就以后你为一些原因而不能适应时代需求。
电子式高压电力互感器早就将传统的电磁式互感器替代，发展为当前适应时代需求的机器之一。
在此基础上，本文探究电子式高压电力互感器应用在电力系统。
关键词：高压电力互感器；电力系统；电力工程引言：我国国民经济的发展让电力系统在传送容量上逐渐扩大，也让电压等级发展日渐提高。
现如今，我国电压最高等级是1000KV，可以预料到在之后的发展里也会不限于此等级，实现整个电力行业又好又快发展。
同时，广泛应用电子式高压电力互感器必要性明显。
一、电子互感器的概述电力系统的发展让发电、输变电等在容量上有所强化。
想要尽可能减少变电站自身的占地面积、建设空间，显著提升电力系统其自动化程度，当前设计的电流互感器需要智能、数字等一体化发展，同时也需要满足光纤化要求。
对于如今电力系统的发展可以预见的是，电子式电流互感器肯定会成为其代表，能够合乎智能、数字化、一体化等要求。
针对电力系统的安全运行、成本管控探究中，对高压电、大电流等强化精确度测量意义明显。
也就是说，对于诸多电压和电流值的精确测量实际是电力系统完成安全运行探究的前提。
电力互感器更多涵盖了电压互感器、电流互感器等内容，它会在整个电力系统里担负起电能核算、取得继电保障信息等关键性智能。
不过在当前条件之上，发电、输变电容量等始终都在增加，电网电压也在显著提升，如此就会对电流、电压互感器在职能和能效等方面要求更多。
传统电磁式电力互感器因为本身的不足，早就难以满足当前电力系统的需求，比如电磁式店里互感器本身绝缘设置较为繁杂，体积也很大，不易于安装、管控等，此外造价很高，尤其是超高压电力系统里应用的时候，能够充分满足较大短路容量的动、热等稳定性要求，如此就让电磁式电力互感器一定会被新式互感器所替换；传统互感器在进行稳态电流实施测量的时候，呈现出的线性度特性极为稳定。
非晶合金电流互感器在电力系统测量中的应用研究
非晶合金电流互感器在电力系统测量中的应用研究一、引言电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施，它承载着人们生活、工业生产和社会运行的重要能源。
在电力系统运行过程中，电流的测量是至关重要的，而电流互感器作为实现电流测量的重要设备，在电力系统中起着不可替代的作用。
二、电流互感器的基本原理电流互感器是一种将大电流变换成小电流的设备，其基本原理是利用磁通的感应作用。
当交流电通过互感器绕组时，产生的磁通会穿过互感器的铁芯，从而感应出副绕组中的电流。
根据此原理，电流互感器可以将高电流变换成低电流，从而方便测量和保护设备。
三、传统电流互感器的缺陷传统电流互感器中常使用铁芯作为磁通的导向材料，但铁芯对于高频信号的传输会有较大的损耗，导致测量精度下降。
此外，传统电流互感器体积庞大，重量较重，不便于安装和维护。
四、非晶合金电流互感器的优势非晶合金电流互感器利用非晶合金材料作为铁芯材料，较好地解决了传统电流互感器存在的问题。
非晶合金具有低磁滞、低损耗和高饱和磁感应强度等优点，能够有效地提高测量精度。
此外，非晶合金电流互感器具有体积小、重量轻、灵活安装等特点，方便了设备的安装和使用。
五、非晶合金电流互感器的应用案例1. 电力系统中的测量非晶合金电流互感器广泛应用于电力系统的电流测量中。
通过测量电流的大小和波形，可以判断电网的运行状态，并对电力设备进行保护。
非晶合金电流互感器的高精度和低损耗，使得电力系统的测量更加可靠和准确。
2. 新能源领域的应用随着新能源的快速发展，非晶合金电流互感器在风力发电和太阳能发电等领域的应用也逐渐增多。
通过对新能源装置的电流测量，可以更好地控制和管理新能源系统，实现最大效益。
3. 工业生产中的应用非晶合金电流互感器还广泛应用于工业生产过程中的电流测量。
例如，在电焊机、电力电子设备和工业控制系统中，通过使用非晶合金电流互感器，可以对电流进行准确测量，保证工业生产的稳定运行。
六、非晶合金电流互感器的未来发展当前，非晶合金电流互感器在电力系统中的应用已经得到了广泛认可。
10KV_35KV互感器的性能试验及电磁兼容性研究
10KV_35KV互感器的性能试验及电磁兼容性研究摘要：本文在分析总结电子式电压/电流互感器现有技术和发展趋势的基础上，针对所使用的中压等级的场合，确定了以电阻分压器的原理测量电压和Rogowski线圈原理测量电流的电子式电压/电流互感器为研究对象，并完成了如下工作：选择了一种适合于中压电网测量且性能稳定的高压高阻型厚膜电阻器，从理论上分析了电阻分压器测量误差的来源，进行了相应的屏蔽设计,并制作了10kV和35kV互感器样机。
关键词：电子式互感器，电阻分压器，屏蔽引言 ............................................................................................................... 错误！未定义书签。
第一章电磁式互感器工作原理及其弊端 (2)1.1 电磁式互感器的工作原理 (2)1.2 电磁式互感器的弊端 (3)第二章电阻式电压互感器的性能试验 (4)2.1 主要技术参数和试验依据 (4)2.2 试验的实施与结果 (4)2.3 试验结论分析 (6)第三章电磁兼容性设计 (6)3.1 电路板的抗干扰措施 (6)3.2 屏蔽 (7)3.3 电源抗干扰措施 (7)总结 (8)参考文献 (8)引言目前电力系统多采用传统的电磁感应式电流互感器、电压互感器和电容式电压互感器实现对电压、电流信号的测量。
电磁式互感器基于电磁感应原理工作，从1830年法拉第发现电磁感应定律，1882年第一台互感器设计出来以后，电磁式互感器经历了一百多年的发展，从铁心材料、制作工艺的不断改进，到为提高测量的准确度而采取的各种补偿措施，电磁式电压互感器已经发展到相当成熟的阶段。
电磁式互感器具有在线性范围内测量准确度高、制造工艺成熟、试验校验规范、有国家标准可以依据等优势，在很长的时间内适应了电力系统测量要求。
但是电磁式互感器受其传感机理的限制，某些性能仍然无法令人满意，主要存在的问题如下：体积大、动态范围小、使用频带窄，电磁式电压互感器存在铁磁谐振，二次侧不能短路，电流互感器在很大的短路电流下磁饱和，二次侧不能开路，采用变压器油绝缘的互感器还存在爆炸危险。
电子式互感器的原理与比较
电子知识随着光纤传感技术、光纤通信技术的飞速发展，光电技术在电力系统中的应用越来越广泛。
电子式互感器就是其中之一。
电子式互感器具有体积小、重量轻、频带响应宽、无饱和现象、抗电磁干扰性能佳、无油化结构、绝缘可靠、便于向数字化、微机化发展等诸多优点，将在数字化变电站中广泛应用。
电子式互感器的诞生是互感器传感准确化、传输光纤化和输出数字化发展趋势的必然结果。
电子式互感器是数字变电站的关键装备之一。
传感方法对电子式互感器的结构体系有很大影响。
光学原理的电子式互感器结构体系简单，是无源的电子式互感器。
电磁测量原理的电子式互感器是有源电子式互感器。
1电子互感器的优点1.1高低压完全隔离，安全性高，具有优良的绝缘性能，不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁谐振等问题电磁式互感器的被测信号与二次线圈之间通过铁芯耦合，绝缘结构复杂，其造价随电压等级呈指数关系上升。
非常规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。
非常规互感器利用光缆而不是电缆作为信号传输工具，实现了高低压的彻底隔离，不存在电压互感器二次回路短路或电流互感器二次回路开路给设备和人身造成的危害，安全性和可靠性大大提高。
电磁式互感器由于使用了铁芯，不可避免地存在磁饱和及铁磁谐振等问题。
非常规互感器在原理上与传统互感器有着本质的区别，一般不用铁芯做磁耦合，因此消除了磁饱和及铁磁谐振现象，从而使互感器运行暂态响应好、稳定性好，保证了系统运行的高可靠性。
1.2抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压危险电磁式电流互感器二次回路不能开路，低压侧存在开路危险。
非常规互感器的高压侧和低压侧之间只存在光纤联系，信号通过光纤传输，高压回路与二次回路在电气上完全隔离，互感器具有较好的抗电磁干扰能力，低压侧无开路引起的高电压危险。
1.3动态范围大，测量精度高，频率响应范围宽电网正常运行时电流互感器流过的电流不大，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。
2023年国家电网招聘之电工类通关考试题库带答案解析
2023年国家电网招聘之电工类通关考试题库带答案解析单选题（共50题）1、三绕组降压型变压器，（）绕组间漏阻抗最大。
A.高-中B.高-低C.中-低D.都一样【答案】 B2、断续电弧接地过电压的发展过程和幅值大小都与（）有关。
A.熄弧时间B.燃弧时间C.合闸时间D.分闸时间【答案】 A3、导体的电阻是导体本身的一种性质，以下说法错误的是( )。
A.和导体截面积有关B.和导体长度有关C.和环境温度无关D.和材料性质有关【答案】 C4、变压器比率制动差动保护设置制动线圈的主要原因是（）A.为了躲励磁涌流B.为了在内部故障时提高保护的可靠性C.为了在区外故障时提高保护的安全性D.以上都不对【答案】 C5、定时限过电流保护的动作电流应大于（）A.线路的最大负载电流B.被保护线路末端短路时的最大短路电流C.相邻下一线路末端短路时的最大短路电流D.相邻下一线路末端短路时的最小短路电流【答案】 A6、变电所增加一台中性点直接接地的变压器时，在变电所母线上发生三相故障时，变电所出线的正序电流（）。
A.变大B.变小C.不变D.不确定【答案】 C7、电网络分析中，用回路电流法列写方程时，用到的矩阵形式的 KVL 方程是（）A.[ Bf][Vb]=OB.[Vb]= [AT J[Vn]C.C [lb]=[ B/] [11]D.[Vb]= [Q/ ][Vt]【答案】 A8、导纳型参数方程可用于（）故障A.串联-串联型故障B.并联-并联型故障C.串联-并联型故障D.并联-串联型故障【答案】 B9、在任何情况下，自动重合闸的动作次数应（）。
A.自动重合一次B.自动重合二次C.符合规定的次数D.自动重合三次【答案】 C10、在功率因素为（）的时候，在相同截面和绝缘水平条件下，两根直流和三根交流输送的功率是相等的。
A.0.8B.0.85C.0.90D.0.95【答案】 D11、潮流计算问题中，造成其基本方程式组呈非线性的根本原因（）A.采用节点功率作为节点注入量B.采用节点电流作为节点注入量C.采用节点电压作为节点注入量D.采用节点有功功率作为节点注入量【答案】 A12、高温热泵，供热温度应大于（）℃。
电流互感器在电力系统保护装置中的应用研究
电流互感器在电力系统保护装置中的应用研究电力系统保护装置是电力系统中非常重要的一部分，它负责对系统中出现的异常情况进行监测和保护。
电流互感器作为电力系统保护装置中的关键元件之一，发挥着不可替代的作用。
本文将对电流互感器在电力系统保护装置中的应用进行研究和探讨。
首先，我们需要了解电流互感器的基本原理和工作机制。
电流互感器是一种能够把大电流变换成小电流的装置，其基本原理是根据法拉第电磁感应定律，在互感线圈中产生次级电流。
通过将大电流通过一根穿过互感线圈的导线，利用线圈中的电磁感应效应，产生次级电流。
这样就可以将大电流变换为小电流，以便保护装置进行检测和分析。
在电力系统保护装置中，电流互感器主要用于测量和监测系统中的电流。
通过将电流互感器连接到系统中的电路中，可以准确地测量电流的变化情况。
这对于保护装置来说非常重要，因为保护装置需要根据电流的大小和变化情况来判断系统是否存在异常，并采取相应的保护措施。
电流互感器在电力系统保护装置中的应用主要有三个方面。
第一，电流互感器用于故障检测和保护。
在电力系统中，有时会出现电流过载、短路等故障情况。
电流互感器可以通过测量电流的大小和波形来判断系统是否存在故障。
一旦检测到故障，保护装置将及时采取措施，切断故障电路，以防止故障扩大和对系统造成更大的损害。
第二，电流互感器用于实时监测电流负荷。
在电力系统中，电流负荷的大小和变化情况与系统的稳定运行密切相关。
通过电流互感器对电流的测量和监测，可以及时了解电流负荷的情况，并根据需要调整系统运行参数，以确保系统的稳定性和安全性。
第三，电流互感器用于电能计量。
在电力系统中，电能计量是对系统中消耗的电能进行准确计量的过程。
通过电流互感器对电流的测量，可以计算出电能的消耗量，并进行相应的计费。
这对于电力公司和用户来说非常重要，可以确保电能使用的公正和准确。
除了以上的应用，电流互感器还可以用于电力系统的故障分析和故障定位。
通过对电流的测量和分析，可以找出系统中存在的故障位置，并采取相应的修复措施。
电子式互感器可靠性检测关键技术及工程应用研究
电子式互感器可靠性检测关键技术及工程应用研究在我国社会经济高速发展的背景下，我国社会经济高速发展，对电力需求全面提高，对我国电力系统的要求也在不断提升，当前我国电子设备逐渐朝向小型化智能化发展，通过对互感器的性能进行全面检测。
要进一步提高电力系统运行故障的保障效率，要想对电力系统进行不断强化，就必须增强电子互感器的整体运行质量，确保电子互感器的性能得到有效升级。
针对电力系统中电子互感器的具体性能进行检测，必须要采取快速点检测手段，通过综合检测的方式，全面確保电力系统安全运行。
标签：电子式互感器;可靠性检测;关键技术;工程应用0 引言近年来电力系统管理已经逐渐成为社会关注的热点问题，通过电子互感器检测，可以确保电力系统运行的整体质量，为社会经济发展作出重要贡献。
必须要重点针对电子互感器的可靠性检测关键技术进行分析，保证电子互感器充分发挥应有的作用，维护电力系统的安全稳定。
1运行电子互感器性能检测的主要内容1.1检测的准确度为了提升电子互感器实际运行的整体效果，必须要对额定电流在10分钟之内的开合误差进行合理检测。
一般的额定电流会在5%～8%两个数值设置。
通过检测时将控制误差降至最低，最大值或最小值的一半能够增强电子负电流互感器的准确效果。
在磁场环境下，要想保证检测数值更加精确，就必须合理设置距离。
在检测时要进行特殊的结果判定，确保整个误差检测进行有效控制。
在电子式互感器测量时，如果额定电压设置为100%，则需要对互感器10分钟内的波动范围进行记录。
然后对电子互感器放置在高温或低温箱内部，记录数值的变化情况，帮助电子式互感器的振动和温度补偿性能进行合理控制。
1.2评估可靠性在电子互感器可靠性评估的过程中，需要对双路电源的具体功能进行分析，为了确保实现性能的无缝切换，需要在电流切换值的过程中采取往复波动的形式，保证采集器能够正常运行，而稳定检测必不可少，如果在频繁切换时互感器采集器仍然能够正常工作最为可靠。
电子式互感器的研究进展_罗苏南
图 11 电流测量原理框图
图 10 ABB 研制的 DOIT 表 2 DOIT 的有关技术参数
参数名称 系统电压 (kV) 额定电流 (A) 工作温度 ( ℃) 保护精度 计量精度 (级)
数 据 72～765 50～4 000 - 50～ + 40 5 P (DOCT) / 3 P (DOV T) 0. 5
2 国内外研究进展
下面对 ABB 和 AL STOM 等公司近年来研制的有 代表性的电子式互感器进行简要介绍 。 2 . 1 ABB 公司
目前 ,ABB 公司已研制出多种无源光电式互感器 及有源电子式互感器 ,如磁光电流互感器 ( MOCT Magneto2Optic Current Transducer) 、电光电压互感器 ( EOV T Elect ro2Optic Voltage Transducer) 、组合式光 学测量单元 (OMU Optical Metering Unit) 、数字光学 仪用互感器 (DO IT Digital Optical Inst rument Trans2 former) 等 。其电子式互感器已在插接式智能组合电 器 ( PASS) 、SF6 气 体 绝 缘 开 关 ( GIS) 、高 压 直 流 ( HVDC) 及中低压开关柜中得到应用 。 2. 1. 1 组合式光学测量单元
2 . 3 国内研究情况 目前我国有清华大学 、电力科学研究院 、武汉高压
研究所 、华中科技大学 、上海互感器厂 、沈阳变压器制 造有限公司 、顺德特种变压器厂 、西安高压开关厂及南 瑞继保电气有限公司等单位在从事电子式互感器的研 制工作 ,且已有多种样机研制出来 ,但绝大多数仅限于 实验室阶段 ,还没有实用化产品投入运行 。我国的电 子式互感器的研究还处于跟踪国外大公司 (如 ABB 、 AL STOM 等公司) 的水平 。前几年 ,国内各单位的研 究重点主要是无源光电式互感器 ,如华中科技大学 1998 年曾研制出 110 kV 光学电流 、电压互感器 ,并在 广东新会挂网试运行 。近年来 ,由于有源电子式互感 器的技术较为成熟 ,且便于工业化生产 ,国内多家研制 单位已开始注重有源电子式互感器的研究 ,如南瑞继 保电气有限公司已研制出可用于 110 kV 及 220 kV GIS 的有源电子式电流互感器 ,实验表明在 ( - 40～ + 40) ℃范围内 ,其计量精度达到 0. 2 级 。
电流互感器两种常用模型的电磁暂态仿真研究_孙明洁
浙江理工大学学报,第24卷,第2期,2007年3月Journa l of Zhe ji a ng Sc-i Tech UniversityV o.l24,No.2,M ar.2007文章编号:1673-3851(2007)02-0190-05电流互感器两种常用模型的电磁暂态仿真研究孙明洁,徐 政(浙江大学电机系,杭州310027)摘 要:介绍了目前国际上用于电力系统电磁暂态仿真的两种电流互感器模型 Lucas模型和J-A模型。
描述了这两种电流互感器模型的理论背景,并通过电磁暂态仿真,对一次电流变化时两种模型的响应特性进行了比较,说明了这两种模型的特点,对其适用条件给出了一些建议。
关键词:电流互感器;Lucas模型;J-A模型;电磁暂态仿真;响应特性中图分类号:TM452 文献标识码:A0 引 言电流互感器是电力系统中用于继电保护和电测量的重要设备,其饱和后和有剩磁时的运行特性将使注入继保装置的电流发生波形畸变,对电力系统的安全、稳定和经济运行有着重要影响。
为了保证继电保护装置动作的可靠性和测量的精确性,需要对电流互感器的响应特性进行较为精确的仿真研究。
目前在电力系统中得到广泛使用的是电磁式电流互感器,该类型电流互感器通过铁心内的主磁场建立一次侧与二次侧之间的电磁联系[1]。
因而建立电流互感器模型的关键是对铁心动态磁化过程进行数学描述。
现用于电力系统电磁暂态仿真软件的电流互感器模型可分为4类[2~6]:a)完全基于基本磁化特性的静态模型;b)基于动态磁化特性的动态模型;c)基于非线性等效电路的Lucas模型;d)基于Jiles-A therton铁磁材料的现象学理论[7]的J-A模型。
大量仿真研究表明:模型a简单和直观,但饱和点的时间与实际情况有较大的偏差,只适用于饱和的定性分析;模型b具有较好的时域特性,但在谐波和衰减直流分量较大的情况下,仿真结果误差较大;而Lucas 模型和J-A模型仿真精度较高,具有较好的时频特性,与测量波形较为吻合[3,7~9],能够较好地反映电流互感器的饱和特性。
电流互感器大电流饱和测试技术研究
电流互感器大电流饱和测试技术研究张小庆;张宜阳;薛建;左宝峰;雷阳;朱大锐;张文超【摘要】电流互感器是电力系统中重要的采样装置,其饱和特性直接影响电网的安全稳定.本文通过小电流测试,推导CT的临界饱和电流;并根据运行CT的工况条件,设计稳态、暂态大电流测试;暂态测试中,通过叠加衰减直流分量和设计重合闸的过程,模拟CT在极限峰值电流和极限剩磁水平条件下的暂态传变特性.以某区域电网为例,设计的电流互感器串联测试系统提高了测试效率,所得结论将为CT饱和特性评估和差动保护动作分析提供有力支撑.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2016(032)007【总页数】7页(P58-64)【关键词】电流互感器;饱和测试方案;临界饱和电流;稳态测试;暂态测试【作者】张小庆;张宜阳;薛建;左宝峰;雷阳;朱大锐;张文超【作者单位】国网陕西省电力公司电力科学研究院,陕西西安710054;国网陕西省电力公司电力科学研究院,陕西西安710054;国网陕西省电力公司电力科学研究院,陕西西安710054;国网陕西省电力公司电力科学研究院,陕西西安710054;西安理工大学,陕西西安710048;西安理工大学,陕西西安710048;西安理工大学,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TM53电流互感器是电力系统中传变电流信号的重要元件，其可靠工作对电力系统的安全、稳定至关重要［1］。
目前，电网中运行的电流互感器大多安装于10年前，当时系统容量较小，短路电流水平相对也较低；同时，电磁式继电保护的保护动作时间较长。
因此，保护用CT的稳态响应受到重点关注，作为衡量其一、二次传变特性的重要指标。
近年来，随着电网规模增加，系统短路电流水平不断攀升，经核算，某地的110 kV系统短路电流水平已达40 kA，330 kV系统也达到48 kA。
同时，微机保护的应用几乎覆盖全网，其动作速度加快，在一次系统故障后1～1.5个周波完成故障判断并动作，因此，CT的暂态响应特性事实上对保护的动作性能起决定作用［2-4］。
电力系统暂态大电流测量用电子互感器研究
Ｌ ｎ ｉｎ Ｗ ａ ｇ Ｄｅ ｕ Ｙａ ｇ Ｌｉ ｕ Ｘｉ ｑ ｏ ｇ ｎ ｙ ｎ ｌ ｉ （ ｙ Ｌ ｂｏ ａ ｕ ｅ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｔｕ ｎ ａ ｉ ｆ ｂ ｉ ｒ ｖｎ ｅ Ｙａ ｓ ａ ｉｅ ｓ ｙ Ｑｉｈ ａ ｇ ａ ６ ０ ４ Ｌ Ｋｅ ａ ｆＭｅ ｓ ｒｍｅ ｔ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ ｔ ｎ ｏ ｏ Ｈｅ ｅ Ｐ ｏ ｉ ｃ ， ｎ ｈ ｎ Ｕｎｖ ｒｉ ， ｎ ｕ ｎ ｄ ｏ ０ ６ ０ ； ｔ ２ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅｔｉａ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉｇ Ｙａ ｓ ａ ｉｅｓｔ ， ｎ ｕ ｎ ｄ ｏ ０ ６ ０ ） ． ｏ ｌ ｅｏ ｃｒ ｌ ｎ ｉｅ ｒ ， ｎ ｈ ｎＵｎｖ ｒ ｉ Ｑｉ ｈ ａ ｇ ａ ６ ０ ４ ｅ Ｅｌ ｃ ｎ ｙ
ｗ ｉ ｅｉｎ ｄ ｕ ｄ ｒｂ ｎ － ｄ ｈ ｏ Ｈｚ ２ ８ ｈｃ ｉ ｄ ｓ ｅ ｎ ｅ ａ ｄｗｉｔ ｆ１ ～ ． ＭＨｚａ ｄ ｓ ｎ ｉ ｖｔ ｆ２ ｈＳ ｇ ｎ ｅ ｓｔ ｉ ｏ ｍＶ／ ｉ ｙ Ａ Ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ Ｉ ｓｖ ｒ ｙ ｔ ｅ ｘ ｅｉ ｔｗ ｖ ｆ Ｔ ｅ ｉ ｈ ｍｅ ｏ ｎ ｆ ｔ ｎ ｄ ｃ ｒ ｐ ｒｔｓｗｉ ｏｈ ａｇ ｉ ｃ ｒｅ ｔ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ａ ｓ ｎ ｕ ｒｎ ｆ ５ Ａ／ ｓｄ／ ｔ ｒ ｓ ｕ ｅ ｅａ ｅ ｔ ｂ ｔ ｒ ｕ ｒｎ ｓ ｒｍｅ ｔ ｄａｔ ｎ ｉ ｔ ｒｅ ｔ ０ ｆ ｉ ． ａ ｏ ｈ ｄ ｍｅ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ２ 』 ｄ
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《电子测量技术》2010年总目次
郑 伟 郭
田 书林
付 明 ２ ２ ） （ ９ 郑 志伟 ２ ３ ） （ ２
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数 字 式标 准 磁 场 发 生 器 的设 计 与 实 现
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邓 维 川 程 木 海 杨瑞强 蔡跃荣
闪 电 ＶＨＦ辐射 相 位 干 涉 测 向 系统 的数 字 化 实现
… … … … … … … … …
北 斗 二代 卫 星 导 航 系统 全 球 可 用性 分 析
高 阶 开关 电容 滤 波器 的设 计 和仿 真
… … … … … … … … …
紫外 光 通 信 巾 多 脉 冲 Ｐ Ｍ 凋 制 的 性 能 分 析 Ｐ
… … … … … … … …
Ｘ 波段 圆极 化 天 线 的设 计 与 实 验
… … … … … … … … …
尚金 萍
王
王 佑 贞 王平 连 林
基 于 零相 位数 字 滤 波 器 的边 界 问题 的 分 析
… … … … … … … … …
高 精 度 Ｒ ／ 码 脉 宽控 制 电路 设 计 Ｚ Ｒ１
… … … … … … … … …
尚 秀辉 赵 闻蕾
杨
郭爱煌 王华音
敏 刘 田 宇
李广宇 ４２） （ ５ 邹积岩 ４２） （ ８
浩 ， ４３） 等 （ ２ 郭 城 ４ ３） （ ５ 邢 燕 ５ １ （）
吴 冬 燕 ３ ９ （）
李 宏 召 陈 国平 刘颖玮 屈义萍 建 赵
张
方 ， １ １ 等 （） 朱 砂 １ ４ （）
远 程 能 源 计 量 信 息管 理 系 统 的 开 发 与 应用
… … … … … … … … … … … … …
电子式电流互感器的原理和应用
５ 绝 缘结 构简 单 ， 次 高 压 与二 次 设 备 通 过 光 ） 一 纤连 接 ， 电磁式 互感 器 的绝缘 问题 ； 无 ６ 体 积小 、 量轻 、 价 低 ， ） 重 造 随着 电压 等 级 的 升
高这 些优 势更 加 明显 ； ７ ）二次 侧可 直 接 输 出数 字 信 号 与其 他智 能 电
和 Ｉ Ｃ６ ０ ４— Ｅ ０ ４ ８电子 式 电流互 感器 标 准 ， 电子 式 对
有 源 电子 式 电流互 感 器主要 有低 功耗 铁 芯线 圈 和 Ｒ ｇｗ ｋ 线圈原 理 两种 。 ｏｏ ｓｉ
２ １ 低 功 耗 铁 芯 线 圈 ．
互感 器 的特点 、 能 指标 和检 定原 则进 行 了规 范 。 性 目前 ， 电子 式 电流互 感 器 主要 采 用 Ｒ ｇｗ ｋ 线 ｏｏ ｓｉ 圈、 光学装 置或传 统 电流 互 感 器 等 方 式 实 现 一次 电
与传统 电磁式 互感 器 相 比。电子式 互 感器 主要 有 以下特点 ：
１ 电子 式 互 感 器 可从 实 现 原 理 上 根 本 地 避 免 ）
２ ２ １ 基 本原 理 ．． Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈为拆 绕 在非铁 磁材 料上 的空 心 线 ｏｏ ｓｉ 圈 。如 图 ２所示 。
磁路 饱 和、 铁磁谐 振 等问 题 ， 高 采集精 度 ； 提
４ 二 次侧 信号 通 过 光纤 传 输 ， 有 电缆 传 输 方 ） 没
式 的 电磁干扰 问题 ；．
部分 ， 的测量 精度 和 运 行 稳 定 性 直 接 影 响 到 变 电 它 站乃至 电网 的安 全稳 定 运 行 。 目前 ， 中 国 电力 系 在 统 中， 已经有不 同原 理 的 电 子式 互 感 器 在 不 同的 电
电力系统暂态过电压测量技术综述
电力系统暂态过电压测量技术综述发布时间：2021-12-31T06:42:33.316Z 来源：《电力设备》2021年第11期作者：孙韦[导读] 暂态过电压是破坏设备绝缘、造成电力系统严重故障，威胁电力系统安全运行的重要因素。
（陕西三恒电子科技有限公司陕西省西安市 710000）摘要：近年来，我国的现代化建设的发展迅速，电力工程建设也有了很大的提高。
电力系统暂态保护装置一般利用故障产生的高额信号实施信号检测，以明确系统中的故障问题，其运动速度一般相对较快，且难以受到系统运行方式的影响，通常难以借助解析式的方式表征系统的保护原理，也无法实现精准化分析。
采取人工智能技术手段，可以针对无法表述的知识进行高效的分析处理，为实现暂态保护提供充足的分析工具。
关键词：电力系统；暂态过电压；测量技术综述引言暂态过电压是破坏设备绝缘、造成电力系统严重故障，威胁电力系统安全运行的重要因素。
因此，设法对暂态过电压进行准确测量尤为重要。
文章较全面地梳理归纳了现有的各种暂态过电压测量技术，并按照相应传感器的工作原理，将其划分为接触式测量和非接触式测量技术；并具体就分压器、套管末屏、GIS传感器、电场传感器和光学传感器等方面，总结了各种暂态过电压测量技术的原理、优缺点及适用范围。
1人工智能应用于暂态问题的合理性1.1电力系统深度信息化在智能电网建设背景之下，电力系统之中融合了更多与通信、量测和外部系统相关的电力物理信息系统。
同时，信息的时间、种类及结构等尺寸也表现出多样化发展的趋势，以海量信息为支撑，可以为暂态问题研究提供充足的数据支撑。
此外，随着数据量的激增，可以相应推动人们暂态问题研究思维模式的优化和转变。
以往所采用的以因果逻辑为依托的信息分析处理方法已经难以充分适应高维异构的多元信息计算需求。
此外，利用AI技术可以发挥良好的数据处理和信息挖掘优势，以充分展现多元信息的价值。
1.2暂态稳定机理复杂化在电力系统之中纳入新能源、特高压直流输电和变频器负荷等多类电力电子化元素，可以切实提升暂态问题研究对象的复杂化程度。
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研究与设计 电 子 测 量 技 术 EL ECTRON IC M EASU REM EN T TECHNOLO GY第33卷第1期2010年1月 电力系统暂态大电流测量用电子互感器研究鲁信琼1 王德玉2 杨莉莉1(1.燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室 秦皇岛 066004;2.燕山大学电气工程学院 秦皇岛 066004)摘 要:本文研究了电力系统中用于暂态大电流测量的Rogowski线圈电流传感器传感头的频率特性,分析了不同终端电阻值的选取对线圈测量带宽的影响,在此基础上设计一种将无源外积分、有源外积分相结合的复合式积分信号处理电路,论述了复合式外积分器能够在保证传感器具有合适灵敏度的前提下,将传感器的工作频带由低频提高到线圈的谐振频率附近;最后,文中以自制的灵敏度为2mV/A的复合式外积分罗氏线圈为例,给出参数设计过程和实验波形,对50Hz电网电流与250A/μs上升沿的脉冲电流的准确检测验证了该信号处理电路较其他外积分电路可工作在更宽的测量范围。
关键词:罗氏线圈;暂态电流;阻尼;复合式外积分;带宽中图分类号:TM836 文献标识码:A R esearch of wide2bandwidth rogowski coil integrator used ingrid transient current measurementL u Xinqiong Wang Deyu Yang Lili(1.Key Lab of Measurement Technology and Instrumentation of Hebei Province,Yanshan University,Qinhuangdao066004;2.College of Electrical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao066004)Abstract:In this paper,high f requency behavior for a Rogowski coil is analyzed.Considering the model of the coil frequency response,a novel compound integration circuit is described in this paper which is consisted of passive RC integration and active RC integration.This compound integrator improvements the measurement upper f requency limit of transducer across coil natural f requency.A coil of100wound number is constructed using compound integrator which is designed under band2width of1Hz～2.8M Hz and sensitivity of2mV/A.Experiment waveforms verify the transducer operates with both a grid current measurement and a transient current of250A/μs di/dt.K eyw ords:Rogowski coil transducer;transient current;damping ratio;compound integrator;measuring bandwidth0 引 言Rogowski(简称罗氏)线圈是一种特殊结构的空气芯线圈脉冲电流检测工具,由于具有测量电流脉冲幅值大、频带宽、无磁芯饱和现象、输出信号隔离以及插入损耗小等特点,在电力系统故障情况下的瞬态大电流检测应用领域备受关注。
电网中的暂态电流包含了大量的故障信息,同时对仪器的测量带宽也提出了较高要求;具有合适灵敏度范围,且能够覆盖从工频到兆赫兹高频信号的大带宽检测设备会较完整的复现故障电流,这对电力系统的故障诊断和预防具有重要意义。
传统罗氏线圈的研究按照不同取样电阻下传感头输出信号所具有的特征分为自积分和外积分形式。
自积分式线圈的传感头输出电压与被测电流成比例关系,通常用于测量兆赫兹以上的高频高幅值脉冲大电流[1]。
外积分式线圈传感头的输出电压是被测电流的微分,因此需要外部附加信号处理电路对被测信号进行还原。
常用的信号处理电路有无源RC外积分电路[2]、由运算放大器构成的有源外积分电路[3],以及数字积分电路等[4]。
与自积分式线圈相比,外积分式罗氏线圈更适于测量兆赫兹以下频率的脉冲电流[5]。
目前对外积分式罗氏线圈的研究多集中在频带的拓展方面[6]。
本文在分析传感头高频特性的基础上通过对终端电阻值的选取调整线圈的阻尼率,给出了不同阻尼率对传感头传输带宽的影响;并给出了一种复合式外积分电路的设计过程,复合式外积分电路能够在保证传感器灵敏度的前提下将测量带宽从低频扩展到线圈的自然谐振频率附近。
1 罗氏线圈传感头的频率特性罗氏线圈的测量原理是:当均匀绕在非磁性骨架上的 鲁信琼等:电力系统暂态大电流测量用电子互感器研究第1期线圈中间流过电流I 时,线圈上感生的电压ε正比于所穿过电流的变化率:图1 罗氏线圈传感头结构原理图ε=μ0N A ld Id t=Md Id t(1)式中:I 为被测电流;ε为感生电压;μ0为空气相对磁导率;N 为绕线匝数;A 为线圈截面积;M 为线圈低频(典型10k Hz )互感;l 为线圈等效周长。
Cooper.J 在1963发表的文献[7]中指出:在高频条件下,当被测电流处于环形线圈中心对称位置,且无外部电流干扰情况下,传感头传递函数为:U tε=R tR t ψcot hψ+r +j ωL (2)式中:U t 为终端电压;R t 为终端电阻;r 为线圈内阻;ψ=(r +j ωL )(G +jωC )。
r 和L 是线圈的电阻和自感。
C 和G 分别是传感头终端电容和导纳。
线圈电感电容公式:L =μ0N 2A/l(3)C =4πε0εr lln (A/a )(4)式中:εr 为骨架芯相对介电常数;a 为绕线匝截面积。
通常r 和G 都小到可以忽略,这种情况下,ψ=j ωL C =j θ,θ=ω/ωo 为线圈在频率为ω时的延迟角,ωo =1/L C 是线圈的自然角频率;由欧拉公式得:ψcot h ψ=θcot θ(5)式(2)此时推导为:U t I =jωM θ(cot θ+j Z o R t)=j ωM ′(6)式中:M ′=Mθ(cot θ+j Z o /R t )为线圈在通频带上的等效互感;Z o =L/C 为线圈特征阻抗。
在θ<π/2条件下,式(6)中的θcot θ从1～0变化,可将θcot θ用1-(2θ/π)2代替[8],从而将传感头输出电压与被测电流间的传递函数化简为式(7),化简后的表达式与图2所示的集总参数电路的传递函数相同:U t I =jωM ω2cs 2+2πZ o 4R tωc s +ω2c(7)图2 传感头等效电路其中:C c =(2/π)2C ;ωc =1/L C c =π2ωo ;选择R t 使线圈具有合适的阻尼ξ=πZ o4R t,可在0<ω<ωc 频段内满足M ′≈M 。
该频段内U t /I =j ωM 为微分环节,此时可用外部积分的方法还原被测电流信号。
但若选择R t <<Z o ,则U t I ≈jωM j ωL R t=R t N为比例环节,这是自积分式线圈的典型表达式。
该式成立的条件是θcot θνωL /R t 因为在0<θ<π/2范围内有0<θcot θ<1,因此自积分适用的频带为ωµR t /L 。
2 终端电阻R t 的选取在0<ω<ωc 频段内,用图2所示的集总参数等效电路来分析线圈的频率特性更为方便直观。
由阻尼率的表达式可见:从所示的传递函数可以看出:选择不同的R t 将决定ξ>1、ξ=1或ξ<1,对应式(7)的极点方程:s 2+2ξωc s +ω2c =0解的情况分别为:两个不同实数根、唯一实数根和两个虚数根3种不同情况。
其中ξ=1时,极点方程的唯一解对应着该环节频谱的转折频率ωr =ωc ,这使外积分的检测方式在最大程度上利用了其上限带宽f c =14L C。
然而,由于f c 处相频特性超前90°,实际应用中被测信号的上限频率通常处于f c 之前,这样才能保证幅值和相角的测量均准确。
当选择R t 使ξ<1时,仍有转折频率ωr =ωc ,但是随着ξ的减小,其幅频特性会在ωc 处产生尖峰,导致外积分段的上限频率处有幅值振荡;然而,由于此时的相频特性获得改善,在接近ξ≤1处的有效频带甚至更高,因此实际中通常在此范围选取外积分的阻尼。
当ξ>1时,传感头的传递函数为:U t I=sM(1+T a s )(1+T b s )(8)该传递函数有两个转折频率:1/T a =ωc (ξ-ξ2-1)和1/T b =ωc (ξ+ξ2-1),其中高频转折频率1/T b 大于ωc ,因此根据上一节的分析已无讨论意义;如图3所示,低频转折频率ωr =1/T a 会随R t 减小而由ωc 向低频移动;小于ωr 的频段内仍用外积分形式处理,而ωr 以上的频段则必须采用自积分的形式。
因此ωr 是外积分频带的上限,也是自积分频带的下限。
可见在线圈(Z o )一定 第33卷电 子 测 量 技 术的情况下,R t 取值越小,外积分上限频率越低,测量带宽也就越低。
图3 传感头整体频率特性本文以自制的100匝矩形骨架线圈为例,研究阻尼率对测量频带的影响,其传感头参数如表1所示。
表1 罗氏线圈传感头参数表匝数骨架内径/mm 骨架外径/mm厚度/mm绕线线径/mm内阻/Ω1008050250.60.9自感L/μH 互感M/n H 寄生电容C/p F特征阻抗Z o /Ω自然角频率ωo /106rad/s上限频率f c M Hz 39390210431112.8利用MA TL AB 仿真,通过设置终端电阻R t 的值调节ξ在0.1、0.707、1.0、1.57、10、100、1000点处变化、相应的传感头频率特性如图4所示;仿真结果验证了以上分析正确。
图4 终端电阻R t 决定的阻尼率ξ对传感头频率特性的影响3 传感头信号的外部处理电路本文设计一种新型运算放大器非倒向端输入的有源与无源积分相复合式的外积分电路,如图5所示,依次包括线圈传感头、无源R 0C 0外积分、有源R 1C 1外积分,以及C h R h 高通滤波器四部分;复合式积分器的幅频特性如图6所示:在ω=1/T 0以上的高频段由无源R 0C 0积分环节实现积分,而有源积分环节表现为单位增益,这样可将传感器高频带宽最大扩展到ωc 附近;在ω=1/T 0以下的低频段,有源R 1C 1积分环节起积分作用,而R 0C 0环节表现为单位增益;在直流附近的低频段由C h R h 高通滤波环节对运放引入的低频噪声进行滤波,其中R h 可以是示波器输入阻抗。