电子式电流互感器设计论文
【摘要】在信息化时代的今天，必须要不断提高电子式电流互感器的质量和可靠性，电子式电流互感器在我们的生活中的应用也越来越广泛，所以需要确保电子式电流互感器的质量和可靠性，确保其在应用过程中能够发挥更好的作用。
前言：在当前电力系统传输容量不断加大，电压等级不断提升的情况下，传统电流互感器的适用性越来越差，使电力系统的发展带来了一定的制约作用。在这种情况下，开发电子式电流互器则具有必然性，由于其通过利用光通信及微电子技术，并采用新型的传感原理，有效的规避了传统电力互感器所存在的不足之处，利用数字信号进行输出，确保了电力系统安全、稳定的运行，不仅实现了成本的节约，而且也实现了对二次设备的优化。目前，数字化变电站的建设也更需要以电子式互感器和光纤通讯网作为其基础。
一 电子式电流互感器的分类
按照是否需要向其高压部分供电，电子式电流互感器可分为有源式电子式电流互感器与无源式电子式电流互感器两大类。其中有源式电子式电流互感器在其高压部分采用新型高饱和电流精密电流互感器或空心线圈（罗氏线圈）作为一次电流传感元件，将电流信息经过数字处理器（DSP）或单片机及相关电子线路处理并转换成光信号后，经光纤传到低压部分（多数在控制室内），再经后续处理形成二次输出的模似或数字信号；无源式ECT在其高压部分采用光学元件（光纤或光学玻璃元件）对一次电流传感后，直接将带有一次电流信息的光
信号经光纤传到低压部分，再经后续处理形成二次输出的模似或数字信号。
这两类电子式电流互感器在工作原理上有根本性的区别：有源型电子式电流互感器仍采用电磁感应作为其一次传感原理；无源型电子式电流互感器则对传统电流互感器进行了根本性的变革，采用磁光效应作为其一次传感原理。由于这种本质上的差别，使得无源型电子式电流互感器具有一系列有源型电子式电流互感器不具备的优点，包括其高压部分因不需要电子线路而具有更加简洁的结构与更可靠耐冲击或浪涌电流的能力与绝缘能力；因其一次传感元件为光学器件，因此不存在铁心的影响而具有更快的响应速度与更宽的响应带宽（有文献报道某无源型电子式电流互感器具有500MHz带宽及纳秒级时延），使其有可能被用做故障录波等其他用途。
二 电子式电流互感器的设计构思
1 基本原理。电子式电流互感器共分四个模块：传感头、光纤传输、信号接收、单元电子式互感器校验仪，而传感头又是由Rogowski线圈、小信号铁芯CT、A/D采样及温度补偿、电能供应四个部分组成。
小信号铁芯CT根据国家标准GB1208—1997对电流互感器的规定，对于测量通道，应保证在小于1.2倍额定电流的情况下能够实现正常测量，误差在规定的范围之内；铁芯采用硅钢片或超微晶合金材料，环形穿心结构，没有气隙、漏磁少。
A/D转换电路是整个传感头的核心部分，它的要求是A/D转换器件功耗小、采样率足够高；线圈输出的电流为正弦波，因此A/D转换
器件要具有双极性输入，串行输出；采用时分复用方式传送下行信号。
高电位侧的电源供应问题现阶段共有四种供电方式：特制CT线圈从母线采电的供能方式；激光供能方式；蓄电池或太阳能电池供能方式；超声电源供能方式。
基于Rogowski线圈的电子式电流互感器主体是一个空心线圈，待测的母线电流从线圈中心流过，在线圈中产生感应电势。由于线圈中没有铁芯，其输出的电压值很小，可以直接输入微机系统，这样就形成了集数据采集、实时处理系统于一体，经由光纤输出数字信号的电子式电流互感器。
2 Rogowski线圈。Rogowski线圈（罗氏线圈）又叫电流测量线圈、微分电流传感器，其利用非铁磁性材料进行环形缠绕，通过电流对时间的微分来对信号进行输出，而且可以对输出的电压信号进行积分，从而实现输入电流的真实还原。而且该线圈可以实时进行电流的测量，能够快速的进行响应，不会有饱和和相位误差的产生。所以可以用于继电保护及一些大电流的场合。
3 其他模块。首先，在进行光纤传输与光纤绝缘子设计时，对于传光光纤需要通过绝缘结构时是允许的，而且要对各种过电压具有较好的耐受性，抗震能力要相当好。同时在进行绝缘设计时需要确保绝缘结构具有小巧、灵活的特点，而且传输上需要采取无线传输。但这种设计也避免不了会存在一定的缺陷，即会存在传输的盲区，而且容易发生故障，不具有独立性。
其次，信号接收机的组成分为四个部分：O/E变换部分（光电转
换）；逻辑控制电路部分 — 提供控制信号；信号接收机的模拟通道 — 数字还原成模拟信号；信号接收机的数字通道 — 将数据采集进计算机。O/E变换部分（光电转换）将传感头传下来的两组信号：一组是数据信号，另一组是时钟信号，转换成电脉冲信号，器件采用PIN光电二极管，同时放大整形电路将微弱的电信号还原成标准的TTL电平信号。器件采用高精度的比较器。逻辑控制电路将系统的四路时钟信号和数据信号分离开来，并产生器件要求的时序；送入D/A转换器和PC机接口卡，分别进行处理。
最后一个模块是电子式互感器校验仪，它的原理是信号调理箱将基准信号和待测信号变换成高精度数据采集卡能承受的电压信号，经采集卡进入计算机，得到两个离散数据序列；通过对这两个离散序列的软件分析得到两个信号各自的特征和它们之间的比差和角差；软件分析的主要算法是基于离散信号的傅立叶变换。
三 电子式电流互感器光电池的选择
光电转换器件即光电池，其能够将入射光能转化为电能，从而实现激光器供电发出的能量以光的形式来进行传送。目前可以选用的光电池具有较多的种类，但在实际工作中最为经常采用的还是硅光电池。由于其具有较高的转换效率，所以更易于实现产品化和商业化的发展。而且电子式电流互感器的激光器输出波长正好处于硅光电池的峰值波长之间，所以在光电池的最佳转换工作状态正好处于激光器输出的波长之下。而且在高压设备测量时，利用硅光电池的光照强度不会对器件及周围环境的变化带来敏感性。同时硅光电池的输出电压电
流及峰值功率都决定了其具有较好的宽广光谱响应。光照灵敏度和良好线性，而且硅光电池自身也具有较好的稳定性，这就决定了在电子式电流互感器内选择硅光电池是较为适宜的。
四 电子式电流互感器电源的性能参数
电子式电流互感器电源由光电转换模块和激光输出共同组成，激光输出模块是主要有电流驱动，驱动电流为2.2A电流，可达到驱动电流要求。光纤的出口处光功率是1.6W，在利用光电进行转换后的电功率可达125mW左右。
五 结束语
在信息化时代的今天，必须要不断提高电子式电流互感器的质量和可靠性，电子式电流互感器在我们的生活中的应用也越来越广泛，所以需要确保电子式电流互感器的质量和可靠性，确保其在应用过程中能够发挥更好的作用。
参考文献：
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[3]穆国平，周富强，朱胜辉.电子式互感器现场调试及误差分析
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