基于Rogowski线圈的新型电流互感器的研究与实现

【摘要】：在电工学中，电流和电压是最直观的两个电参量。为了确保电力系统的正常安全的运行，必须对高压电路的电流值进行监控和分析，而为了保证运行人员的安全，就必须使测量仪表、继电器与高压装置在电气方面有很好的电气隔离，因此电流互感器在电力系统中是非常重要的设备，它为电力系统的计量、继电保护、控制与监视提供输入信号。 目前，电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器，它的工作原理和变压器类似。然而，随着电力系统的传输容量越来越大，电压等级越来越高，传统的电磁式电流互感器因其传感原理而出现不可克服的问题：绝缘结构日趋复杂、体积大、造价高；在故障电流下铁芯易饱和，使二次电流值和波形失真，产生不能容许的测量误差；充油易爆炸而导致突然失效；若输出端开路，产生高电压对周围设备和人员存在潜在的威胁；易受电磁干扰等。为适应电力系统的快速发展，必须研制利用其它传感原理的电流互感器。 现在研究的焦点是利用光学传感或光纤传输信号技术来研制新型的光电电流互感器(optical current transducer，简称OCT)。由于采用传感头的不同，OCT可分为全光型和混合型两大类。 本文根据对现有的光电电流互感器的传感原理及特性的比较，设计了基于新的传感机理的新型混合型光电电流互感器，它采用Rogowski线圈作为传感头，充分利用了Rogowski线圈的诸多优点，在测量时，Rogowski线圈与被测电路没有直接的接触，可以方便地实现对高压回路的隔离测量，同时它具有从几Hz到几百MHz的使用频率范围和从几A到数百kA的测量范围；混合型OCT利用有源器件调制技术，以光纤作为信号传输介质，把高压侧转换的光信号传输到接受端进行信号处理，从而得到被测电流的信息。其中光纤仅作为信号传输媒质，不作为传感元件，避免了全光型OCT传感头易受环境和温度变化的影响的缺点以及光路设计中的技术难点，更易满足现场要求。 本文主要对Rogowski线圈作为传感头，在高压和低频范围内的应用进行了较详细的理论分析，通过公式推倒和数据分析，选择出合理的Rogowski线圈的参数并设计出了合理的电子电路，该装置有模拟和数字输出通道，即可以满足传统测量 武汉大学硕士论文 基于Rogowski线圈的新型电流互感器的研究与实现 仪表的需求，又可以使大电流的模拟量转变为更适应系统发展需要的数字量。低压 端接收到的信号经处理，可完成综合控制、数据存储、显示和打印功能，满足电力 系统实际工作的各种要求。论文还对所研制的新型电流互感器进行了实验，实验结 果证明它可以实现所规定的各种功能。 论文最后对所作工作进行了总结，并提出了进一步研究的方向。