基于羅氏線圈的電子式互感器可靠性分析

楊浩

摘 要：電子式互感器線路簡單實用，工作可靠，具有線性度好、測量精度高、動態(tài)測量范圍大、響應(yīng)速度快、帶頻寬等性能。隨著智能化變電站的大量建設(shè)，電子式互感器在電力系統(tǒng)中的實際應(yīng)用越來越廣泛。該文針對基于羅氏線圈的電子式互感器進(jìn)行可靠性分析，并提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：羅氏線圈 電流互感器 積分器模型 可靠性

中圖分類號：TM452 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0058-02

電子式互感器是電力系統(tǒng)中電能計量和繼電保護(hù)的重要設(shè)備，其精度及可靠性與電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)。該文針對現(xiàn)行投運(yùn)在智能變電站中的基于羅氏線圈的電子式互感器，分析其工作原理，針對信號采集和傳輸過程中的一些工程應(yīng)用問題，搭建羅氏線圈等效模型、積分模型并進(jìn)行仿真，對電子式互感器積分電路相頻特性進(jìn)行了分析，討論了實際情況中GIS中快速暫態(tài)過程對電子式互感器的影響，并提出一些改進(jìn)措施。

1 羅氏線圈聯(lián)合積分器特性

羅氏線圈聯(lián)合積分器時的等效模型如圖1所示，圖中虛線左邊為羅氏線圈等效電路，虛線右邊為理想的硬件積分器。u 0為羅氏線圈聯(lián)合積分器的最終輸出。

式（4）中，只關(guān)系到幅頻響應(yīng)的衰減倍數(shù)，不會影響到相頻響應(yīng)特性，故可令式中，得到采用積分器時羅氏線圈電流互感器的頻率響應(yīng)特性。羅氏線圈聯(lián)合積分器的響應(yīng)下限截止頻率接近于0 Hz，上限截止頻率接近105 Hz級，在上下限截止頻率之間的頻率范圍內(nèi)，頻率響應(yīng)特性恒定，羅氏線圈電流互感器輸出信號的幅值和相位與一次輸入電流信號保持相同。因此，在頻率不是非常高的情況下，羅氏線圈聯(lián)合積分器將能完美地測量被測電流的各種頻率分量。

1.2 穩(wěn)態(tài)特性分析

電力系統(tǒng)中電流互感器測量的電流大多數(shù)時候都是正弦穩(wěn)態(tài)電流，互感器具有良好的穩(wěn)態(tài)特性是其的基本要求。正弦穩(wěn)態(tài)下的羅氏線圈等效模型中雜散電容C0對應(yīng)的容抗遠(yuǎn)大于取樣電阻Ra，忽略C0簡化分析，結(jié)合積分器的響應(yīng)函數(shù)，可得羅氏線圈聯(lián)合積分器的響應(yīng)函數(shù)為：

令，根據(jù)上式仿真出采用積分器的羅氏線圈電流互感器的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，羅氏線圈電流互感器的輸出與被測電流的幅值關(guān)系和相角差僅決定于羅氏線圈和積分器自身的參數(shù)，輸出至與被測電流同相位。

1.3 暫態(tài)特性分析

當(dāng)羅氏線圈電流互感器用于繼電保護(hù)時，必須研究其對故障暫態(tài)電流的傳變能力。一般情況下，暫態(tài)電流中可能含有衰減直流分量和基波分量，由于羅氏線圈不含鐵芯，為一線性電路，則根據(jù)線性電路的性質(zhì)，羅氏線圈對暫態(tài)電流的響應(yīng)即它對各分量的疊加，因此可分別研究羅氏線圈電流互感器對暫態(tài)電流各分量的響應(yīng)。

IEC60044-8定義暫態(tài)電流瞬時值近似表達(dá)如下所示。

經(jīng)過仿真輸出發(fā)現(xiàn)，羅氏線圈電流互感器的暫態(tài)響應(yīng)波形對被測電流波形的跟隨性很好，準(zhǔn)確度高。因此，羅氏線圈作為繼電保護(hù)用的電流互感器在理論上是完全可行的，而且由于羅氏線圈不含鐵芯，沒有暫態(tài)飽和問題，將具有比傳統(tǒng)的模擬式電流互感器不可比擬的優(yōu)良暫態(tài)性能。

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