电子式电流互感器传感头的研究与设计

摘要

随着电力系统输送容量和电压等级的不断提高，传统的电磁式电流互感器暴露出越来越多的弱点，难以满足电网向自动化和数字化方向发展的需求。近年来，电子式电流互感器的研究得到了国内外研究人员的广泛重视，成为了具有革命性意义的研究方向。本文重点研究电流传感头，解决电子式电流互感器用于小电流测量的难题。 本文首先综述了研究电子式电流互感器的重要意义，分析了国内外电子式电流互感器的研究状况；对目前各种电流传感头进行了研究，分析了各自所存在的不足；根据电磁理论分析，本文对空心线圈进行了改进和创新，提出了螺旋管空心线圈作为电子式电流互感器的传感头，给出了两种结构的螺旋管空心线圈--手绕长直型螺旋管空心线圈和PCB平面型螺旋管空心线圈；重点分析了螺旋管空心线圈两种结构的传感原理和抗外磁场干扰的机理，推导出了各自互感系数的计算公式，并研究探索了实际工程中螺旋管空心线圈的各种结构；对影响螺旋管空心线圈性能的因素进行了分析，并给出了相应的解决措施；设计了实验模型，并进了实验测试和研究；最后，研究探索了螺旋管空心线圈电子式电流互感器在高压、中压系统以及低压装置中的应用技术，并提出了PCB平面型螺旋管空心线圈可作为将来研究和应用的重点。 理论分析和实验研究表明：螺旋管空心线圈电流传感头测量频带宽、响应速度快、抗电磁干扰能力强，且能精确测量小电流，可作为电子式电能表和继电保护专用电流变换器，同样，由于无磁饱和，也适合中高压系统大电流的测量。该技术已获国家专利，这对于开发新型的电子式电流互感器具有重要的理论意义和实用价值。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1本研究课题的背景及意义

1.2电子式电流互感器的概述

1.2.1无源电子式电流互感器

1.2.2有源电子式电流互感器

1.3国内外电子式电流互感器的研究现状

1.3.1国外ECT的研究状况

1.3.2国内ECT的研究状况

1.4本文主要研究内容

第2章电子式电流互感器传感头的研究与分析

2.1基于磁光效应的电流传感器

2.1.1块状玻璃型电流传感器

2.1.2全光纤式电流传感器

2.2基于Rogowski线圈的电流传感器

2.2.1传统的Rogowski线圈

2.2.2基于PCB的Rogowski线圈

2.3小结

第3章螺旋管空心线圈电流传感头的结构和原理

3.1长直型螺旋管空心线圈的结构和原理

3.1.1长直螺旋管空心线圈的结构

3.1.2长直螺旋管空心线圈的传感原理

3.1.3抗外磁场干扰的机理

3.1.4实际工程中长直螺旋管空心线圈的结构

3.2 PCB平面型螺旋管空心线圈的结构和原理

3.2.1 PCB螺旋管空心线圈的结构

3.2.2 PCB螺旋管空心线圈的传感原理

3.2.3抗外磁场干扰的机理

3.2.4实际工程中PCB螺旋管空心线圈的结构

3.3积分器的原理及设计

3.3.1模拟积分器

3.3.2数字积分器

3.3.3模拟积分器和数字积分器的比较

3.4小结

第4章螺旋管空心线圈的性能分析与实验研究

4.1螺旋管空心线圈的工作状态

4.1.1自积分工作状态

4.1.2微分工作状态

4.2螺旋管空心线圈的频率特性

4.2.1自积分状态下的频率特性

4.2.2微分状态下的频率特性

4.3影响螺旋管空心线圈性能的因素分析

4.3.1外界电磁场干扰的影响

4.3.2系统频率变化的影响

4.3.3温度变化的影响

4.4实验研究

4.4.1长直型螺旋管空心线圈的设计与实验

4.4.2 PCB平面型螺旋管空心线圈的设计与实验

4.5小结

第5章螺旋管空心线圈电子式电流互感器的应用

5.1高压螺旋管空心线圈电子式电流互感器

5.1.1电流传感头

5.1.2高压侧数据采集系统

5.1.3光纤传输及接口

5.1.4高压侧供电技术

5.1.5低压侧合并单元

5.2中压螺旋管空心线圈电子式电流互感器

5.3低压装置中的螺旋管空心线圈电子式电流互感器

5.4小结

结论

参考文献

致谢

附录