基于Rogowski线圈的电子式电流互感器的可靠性研究

摘要

互感器是电力系统中获取电流和电压的关键设备。随着电力系统电压等级的不断提高以及容量的不断增加，传统的电磁式电流互感器逐渐暴露出诸如易发生磁饱和、实现绝缘较难等明显缺陷。而新型电子式电流互感器因具备无磁饱和、绝缘性能优良等优势，已受到国内外研究人员的广泛关注，并在国家电网中初步应用。然而，实际应用中的电子式电流互感器的电流传感头容易受到外界环境因素（如温度、电磁干扰等）的影响，从而影响计量精度和连续运行的稳定性，而电力系统中电参数测量的准确性和可靠性是电力系统安全、可靠和经济运行的重要保障。因此，尽管新型的电子式电流互感器被认为是传统电磁式电流互感器的理想替代品，但其广泛应用仍需进一步的改进和研究。
　　本文对国内外电子式电流互感器(ECT)的研究及发展现状作了综述，对基于Rogowski线圈的电子式电流互感器的组成、工作原理及其研究中出现的问题进行了详细阐述。基于Rogowski线圈式电流互感器测量的可靠性，本文开展了Rogowski线圈的性能分析与优化设计研究。以矩形截面Rogowski线圈为例，对线圈的传感原理进行分析，导出了改进的热膨胀效应引起的线圈输出电压相对误差因子理论模型。该误差因子与线圈材料热膨胀系数以及线圈结构参数相关，得到基于该模型估计的理论误差，比已报道的误差模型给出的结果更接近实验事实。为减小热膨胀效应对线圈的影响，本文根据以往制作经验，结合Rogowski线圈的工作环境及精度要求，提出选取热膨胀系数较低的陶瓷材料作线圈骨架以及漆包铜线作线圈绕组的材料这一优化考虑，并对热膨胀引起该线圈输出电压的相对误差进行理论分析，结果表明，基于本文选取的材料完成的Rogowski线圈受热膨胀影响所产生的最大误差为0.0432％，完全满足电子式电流互感器0.2级精度标准。
　　研究分析了在热膨胀效应下电磁干扰对线圈测量精度的影响。分别建立了干扰磁场水平分量和垂直分量引起的线圈输出电压相对误差的理论模型，分析了温度、距离以及线圈材料热膨胀系数等因素的变化对相对误差的影响，在此基础上提出电磁补偿、电磁屏蔽等抗干扰措施并对其合理性和可靠性进行了分析验证。这对于设计高准确度的Rogowski线圈具有指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 电子式电流互感器的发展现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 电子式电流互感器的分类及其工作原理

1．3．1 无源型电子式电流互感器的工作原理

1．3．2 有源型电子式电流互感器的工作原理

1．4 电子式电流互感器存在的问题

1．5 本论文的主要研究工作

第2章 基于Rogowski的电子式电流互感器的组成原理

2．1 高压端电路

2．1．1 电子式电流互感器电流传感头结构

2．1．2 电子式电流互感器的积分环节

2．1．3 高压侧数据采集系统

2．2 光纤传输系统

2．3 供电系统

2．3．1 母线电流供电

2．3．2 激光供电

2．4 低压端处理电路

第3章 热膨胀效应对Rogowski线圈测量准确度的影响

3．1 矩形截面Rogowski线圈的传感原理

3．2 热膨胀导致的Rogowski线圈输出电压的相对误差

3．3 单位温度变化引起的矩形截面Rogowski线圈输出电压的相对误差因子

3．4 分析和讨论

3．5 线圈的热补偿

3．6 Rogowski线圈优化设计

3．6．1 线圈骨架材料和绕组材料的选择

3．6．2 理论验证

3．7 本章小结

第4章 外界磁场对Rogowski线圈测量准确度的影响

4．1 干扰磁场水平分量的影响

4．2 干扰磁场垂直分量的影响

4．3 抗电磁干扰措施

4．3．1 电磁屏蔽

4．3．2 电磁补偿

4．3．3 提高线圈制作工艺

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 主要成果和结论

5．2 工作展望

参考文献

致谢