基于Rogowski线圈的电子式电流互感器测量部分的研究与设计

摘要

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，有必要研制利用其它传感原理的电流互感器。 本文针对电力工业对电子式电流互感器的要求，以IEC60044-8《电子式电流互感器》等相关标准为依据，对电子式电流互感器进行了研究设计。采用Rogowski线圈作为高压电力线上的传感头，将Rogowski线圈的输出数字化后，通过光纤传送到低压端进行LED显示或恢复成原来的模拟信号，实现对高压一次电路电流的测量；系统利用光纤数字传输系统实现高压部分和低压部分的完全电气隔离和实现信号传输，提高了信号传输的抗干扰能力；采用微机接口技术实现微机对电子式电流互感器采集数据进行处理和相应的调整：具有数据输出和模拟输出两种，为后级测量、保护和控制设备提供了良好接口。A/D转换电路是整个高压端的核心，本文着重在高压端设计了高精度、高可靠性、低功耗的A/D转换接口电路。另外本文还对高压端有源器件的供能方案进行了探讨，提出了一种新的供能电路；对高压端电子线路的抗干扰问题进行了设计和探讨，提高了整个测量系统的精度。 实验证明，设计的电子式电流互感器线路简单实用，工作可靠，具有良好的线性度和测量精度，动态测量范围大，响应速度快等性能。相比传统的电磁式电流互感器，本设计的电子式电流互感器克服了磁饱和、因存油而引起的易燃易爆等问题，简单有效的解决了高压端与低压端之间绝缘的问题，而且成本低，体积小，频带宽，具有更大的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1电流互感器的发展状况

1.1.1传统电磁式电流互感器

1.1.2新型电流互感器

1.1.3新型电流互感器与传统电磁式电流互感器的比较

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3电子式电流互感器需解决的问题

1.3.1传感头的工业化

1.3.2高压端电源

1.3.3数据调制传输

3.3.4标准化接口

1.3.5可靠性和电磁兼容

1.3.6系统误差补偿

1.4课题来源、研究内容

1.4.1课题来源

1.4.2研究内容

1.5系统的整体设计方案

1.5.1系统的整体设计方案

1.5.2本论文的结构安排

1.5.3仿真软件Proteus介绍

2互感器传感头的电磁参数模型及特性分析

2.1ROGOWSKI线圈的构造及工作原理

2.2 ROGOWSKI线圈的互感系数的计算

2.2.1Rogowski线圈横截面为矩形的推导

2.2.2Rogowski线圈横截面为圆形的推导

2.3 ROGOWSKI线圈的两种工作状态

2.3.1情况一：自积分工作状态

2.3.2情况二：微分工作状态

2.4ROGOWSKI线圈电磁干扰问题的探讨

2.4.1电屏蔽

2.4.2磁屏蔽

3电子式电流互感器高压端电路和供电模块的设计

3.1积分环节

3.1.1常用积分器分析

3.1.2实际应用的积分电路

3.2移相环节

3.2.1常用的移相电路

3.2.2实际应用的移相电路

3.3滤波环节

3.3.1滤波器的选用

3.3.2滤波器的设计

3.4 A/D转换电路

3.4.1 A/D转换芯片的选用

3.4.2可编程增益放大器

3.4.3 A/D转换部分的硬件接口电路

3.4.4一次数据的采集流程

3.5高压端有源器件的电源设计

3.5.1CT取能供电

3.5.2PT取能供电

3.5.3 CT与PT相结合的供能电路

3.6高压端电子线路的抗干扰问题探讨

4电子式电流互感器中光信号的变换及传输

4.1光源(电/光转换器)

4.1.1半导体发光二极管(LED)特点及性能

4.1.2半导体激光器(LD)的特点及性能

4.1.3激光二极管LD和发光二极管LED的比较及应用

4.2光电检测测器(光/电转换器)

4.2.1光电检测器原理

4.2.2光电转换器主要性能参数

4.2.3光电转换器的选用

4.3光纤

4.3.1光传输基础

4.3.2光纤的主要技术指标

5电子式电流互感器低压端电路的设计及实验研究

5.1模拟输出

5.2显示

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况