电子式电流互感器：问题、对策与展望.pdfVIP

第五届全国光子学大会会议论文集 第二分册：纤维光学 电子式电流互感器：问题、对策与展望 1 王政平 ，康 崇，张雪原，郑志胜，林火养 哈尔滨工程大学理学院，哈尔滨市南岗区一曼街2 号 邮编:150001 王启胜 中国联通哈尔滨分公司 摘要：简要介绍了电子式电流互感器的发展历史，介绍了常见的对电子式电流互感器的不同的 分类方法及各种电子式电流互感器的基本工作原理及基本构成，比较了各种电子式电流互感器 的优缺点，详细介绍了阻碍各种类型的电子式电流互感器实用化的技术问题，以及可能的解决 方法或方向，最后指出了电子式电流互感器发展中需解决的共性问题，并展望了电子式电流互 感器的发展前景。 关键词：电流互感器；电子式电流互感器；光学电流互感器；法拉第效应 0 引言 但随着近年来电力传输容量的不断增长和电网电压的提高，目前普遍用于 110kV 以上变电站的油浸电 磁式电流互感器(Current Transformer: CT)已暴露出下述内在的致命弱点：由爆炸引起灾难性事故的潜在危 险；大故障电流导致铁芯磁饱和从而无法记录故障电流的实际大小及变化过程；铁磁共振效应；铁芯大电 感导致相位滞后并使频响受限无法记录故障电流高频分量，不利于故障分析；输出端开路时导致高压危险； 体积重量均大；不易与数字设备连接等。与其相比，电子式电流互感器（Electronic Current Transformer: ECT） 则表现出截然相反的优点：无爆炸危险；无磁饱和；几乎无滞后效应；经由光路输出，无开路导致高压的 危险；体小质轻；不易受电磁干扰；易于与数字设备连接等。故用电子式电流互感器取代电磁式电流互感 器已成为必然趋势，因而得到了各国研究者与业内人士的极大关注。 1 ECT 的分类 ECT 是由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流传感器组成，其二次转换器的输出实质上正 比于一次电流，且相位偏差在联结方向正确时为已知相位角的装置。由于其中某些类型要利用光学器件对 电流传感、几乎全部利用光纤传输信号，故ECT 亦称为光学电流互感器(Optical Current Transformer: OCT)。 按照高压区工作单元是否需要供电，ECT 通常可分为有源型和无源型两大类；按照传感机理和传感头的具 体结构，ECT 又可分全光纤型、光学玻璃型、混合型（利用传统 CT 二次输出线圈采样或用 Rogowski 线 [1] 圈取样）、磁场传感器型和其它传感机理型 。有源型 ECT 仍以电磁感应为其工作原理，以各种采样线圈 为其一次传感元件。大多数无源型ECT 则是以法拉第效应为工作原理，以光纤或光学玻璃电流传感头为其 一次传感元件。 2 有源型ECT 有源型ECT(Active ECT: AECT) 通常的构成包括高压侧部分，光纤传输部分和低压侧部分。高压侧的 [2] [3] [4] 采样线圈对一次电流采样形成采样信号，经放大、调制（直接A/D 转换 、相位调制 、频率调制 与脉 [5] 宽/脉位调制 等）后，经电光转换形成光信号，再经由光纤传递到低压侧，进行逆变换，转成电信号经适 当处理后输出。其中，光纤是联系高、低压侧的介质，并未参与到对电流的传感过程中去。因而，AECT 实际上是一种光纤传导技术和CT 技术的组合体，属于非功能型光纤传感器的范畴。 284 第五届全国光子学大会会议论文集 第二分册：纤维光学 欲使 AECT 能够实用，必先保证其具有足够的稳定性与可靠性。其实用化的主要技术障碍包括罗氏 （Rogowski）线圈结构、抗电磁干扰能力、电磁兼容特性、采样线性与精度等性能的保证及稳定问题；高、 低压侧电子线路（含电光—光电转换）及光纤传输系统的温度稳定性问题；为高压侧电子线路供电问题。 为保证罗氏线圈的温度稳定性，应选用热膨胀系数小的非磁性材料制作骨架；为保证其测量精度，应 [6