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文献翻译-组合数字电子式电流 和电压传感器 组合数字电子式电流和电压传感器 作者：段雄英、邹积岩、廖敏夫、张可卫 在电力系统中已开发出高性能的电流和电压测量系统。该系统由两部分组 成：电流测量元件和电压测量元件。洛高夫斯基线圈和电容分压器分别用于为 线电流和电压测量。有源电子元件是电流互感器进行在线检测时为这些组件信 号调制并提供电源的。测量信号通过光纤传输，光纤可以抗电磁干扰和噪声干 扰。通过精细的设计和对数字信号处理技术的应用，整个系统的精度可以达到 0.5%，配以高精度的供继电保护设备可提供较大范围的动态检测。 关键词：电子式电流传感器（ECT）,电子电压互感器（EVT），洛高夫斯基 （Rogowski）线圈，电容分压器（CVD），光纤 1简介 电流和电压测量在测光、保护和电力系统控制中起着重要作用。随着电力 系统的发展，传统的电流互感器（CT）和电压互感器（PT）有着不能容忍的缺 点：绝缘结构成本高且模式复杂，CT的饱和效应和PT的铁磁谐振效应等影响。 在过去的二十年中，大多兴趣投入在光学电流互感器（ OCT ）和光学电压互感 器（OPT）的研究中。最常见的类型有利用法拉第效应的 OCT和利用普克尔斯 效应的OPT，它们都是使用光学晶体的传感器。尽管一些成功的现场试验已经 完成，但在商业产品中 OCT和OPT还不能实现量产，因为 OCT和OPT很容 易受到环境温度和机械扰动［1~3］。近年来，丽思（Ritz）公司开发的以结合电子 式电流和电压传感器利用洛高夫斯基（Rogowski）线圈和电容分压器分别作为 传感器线电流和电压测量 ⑷。基于这一概念，一种新型电流和电压测量数字系统 被开发出来了。 2系统结构 数字电流互感器的概念已经提出了近半个世纪，但因电子元件及常规继电 保护和测光模式的限制使其没有得到很好的发展。可是现在基于数字技术及信 息网络的继电保护和独占地测光系统操作正在被广泛应用于配电系统。各种具 有特殊功能的集成芯片投入市场。 所有这些都可能使电子 CT和PT产品基于数 字调制。 合并后的电流和电压测量系统框图如图 1所示。洛高夫斯基(Rogowski)线圈 是用于使电流测量和电力 CT符合电力线的。洛高夫斯基(Rogowski)线圈纳入有 源电子元件组成了整个电流变送器。这种发射器生成信息描述性测量电流和光 信号编码。整个电流发射器和电源部分都被放到一个抗电磁干扰( EMI )的铁 盒中。空心陶瓷绝缘体用于维持系统的高电压的一部分。无论是光纤承载的电 流信号还是电容分压器都为通过绝缘体的电压传感器使用。电容分压器的电压 信号也在绝缘体的底部调制成光信号。接着电流信号和电压信号通过光纤传输 到测光和继电保护远程控制室内0 到测光和继电保护远程控制室内 0 图1组合电子式电流和电压测量系统 3电流和电压传感器 在此，提出了一种洛高夫斯基（Rogowski）线圈式电流传感器。Rogowski 线圈，这是一个电感无磁环形口，已用于测量电流一段时间 [5]。图2所示为一个 矩形截面Rogowski线圈。 Rogowski 线圈 是基于 ：载流导体的放置，线圈产生一个电压 E成正比，线圈 交互M和电流变化的di/dt的速度为： e（t） M （1） dt 由式⑴得： 1 i（t） — e（t）dt ⑵ M 要获取电流测量值，线圈的输出电压必须是完整的。这可以通过两种常见 的方法：（1）电子积分器的使用；（2）在使用数值积分软件之后线圈的输出电压 是数字化的。本文图3所示为积分器。该积分器的输出为 V。1 V。 1 RC Vidt 其中，Vi是Rogowski线圈的输出从目前可以得到以下等式: V。 V。 因为没有铁芯饱和，Rogowski线圈有广泛的测量范围。同样的线圈可用于 测量从几安培至数百千安培的电流。此外，他们具有较高的测量精度，也就是 说可以精确至0.1%⑹，而且它对温度不敏感。电容分压器（CVD ）技术已被广 泛应用于高压电力系统。影响CVD测量精度的主要因素是杂散电容和电容的温 度系数。精密电容分压器技术用于提高测量精度。有效减小杂散电容的方法是 全速淡化分频器高度。本文中，主要是以充满绝缘油的绝缘体来尽量减少它的 高度。通过这种方法，杂散电容分压器可以保持在较低水平，且位于高压臂中 的具有相同的温度特性的串联电容器可以被大大改善。分压器终端置顶一个屏 蔽电极以补偿杂散电容的影响。 将电子电压互感器（EVT ）中CVD放在室外，强烈的温度变化可能影响分 压器的误差。正如微处理器基础系统中的传感器一样，在 EVT中的CVD是不 同于常规CVD的。因其负荷小的特点，故如图 4所示,特殊结构的CVD可以消 除温度的影响。 国3有瀕积另 国3有瀕积另 圉2 Rogowski^^的结杓 分压器是由具有相同的