电子式电流互感器高压侧取能装置的设计
电子式互感器综述
电子式电流互感器综述摘要：在数字化变电站中，为实现输出数字化、传输光纤化，出现了电子式电流互感器。
本文概述了电子式电流互感器的发展趋势，介绍了电子式电流互感器的原理和应用现状，分析了电子式电流互感器应用中面临的问题。
综合考虑后可知：电子式电流互感器必将得到广泛应用。
关键词：电子式电流互感器；发展趋势；原理；应用现状; 问题Abstract:In the digitized substation ,in order to realize the digital output,packtized transmission,the electronic current transformer is presented. This paper summarizes the development trend of electronic current transformer,introduces the principle and application situation of it,and analysis the problems in the application.After the comprehensive consideration,it’s concluded that electronic current transformer has a prosperous future of application.Key words: electronic current transformer; development trendency; principle; application；problems1.电子式电流互感器发展趋势现代电力系统正在走向数字化，作为数字电力系统的重要组成部分，数字变电站需要数字输出的互感器，需要光纤传输的互感器。
传感准确化、传输光纤化和输出数字化的互感器主流趋势必然导致了电子式互感器的诞生。
南瑞继保 PCS-9250 系列 电子式电流电压互感器 技术和说明书
ZL_DLYH0101.0510PCS-9250系列电子式电流电压互感器技术和使用说明书说明：此页为封面，印刷时必须与公司标准图标合成，确保资料名称、资料编号及其相对位置与本封面一致南瑞继保电气有限公司版权所有本说明书和产品今后可能会有小的改动，请注意核对实际产品与说明书的版本是否相符。
更多产品信息，请访问互联网：目录1概述 (1)1.1应用范围 (1)1.2型号和名称 (1)1.3引用标准 (2)1.4使用环境条件 (2)1.5主要技术参数 (2)2结构及工作原理 (4)2.1总体结构 (4)2.2电流传感器 (4)2.3电压传感器 (5)2.4数字变换器 (5)3外型尺寸及装配结构 (6)4与二次设备的接口 (8)5运输、安装及调试 (8)6维护 (9)PCS-9250系列电子式电流电压互感器技术和使用说明书1概述常规仪用互感器绝缘要求高，尺寸大，重量重，价格高；动态范围小，电流互感器有饱和现象；易产生铁磁谐振。
电子式互感器是仪用互感器的发展方向。
和常规仪用互感器相比，电子式互感器绝缘结构简单，体积小、重量轻、造价低；不含铁心，无磁饱和、铁磁谐振等问题；抗电磁干扰性能好；动态范围大，频率响应宽。
依据国家电网公司科学技术项目SP11-2001-01-13-01《电子式电压电流互感器的研制》、国家经贸委技术创新项目01BK-042《数字式电压电流互感器研制》，南京南瑞继保电气有限公司联合西安西开高压电气股份有限公司共同完成了《PCS-9250系列/363kV GIS用组合型电子式电流电压互感器》项目。
1.1应用范围PCS-9250系列电子式电流电压互感器与220kV六氟化硫气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）配套，是GIS的组成元件之一。
在额定电压为220kV、频率为50Hz的电力系统中，作为测量电流、电压，为数字化计量、测控及继电保护装置提供电流、电压信息的设备使用。
可用于户内及户外环境下。
目前，GIS中普遍采用铁芯式电流电压互感器，此类互感器存在动态范围小，在故障电流下易饱和，体积大，笨重，输出信号不能直接与数字化二次设备接口等缺点。
负载对CT取能的影响分析及实验研究
负载对CT取能的影响分析及实验研究于玉铭;陈常涛;邹振宇;陈博;李可军;娄杰【摘要】随着智能电网的发展,诸多监测设备被应用在电力系统之中.研究在线监测设备的供电问题受到很多学者关注.对使用纳米晶铁芯和硅钢铁芯的取电线圈进行了实验,验证了使用纳米晶铁芯的线圈在接阻性负载情况下能够获取更大功率的特性,讨论了取电线圈接桥式整流加电容滤波电路后的输出特性,设计了一种功率控制电路,在高压线路电流较大时能够限制取能线圈的输出功率,从而防止后续电路过压,同时抑制铁芯的饱和,并通过实验验证了电路的有效性.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2016(049)004【总页数】6页(P97-102)【关键词】CT取能;磁饱和;纳米晶;负载;功率控制【作者】于玉铭;陈常涛;邹振宇;陈博;李可军;娄杰【作者单位】山东电力工程咨询院有限公司,山东济南250013;山东大学电气工程学院,山东济南250061;山东电力工程咨询院有限公司,山东济南250013;山东电力工程咨询院有限公司,山东济南250013;山东大学电气工程学院,山东济南250061;山东大学电气工程学院,山东济南250061【正文语种】中文【中图分类】TM76随着智能电网的发展，诸多监测设备被应用在电力系统之中。
但是这些监测设备多数需要电源，需要储能装置或者外部低压电源，储能装置存在时效性，而外部电源并非所有场合都容易获取，尤其是对于高压输电线路。
因此，研究在线监测设备的供电问题受到很多学者关注。
目前，在线监测设备常用的供电方式有：（1）采用太阳能电池板配合蓄电池进行供电，体积大，安装不方便，输出功率受天气影响［1-3］；（2）激光供电，成本较高，供电功率较小［4］；（3）采用电流互感器（CT）取能技术，利用电磁感应原理从高压线上获取电能，实现隔离供电［5-7］，具有结构简单、体积小、成本较低、稳定可靠等优点。
但是，线路电流变化较大，容易导致取能CT出现较大死区。
电子式电流互感器的设计
电子式电流互感器的设计摘要:电子式电流互感器的设计是电路供电问题中的一个难点和重点。
本文通过对电子电流互感器常用供电方案比较及电子式电流互感器的设计方案探讨,说明了电子式电流互感器的设计。
关键词:电子式电流互感器高压侧电源供能电路在目前研究的重点和热点一般是电子式电流互感器的设计方面,电子式电流互感器具有广阔的发展前景.本文所设计的是一种新型的电子式电流互感器,它具有明显的优点,其绝缘结构非常简单,重量较轻,体积较小,灵敏度高,可靠性高,测量范围相对较大大,频带较宽。
在高频开关的电源中,不仅需要检测出开关管和电感等元器件。
还要用电流检测方法对互感器、霍尔元件进行检测。
电子式电流互感器有频带较宽、能耗较小、价格较便宜、信号还原性较好等许多的优点。
在双端变换器中,电子式电流互感器的功率变压器,原为流过的正负对称双极性电流脉冲,它没有直流分量的影响,这然电流互感器可以很好的应用。
1 常用供电方案的分析比较1.1 激光供能激光供电系统主要是采用其它光源或者是激光,在低电位侧利用光纤把光能量传到高电位的一侧,再利用光电转换器件把光能量转换成电能量,经过ＤＣ－ＤＣ再次变换以后提供稳定的电源进行输出。
激光供能是一种新的供电方式,激光供能的优点把能量以光形式通过光纤传到高压侧,让高压和低压电实现了完全隔离,不让其再受电磁场干扰的影响,其稳定可靠,并且安全。
但激光供电也有设计难点,如下:第一，受激光输出功率的大小限制,尤其是光电转换效率影响,该方法提供的能量是非常有限的,制作成本也相对较高。
第二，激光供电的输出功率和发光波长都会受到温度的影响,一定要采取相应的措施实现对温度的自动控制。
1.2 母线电流取能供电在母线电流取能供电中为了平衡负载的电阻。
供电的都是能量来自高压母线的电流,电能的获取是利用一个套在母线上磁感应线圈来实现的,母线环的周围有大量的磁场,并通过磁场来获取所需的能量,再经过处理,提供给高压的电子线路。
高压低压配电柜的电能计量装置有哪些
高压低压配电柜的电能计量装置有哪些高压低压配电柜是电力系统中的重要设备，用于对电能进行分配和控制。
为了正确评估电力消耗和管理电能的使用，需要安装电能计量装置。
本文将介绍高压低压配电柜中常见的电能计量装置。
一、电能表电能表是用来测量电能消耗的装置，分为电子式电能表和电动式电能表两种。
1. 电子式电能表：采用先进的电子技术，具有精确度高、适应性强、抗干扰能力好等特点。
常见的电子式电能表有智能电能表、电子式多功能电能表等。
2. 电动式电能表：采用机械传动原理，通过电流在电磁场中产生力矩，进而驱动计数器记录电能的消耗。
电动式电能表一般与高压低压配电柜配套使用。
二、电流互感器电流互感器是将高电压回路中的电流转化为低电流输出，用于测量电流的变压器。
电流互感器可以将高电流转换为便于测量的较小电流，方便对电流进行监测和计量。
三、电压互感器电压互感器是将高电压回路中的电压转化为低电压输出，用于测量电压的变压器。
电压互感器可以将高电压转换为便于测量的较小电压，方便对电压进行监测和计量。
四、电能质量分析仪电能质量分析仪是用来监测和分析电能质量的仪器。
它可以测量电压波形、电流波形、频率、功率因数等参数，帮助用户评估电能质量，并及时发现和解决电能质量问题。
五、数据采集终端数据采集终端用于将电能计量装置获取的电能数据进行采集和传输。
它可以通过通信网络将数据传输给监控系统或计算机，实现对电能消耗的远程监测和管理。
六、监控系统监控系统是用于对配电柜及其电能计量装置进行监测和管理的系统。
通过监控系统，用户可以实时获取电能消耗情况、电能质量指标等信息，并进行数据分析和报表生成。
总结：高压低压配电柜的电能计量装置包括电能表、电流互感器、电压互感器、电能质量分析仪、数据采集终端和监控系统等。
这些装置的组合使用可以实现对电能的准确计量、电能质量的监测和管理，为电力系统的正常运行和节能减排提供重要的支持。
电子式电流互感器的基本原理及应用
经济性好。在电压等级升高时，成本只稍有增加。 可以组合到断路器或其他高压设备中，共用支撑 绝缘子，可减少变电站的占地面积。
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电子式电流互感器的需求更迫切
故障情况下，传统互感器的测量都有不同程度 的失真，但电流互感器远比电压互感器严重。 光学互感器采用光纤传输，而光纤传输方式对 于电流互感器可以大幅度简化绝缘结构和降低 制造成本，对于电压互感器却达不到此种效果。 电力系统中，电流互感器的数量远多于电压互 感器，市场规模更大。
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法拉第效应
1864年，法拉第发现在磁场的作用下，本来不具 有旋光性的物质也产生了旋光性，即光矢量发生 旋转，这种现象称作磁致旋光效应或法拉第效应。
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法拉第效应
VH sl
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V 维尔德(Verdet)常数 n
Hs
l 磁场在光传播方向的分量 光通过物质的光程
采用油浸纸绝缘，易燃易爆，不安全；
电磁式电流互感器的二次侧输出对负载要求严格， 若二次负载较大，测量误差就增大，准确度下降； 传统互感器的模拟量不能直接与计算机相连（电 流互感器模拟量输出为5A或1A） ，难以满足新 一代电力系统自动化、数字化的发展需要。
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电子式互感器的优势
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法拉第效应
目前尚无高精度测量偏振面旋转角的检测器， 因此，通常将线偏振光的偏振面角度变化的信 息转化为光强变化的信息，然后通过光电转换 将光信号变为电信号，并进行放大处理，以正 确反映最初的电流信息。 一般用光电探测器(检偏器)将角度信息转换为 光强信息。为此必须先用起偏器将光变成线偏 振光，经被测磁场后用光电探测器求光强信息。
电子式互感器
二、工作原理
低功率小铁心线圈原理示意图： 低功率小铁心线圈原理示意图：
二、工作原理
电子式电压互感器工作原理： 电子式电压互感器工作原理：
（1）电阻分压原理 电子式电压互感器采用电阻、阻容分压原理， 电子式电压互感器采用电阻、阻容分压原理， 其输出在整个测量范围内呈线性， 其输出在整个测量范围内呈线性，其原理图如 下：
二、工作原理
（2）阻容分压原理（GIS适用） 阻容分压原理（GIS适用） 适用 原理示意图如下： 原理示意图如下：
电容分压是通过将柱状电容环套在导电线路外面来实 现的， 现的，柱状电容环及其等效接地电容构成了电容分 压的基本回路。 压的基本回路。
二、工作原理
考虑到系统短路后，若电容环的等效接地电容上积 考虑到系统短路后， 聚的电荷在重合闸时还未完全释放， 聚的电荷在重合闸时还未完全释放，将在系统工作 电压上叠加一个误差分量， 电压上叠加一个误差分量，严重时会影响到测量结 果的正确性以及继电保护装置的正确动作， 果的正确性以及继电保护装置的正确动作，长期工 作时等效接地电容也会因温度等因素的影响而变得 不够稳定， 不够稳定，所以对电容分压的基本测量原理进行了 改进。在等效接地电容上并联一个小电阻R 改进。在等效接地电容上并联一个小电阻R 以消除 上述影响，从而构成新的电压测量电路（ 上述影响，从而构成新的电压测量电路（阻容分 ）。电阻上的电压Uo即为电压传感头的输出信号 电阻上的电压Uo即为电压传感头的输出信号： 压）。电阻上的电压Uo即为电压传感头的输出信号： RC1du/dt， e(t)= RC1du/dt，R<<1/(ωC2)
四、工程应用
（3）基于低功率线圈原理的电子式电流互感器在中低 压测量系统中的应用，示意图如下： 压测量系统中的应用，示意图如下：
高压电压互感器的设计本科毕业论文
高压电压互感器的设计本科毕业论文摘要随着中国社会主义经济的飞速发展，电力技术也必须不断发展，使得它能适应中国农工商业的用电需求。
电力系统输电容量的不断扩大，远距离输电迅速增加，电网等级的不断提高。
为了使变电站自动化的技术进一步改善，互感器不断的改良更新，使二次系统起到更精确的测量和监控作用。
本文通过对几种电压互感器的结构分析，比较其各自的优缺点，最终选择了阻容式电压互感器作为本文的研究对象。
通过初步电路设计，原理分析，参数计算，确定阻容式分压式传感器的结构组成，通过仿真和实验，证明出其测量准确度高，暂态相应特性好，线性无饱和等一系列优点。
然后通过有源光学电压传感器设计，使其满足电力系统测控和继电保护对电压信号的取样要求。
最后通过对传感头和信号处理器的屏蔽，系统悬浮接地，在电路板上的电源与地线间加去耦电容等方法，使其电磁兼容措施得到完善，让系统的可靠性得到进一步的保证和提高。
关键词：电压互感器；计算；MATLAB仿真AbstractWith socialism in China's rapid economic development, power technology must continue to develop, make it to the Chinese agricultural trade demand. Power transmission system capacity continues to expand, a rapid increase in long-distance power transmission, power grids levels rising. For substation automation technology to further improve the transformer constantly improved update so that the second system has played a more precise measurement and monitoring role.Based on several voltage transformer structure analysis and comparison of their respective merits, finally chose the RCVT transformer, as this study. The initial circuit design, principleanalysis, parameter calculation, to determine R-pressure sensor structure and Through simulation and experiment, has demonstrated this kind of AOVT has advantages of high accuracy, better transient response characteristics, well linearity and no saturation etc. Then through an ideal project in the design of AOVT, make it responsive to the power system protection and control of the voltage signal sampling requirements. Finally, the sensor and signal processor shielding, grounding suspension system, circuit filter into the methods, EMC measures to enable it to be perfect, so that the reliability of the system is further assured and improved.Keywords:tension transformer; count; MATLABsimilation目录摘要 (I)Abstract ................................................... II 1绪论 (1)1.1 题目背景及目的 (1)1.2 国内外研究状况 (1)2 电压互感器原理 (4)2.1 电压互感器工作原理 (4)2.2 电容式电压互感器工作原理 (5)2.3 电阻式电压互感器工作原理 (6)2.4 阻容分压型互感器工作原理及参数计算 (7)2.5 电压互感器的分类 (9)3 电压互感器设计计算 (11)3.1 计算依据 (11)3.2 铁心设计计算 (11)3.3 铁心截面确定 (12)3.4 绕组设计计算 (15)4 阻容分压型互感器 (19)4.1 阻容分压器 (19)4.2 阻容分压式互感器原理接线图 (19)4.3 阻容分压互感器的元件选择及测量 (20)4.4 电阻元件的器件选择及测量 (21)5 电子式电压互感器的信号处理系统 (22)5.1 引言 (22)5.2 滤波电路 (22)5.3 积分电路 (22)5.4 模数转换环节的设计 (24)6 电磁兼容设计 (25)6.1 电磁兼容的分类 (25)6.2 我国的电磁兼容技术标准体系 (25)6.3 部分电磁兼容技术介绍 (25)6.4 电磁兼容初步设计 (26)7 MATLAB仿真 (27)7.1 引言 (27)7.2 仿真原理图 (27)7.3 仿真参数设置 (28)7.4 仿真波形 (31)总结 (32)参考文献 (33)致谢 (34)1 绪论1.1 题目背景及目的随着生产的发展，对电力的需求量越来越大、电压等级越来越高，使得传统电压互感器（PT）的体积越来越大、造价越来越高，同时也给PT的防爆和电力系统的安全带来很大的困难。
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电子式电流互感器高压侧取能装置的设计
摘要：有源型电子电流互感器高压侧工作电源的取能方式是影响互感器可靠性
和精度的关键环节。
文章针对有源型数模转换式电子电流互感器，给出其高压侧
取能装置的设计方案，利用电磁线圈从母线上摄取能量，接收的一次侧传变电流
经整流、滤波、稳压等处理后向互感器高压侧供电。
该设计方案选用非晶材料制
作取能线圈铁心，采取双铁心并行工作方式，并通过稳压管泄放二次侧电流，保
证取能装置能够在适应母线一次电流较大变化范围的基础上长时间稳定工作，同
时采用固态继电器解决了大功率稳压管工作中产生大量热能的问题。
该方案实现
简单，造价低廉，经试验证明是可行的。
关键词：电子式；电流互感器；高压侧取能装置；设计
1 引言
目前，微机和电子技术的应用使得电力系统中计量和保护信号的数字化处理
和传输得以实现。
电力系统中新型电子式监控设备得到了广泛关注，传统的电力
控制技术面临着新的变革。
本文针对有源型数模转换式电流互感器，提出一种可
靠且低成本的通过电磁耦合从母线上取能的供能设计方案，并通过实际取能装置
的试验结果对设计方案进行了验证。
2 电子式电流互感器供能方式
目前有源型电子电流互感器的供能方式主要有3种:第一，通过电磁耦合利用一次侧电流从母线上取能；第二，由地面低压系统取能并转换为激光,通过光纤输
送至高压平台,然后再将光能转化为电能；第三，采用可充电蓄电池供能。
在激光
供能方式中，激光器本身的成本较高且输送功率受到严格限制，若增加光纤数目
必然要增加成本。
可充电蓄电池供能方式存在光电池转换效率、电池老化等问题，可靠性难以保证。
某些电子式电流互感器产品采用从3种方式中选取2种相结合
的供能模式，不但增加了成本而且要考虑2种方式切换时的可靠性问题。
本文的
设计方案采取从一次母线电流提取能量的方式，方法简单可靠且易于实现。
图1
给出了采用该方案的电子式电流互感器的结构。
3 新型取能装置设计
3.1 基本需求和设计原则
对于有源型电子电流互感器，如果电子电路的电源供应不稳定，系统工作的可靠性和精
度会受到影响。
各种供能方式所能提供的能量有限，所以电子电路的功耗不能太大，其设计
要求是:第一，满足高压端电路的功率需求；第二，能够无间断地长时间稳定工作；第三，保
证高、低压系统之间的绝缘。
相应的设计原则是:选用微功耗器件；采用单电源、低电压供电；充分利用器件的节电工
作方式,降低系统平均功率。
遵循以上设计原则，通过实测和理论估算认为，以目前的芯片技术采集传送电路模块(不
包括电/光和光/电转换器件)功耗可小于100 mW。
电/光和光/电转换器件的能耗较大，设计
中除减少其数量之外，还可以通过提高传输速率等方法来降低系统功耗。
3.2 取能装置的整体设计
3.2.1 基本原理及技术难点
通过电磁线圈从一次电流取能是目前可行且较经济的互感器高压侧供电方案。
其基本原
理是利用电磁线圈从母线上接收一次侧传变的电流，通过整流、滤波、稳压等后续电路处理
向电子式电流感器高压侧供电。
采用这种方法面临2个困难：第一，母线电流处于空载等小
电流状态时如何保证电源的正常供应；第二，母线处于超过额定电流的大电流状态甚至短路
故障电流状态时，如何确保电源系统足够安全和不间断供电。
为改善小电流启动状态需要增
大铁心截面，降低二次侧绕线匝数，这就要求在一次侧出现大电流时二次侧必须能通过相应
的大电流，否则二次侧就会出现过电压;如果增加二次侧绕线匝数则又会影响在一次侧小电流
状态下工作电源的电流输出能力。
因此，如何协调母线小电流状态和大电流状态时的工作状
况是取能装置最主要的技术难点。
3.2.2 取能线圈铁心的选取
铁磁物质的磁感应强度B 和磁场强度H 之间是非线性关系。
对这些物质来说,基本公式B =µH 中的导磁率µ 并非一个常数,其大小不仅与铁磁物质的成份、材料的热处理和机械加工及
磁化过程中的磁状态等有复杂的关系,而且与外施磁场强度有很大关系。
几种常见铁心材料的
磁化曲线见图2。
3.2.3 供能电路的设计
供能电路如图3所示，取能线圈二次侧电流经整流滤波，在大功率稳压管D0上形成一
个10V的电压，通过三端稳压管向后续电路提供一个5V的工作电源。
TVS可以在大电流冲击二次侧产生高电压时起到抑制作用，从而保护电子元件免受过电压的损害。
4 考虑不同工况条件下供能电路的改进及试验验证
4.1 初始启动状态工况的验证
对于这种从一次电流取能的供电结构，电源变压器输出的交流电经由桥式整流和电容滤
波电路后得到直流电压平均值在估算初始启动电流数值时必须予以考虑。
根据设计方案选取
的特制铁心型号，其并行铁心中单片铁心的机械面积5.25×4210m ²，磁路平均周长为0.518 m。
为保证电流互感器高压端电子元件30 mA 的工作电流，要求一次侧激发电流值至少在6 A 以上。
对于本装置运行的220 kV 输电线路，
由于其电纳与几何均距、导线半径之间有对数关系，架空线路的电纳变化不大，其值一
般在2.85×610−S/km左右，由此可以估算出距离为20km的空载线路通电时初始电流值可达7.2A，这说明本设计方案是可行的。
4.2 考虑大电流过饱和状态工况条件下供能电路的改进及验证
为保证在大电流冲击时整个供能电路能够安全工作，考虑到大功率稳压管D0的发热问题，设定在大功率稳压管回路电流达到其额定值的60%时无气隙铁心单片开始饱和，通过式
计算就可以确定限流分压电阻R的阻值。
在电阻参数和线圈匝数确定后，便可进行实际的现
场测试。
试验证明其工作效果达到了设计要求，具有电路简单、不易受干扰影响、可靠性高
等优点。
然而也存在一些不足，主要是大电流状态时在稳压管上消耗功率较多并引起发热，
工作元件温升较高，应用在电子式电流互感器高压端会造成传感器部位的散热负担，为此对
设计方案进行了改进。
结语：
本文提出的有源式电子电流互感器高压侧数采集电路的供能方案实现比较简单，造价低廉，实用性强，受外界干扰小，可以在小电流下启动，并且能在大电流冲击时保持正常工作。
该设计方案可使供电功率扩大到150 mW 以上，能够在一定程度上缓解数据采集电路能耗需
求紧张的情况并提高供电可靠性。
与通过光纤以激光供能的方案相比，本方案还可以大幅降
低制造成本。
参考文献：
[1] 徐叔梅. 光导纤维电流传感器 [J]. 电网技术，2003，27(4):79-82.
[2] 王晶. 模拟/数字转换技术及其发展趋势 [J]. 微电子学，2005，35(3):221-225.
[3] 徐雁，叶妙元，张庆，等. 光电互感器的应用及接口问题[J]. 电力系统自动化，2001，25(24):45-48.。