文献翻译组合数字电子式电流和电压传感器

精品文档---下载后可任意编辑 作者段雄英、邹积岩、廖敏夫、张可卫 摘 要 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。随着电力系统的进展，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）的讨论中。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[13]。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[4]。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进展。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。各种具有特别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。 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和电流变化的的速度为 1 由式1得 2 要猎取电流测量值，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 3 其中，Vi是Rogowski线圈的输出从目前可以得到以下等式 4 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[6]，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,特别结构的CVD可以消除温度的影响。 分压器是由具有相同的电介质、规模、价值和温度系数的mn个电容器Ci组成的。m个电容器串联在系统中的值C1得满足高压臂中的要求，低压臂中的电容值C2 是由并联电路得出的C2nCi, 那么分压比K″为 5 电容值C1由于温度变化变为Ci ΔC1，这时分压比K″是 K″C1/C1C2 1/mCiΔC1/[1/mCiΔC1nCiΔC1] 1/mn1 6 由式5和式6可知K K″，通过这种方式，所有具有相同参数的电容Ci都可以消除温度对分频比率的影响。 4信号处理 如图5所示为一个信号处理框图。现在市场上发售有许多特别的A / D芯片在。有多种方式可以从一个远程发射点传达测量信息。电压频率调制是一个纯粹的数字技术，它可以提供无差错和无干扰的传输，因此，最适合在电力系统中使用。这项技术的基本概念是把测量信号转换成PFM（脉冲频率调制）信号，其测量信号的频率偏差与电流或电压的大小成线性正比。 图5 信号处理系统 式7阐述了这种关系 7 其中F0 是输入直流电压偏移设置的基本频率，系数k是取决于实际电路。 LED（发光二极管低）直接由频率脉冲驱动，然后信号调制成光脉冲。与LED匹配的光纤传输窗口具有850nm的中心波长。200μm多模光纤用来传输光信号。控制室接收器是一个光电二极管，即用于重建电频率脉冲的驱动放大器，之后把频率信号发送到计算机用于解调。 由时间到其实是一个完整的频率信号计数过程，并且计数值Y j i 为 Yji 是由计数器猎取的，所以 （8） 式8是由到的输入脉冲信号的积分值, 它等于由信号曲线包围的面积值。假如输入信号的微小变化保持在与 之间, 或者采样时间–足够短，其点的值可以是一个近似值。 （9） 由式8和9，我们可以得到 （10） 整合延迟效果所造成的错误，可以通过软件进行修改。由于该系统采纳光纤传输数字信号，所以它是抗电磁干扰。 5线电位编码器电源 使用光纤实现高低电压间的绝缘，但在高电压上仍有些电源问题。有三种方法可以设计一个电流驱动的电力供应电池，电流互感器，和光功率。常见的是电池的工作寿命为5〜10年，平均修复时间为3年，动力系统中是不行的。更重要的是，大尺寸的电池和其复杂的浮点充电电路是不可取的。一些先进的电池成本高，如锂或光电池成为应用的障碍。在此提出了一种特别设计的辅助CT是用来直接从生产线上猎取能量的。这种高压CT的绝缘要求要比那些常规CT更简单，并且输出功率低，所以它比常规CT