第一篇：全光纖電流互感器小結(jié)

全光纖電流互感器學(xué)習(xí)小結(jié)

一、全光纖電流互感器的基本結(jié)構(gòu):

1、全光纖電流互感器結(jié)構(gòu)根據(jù)功能可以分為：光纖傳感器，光學(xué)傳輸單元，合并單元三部分組成。光纖傳感器部分由1／4波片，感應(yīng)光纖和反射鏡組成，通過熔接形成一個無源傳感器件，這部分在高壓一次設(shè)備側(cè)。在復(fù)合絕緣子中布置了保偏光纖，在互感器的底座裝有偏振器和調(diào)制器兩個光學(xué)元件，調(diào)制信號由合并單元提供，無需外部供電。光纖傳感器和合并單元之間采用標(biāo)準(zhǔn)的單模通信光纖。

圖

1、全光纖電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖

2、以ALSTON全光纖CT為例對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，其電流互感器就地端子箱如下圖，其中主要包括偏振器，調(diào)制器，溫度傳感器，其端子箱主要作用有接收合并單元提供的調(diào)制信號，光纖溫度測量給合并單元用于計算溫度補(bǔ)償，以及實(shí)現(xiàn)單模通信光纖與保偏光纖的熔接。

圖

2、互感器本體及端子箱

3、NXCT合并單元前面板上有三個指示燈和一個數(shù)字通訊RS232接口: 指示燈工作狀態(tài)如下： Power:電源正常時綠色常亮；

Maintenance Required:正常運(yùn)行時熄滅，輕微故障時橙色常亮；

Data Invalid：正常運(yùn)行時熄滅，傳輸數(shù)據(jù)無效時紅色常亮（相當(dāng)于嚴(yán)重故障）。

圖

3、NXCT光電單元前面板

4、NXCT合并單元背板結(jié)構(gòu)如圖4所示 其中各個接口的作用如下：

（1）:連接一次側(cè)，給測量回路提供光源，同時接收電流信息的接口；（2）：將合并單元測量的電流量經(jīng)TDM總線給需要的控制保護(hù)設(shè)備；共6路TDM，每路包含該合并單元測量的全部電流；

（3）：兩個合并單元之間的連接光纖，可以同步測量的電流量，使輸出的TDM總線中含兩個機(jī)柜測量的電流。

（4）：給合并單元提供兩路供電電源接線端子；（5）：合并單元連接至調(diào)制器的端子排；

（6）：IDL溫度測量，用于溫度補(bǔ)償?shù)?，只有IDL采用的是光纖傳輸，其它電流量用的是電纜傳輸；

（7）：合并單元電流模擬量輸出端子或裝置報警輸出。

圖

4、NXCT光電單元背板

5、NXCT合并單元特性如下圖所示:

圖

5、NXCT合并單元特性

同里站的數(shù)字輸出端口含有6路獨(dú)立的數(shù)字接口。

二、全光纖電流互感器的原理：

1、理論基礎(chǔ)：

法拉第磁光效應(yīng)（Faraday Magneto-optioal offect）：

當(dāng)線偏振光在介質(zhì)中傳播時，若在平行于光的傳播方向上加一磁場，則光振方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度與磁感應(yīng)強(qiáng)度和光穿越介質(zhì)的長度的乘積成正比，偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場。這種現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)或磁致旋光效應(yīng)。

薩格納克干涉原理測量（Sagnac interferometer）：

兩束相干光間光程差的任何變化會非常靈敏地導(dǎo)致干涉條紋的移動。通過干涉條紋的移動變化可測量光程微小的改變量，從而測得與此有關(guān)的其他物理量（如電流）。

安培環(huán)路定理(Ampere circuital theorem)：

沿任何一個區(qū)域邊界對磁場矢量進(jìn)行積分，其數(shù)值等于通過這個區(qū)域邊界內(nèi)的電流的總和，這個定理與區(qū)域的形狀，距離和材料無關(guān)。按照安培定理，相鄰導(dǎo)體產(chǎn)生的漏磁場（干擾磁場）的任何閉環(huán)矢量積分為零。也即。臨近導(dǎo)體的干擾對全光纖互感器無任何影響。

2、工作原理：

如全光纖互感器結(jié)構(gòu)示意圖1所示，光源發(fā)出的光經(jīng)偏振器起偏成兩束相互垂直的線偏光，這兩束正交模式的光經(jīng)過1／4波片后分別變成左旋和右旋模式的圓偏光進(jìn)入傳感光纖，受到導(dǎo)體中電流產(chǎn)生的磁場作用，左右旋圓偏光以不同的速度傳播，從而引起光波相位的變化，光在傳感器端的鏡面反應(yīng)后，這兩束圓偏光的偏振模式互換，通過傳感光纖再次受到磁場作用，從而使受到作用的效果加倍。這兩束圓偏光經(jīng)過波片后恢復(fù)為線偏振光，并在偏振器處發(fā)生干涉，通過測量干涉光強(qiáng)檢測出相位差，而相位差與導(dǎo)體中的磁場強(qiáng)度成正比，而磁場強(qiáng)度與電流強(qiáng)度成正比，從而可以得到被測電流的大小。

傳感器輸出光強(qiáng): Pd=loss×0.5×Po×【1+cos（φf+φ）】

式中l(wèi)oss是光路損耗；Po是光源輸出光強(qiáng)；φ是調(diào)制相位；φf是Farady相位； Farady相位： φf=4NVI 式中N為傳感光纖的匝數(shù)；V是費(fèi)爾德常數(shù)；I是導(dǎo)體中的電流。

三、同里站（直流部分）全光纖電流互感器的使用：

同里換流站閥廳直流極線、400kV母線、中性線及直流線路出口極線、直流濾波器高壓側(cè)、直流濾波器不平衡電流測量等光CT采用的是ALSTON型號為NXCT純光纖電流互感器。

圖

6、同里站極I全光纖電流互感器接線圖

其中閥廳內(nèi)為懸吊式或自立式、直流場線路出口處為自立式。同里站直流場極線用光CT，閥廳用光CT，直流濾波器高壓側(cè)光CT均為每點(diǎn)位配置三套，對應(yīng)3個合并單元，每個合并單元提供6路獨(dú)立的TDM協(xié)議光接口輸出，每路TDM信號包含該合并單元接入的所有測點(diǎn)數(shù)據(jù)，對于極線出口處的800kV光CT（IDL),還有一套用于諧波測量，對應(yīng)1個獨(dú)立的合并單元，提供6路獨(dú)立的TDM協(xié)議光接口輸出（只包含IDL）。

直流濾波器高壓電容器不平衡光CT每點(diǎn)位配置3套，對應(yīng)另外3個合并單元，每個合并單元提供6路獨(dú)立的TDM協(xié)議光接口輸出（包含直流濾波器三個測點(diǎn)不平衡電流）。

四、NXCT自檢功能：

NXCT全光纖電流互感器含有全自檢功能，能夠提供設(shè)備的在線監(jiān)測功能，通過數(shù)字通訊RS232接口將電流互感器的運(yùn)行情況:如光源強(qiáng)度，光纖通訊狀況，光電單元功耗，系統(tǒng)溫度等參數(shù)發(fā)送到后臺，并提供報警和查詢功能。

圖

7、全光纖電流互感器的診斷界面

五、全光纖電流互感器的優(yōu)點(diǎn)：

由于全光纖電流互感器具有絕緣無油，無SF6或其他氣體，腔內(nèi)無任何機(jī)械裝置；無二次開路的危險；無鐵心剩磁的問題。下表為各類電流互感器的比較：

圖

8、各類電流互感器的比較

第二篇：使用電流互感器七大注意事項

使用電流互感器七大注意事項

電流互感器的使用主要注意下面七個方面：

1)電流互感器的接線應(yīng)遵守串聯(lián)原則即一次繞阻應(yīng)與被測電路串聯(lián)而二次繞阻則與所有儀表負(fù)載串聯(lián)。

2)按被測電流大小選擇合適的變化否則誤差將增大。同時二次側(cè)一端必須接地以防絕緣一旦損壞時一次側(cè)高壓竄入二次低壓側(cè)造成人身和設(shè)備事故

3)二次側(cè)絕對不允許開路因一旦開路一次側(cè)電流I1全部成為磁化電流引起φm和E2驟增造成鐵心過度飽和磁化發(fā)熱嚴(yán)重乃至燒毀線圈;同時磁路過度飽和磁化后使誤差增大。電流互感器在正常工作時二次側(cè)近似于短路若突然使其開路則勵磁電動勢由數(shù)值很小的值驟變?yōu)楹艽蟮闹氮よF芯中的磁通呈現(xiàn)嚴(yán)重飽和的平頂波因此二次側(cè)繞組將在磁通過零時感應(yīng)出很高的尖頂波其值可達(dá)到數(shù)千甚至上萬伏危機(jī)工作人員的安全及儀表的絕緣性能。

另外二次側(cè)開路使E2達(dá)幾百伏一旦觸及造成觸電事故。因此電流互感器二次側(cè)都備有短路開關(guān)防止一次側(cè)開路。如圖l中K0在使用過程中二次側(cè)一旦開路應(yīng)馬上撤掉電路負(fù)載然后再停車處理。一切處理好后方可再用。

4)為了滿足測量儀表、繼電保護(hù)、斷路器失靈判斷和故障錄波等裝置的需要在發(fā)電機(jī)、變壓器、出線、母線分段斷路器、母聯(lián)斷路器、旁路斷路器等回路中均設(shè)具有28個二次繞阻的電流互感器。對于大電流接地系統(tǒng)一般按三相配置;對于小電流接地系統(tǒng)依具體要求按二相或三相配置

5)對于保護(hù)用電流互感器的裝設(shè)地點(diǎn)應(yīng)按盡量消除主保護(hù)裝置的不保護(hù)區(qū)來設(shè)置。例如若有兩組電流互感器且位置允許時應(yīng)設(shè)在斷路器兩側(cè)使斷路器處于交叉保護(hù)范圍之中

6)為了防止支柱式電流互感器套管閃絡(luò)造成母線故障電流互感器通常布置在斷路器的出線或變壓器側(cè)。

7)為了減輕發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時的損傷用于自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的電流互感器應(yīng)布置在發(fā)電機(jī)定子繞組的出線側(cè)。為了便于分析和在發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)前發(fā)現(xiàn)內(nèi)部故障用于測量儀表的電流互感器宜裝在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè).消息來源于中國電氣之家(25dq)。

第三篇：電流互感器鐵心剩磁總結(jié)

電流互感器鐵心剩磁總結(jié) 電流互感器剩磁的定義

飽和磁通?sat：電流互感器二次匝鏈磁通的最高值，對應(yīng)于鐵心材料的磁飽和（完全飽和 狀態(tài)）。

剩磁通?r：鐵心在切斷勵磁電流3min之后剩余的二次匝鏈磁通值，此勵磁電流應(yīng)大到足 以產(chǎn)生飽和磁通?sat。

剩磁系數(shù)KR：剩磁通與飽和磁通之比值，用百分?jǐn)?shù)表示。

動態(tài)剩磁?dr：互感器的一次繞組斷電以后，鐵心中的磁通將從斷電這一時刻開始逐漸衰減，這個衰減過程中的磁通稱為動態(tài)剩磁。

動態(tài)剩磁衰減規(guī)律為

?dr??xe?tT2

式中：?x——斷電瞬間鐵心中的磁通，Wb2.鐵磁材料磁滯回線及剩磁

2.1磁滯回線及剩磁的形成過程

磁滯回線。（解釋說明：鐵磁材料的剩磁與電流互感器的剩磁通定義不一樣。）

對于同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強(qiáng)度反復(fù)磁化時，可得出不同的磁滯回線，將各條磁滯回線的頂點(diǎn)連接起來，所得的曲線稱為基本磁化曲線，或平均磁化曲線。

從圖2系列磁化曲線可以看出，對同一鐵磁材料，取低的磁化強(qiáng)度（對應(yīng)低磁密）反復(fù)磁化時，鐵磁材料的剩磁也越?。梢哉J(rèn)為做伏安特性鐵心的剩磁大致對應(yīng)于磁滯回線上的剩磁）。

軟磁性材料的磁滯回線狹窄，近似與基本磁化曲線相重合，所以進(jìn)行磁路計算時常用基本磁化曲線代替磁滯回線使計算得以簡化。

對于互感器做伏安特性時，由于硅鋼片鐵心磁通遠(yuǎn)未飽和，鐵心會產(chǎn)生剩磁也很小，而且實(shí)踐證明硅鋼片的剩磁不會明顯影響保護(hù)級的伏安特性及額定電流下的誤差，微晶鐵心的剩磁也不影響測量級的誤差。另根據(jù)硅鋼片的矯頑力一般約為100/4π A/m,查硅鋼片磁化曲線可得對應(yīng)磁密為1590Gs, 也即矯頑力對應(yīng)的剩磁為1590Gs（比較低），由于硅鋼片鐵心工作磁密遠(yuǎn)未飽和，所以做伏安特性的鐵心剩磁也很小。

計量用CT多采用超微晶材料制造，由于矯頑力很小，只需要很小的工作電流（例如額定工作電流）就可以去除剩磁，可以不考慮剩磁的影響。

圖1 基本磁化曲線

2.2 鐵磁材料的磁滯回線

1）軟磁性材料的磁滯回線狹長（見圖2a),剩磁和矯頑力都較小，磁滯損耗小，磁導(dǎo)率高，適用于制作各種電機(jī)、電器的鐵心。軟磁材料包括純鐵、鑄鋼、電工鋼及坡莫合金等。

2）硬磁（永磁）性材料，這種材料的磁滯回線面積大（（見圖2b),磁化后不易退磁，適宜作永、磁體。硬磁性材料包括鉻、鎢、鈷、鎳等合金。

圖2 磁滯回線

注：摘自《電路及磁路》

2.3 影響剩磁的因素

電流互感器剩磁的大小除受電流互感器鐵心材料及結(jié)構(gòu)影響外，還與以下四個因素有關(guān)。1）短路電流開斷時間

系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，保護(hù)裝置和斷路器相繼動作，從而斷開電流互感器的一次短路電流。剩磁取決于短路電流開斷瞬間鐵心中的磁通。如果短路電流在不同時間開斷，磁通會沿不同的勵磁曲線達(dá)到不同的剩磁點(diǎn)，剩磁大小不同。2）一次短路電流及其非周期分量

一次短路電流由周期分量和非周期分量兩部分構(gòu)成。非周期性分量對電流互感器i0??特性的影響最為嚴(yán)重，它的大小取決于Im和α，即Imcos?的值越大，φ隨i0的變化越快，剩磁越大。

3）一次回路時間常數(shù)

一次回路時間常數(shù)τ決定了非周期分量衰減的快慢。τ越大，非周期分量衰減越慢，鐵心磁通累積時間越長，容易引起飽和，從而導(dǎo)致較大的剩磁。4）二次負(fù)載的功率因數(shù)及阻抗值

斷路器一般在短路電流過零點(diǎn)時斷開，鐵心中的剩磁與二次負(fù)載的功率因數(shù)及阻抗值有關(guān)。對于純電感負(fù)載（功率因數(shù)cos??0），短路電流開斷后基本不存在剩磁；對于純電阻負(fù)載（cos??1），鐵心中會存在較大剩磁(對于二次短接可以理解為純二次繞組電阻負(fù)載）。一般地，實(shí)際運(yùn)行的電流互感器的二次負(fù)載功率因數(shù)很高，如靜態(tài)和數(shù)字繼電器為電阻性負(fù)載，短路電

［5］流斷開后，剩磁可能接近峰值。

以上四因素主要影響一次電流開斷瞬間電流互感器鐵心中的磁通。CT剩磁統(tǒng)計

系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，往往會導(dǎo)致電流互感器存在較大的剩磁，電流互感器剩磁大小取決于一次電流開斷瞬間鐵心中的磁通。在短路故障時，磁通由穩(wěn)態(tài)周期性短路電流、暫態(tài)非周期分量及二次回路阻抗決定，當(dāng)一次電流在互感器處于飽和時斷路器跳閘產(chǎn)生的剩磁可能最大。

運(yùn)行中的電流互感器普遍存在剩磁，剩磁對電流互感器的危害較大，且剩磁一旦產(chǎn)生，不會自動消失，在正常運(yùn)行條件下將長期存在。剩磁的存在使電流互感器在勵磁曲線上的起始工作點(diǎn)發(fā)生了變化，加重了鐵心的飽和程度及飽和時間，是產(chǎn)生不平衡電流和導(dǎo)致差動保護(hù)誤動的重要原因，對系統(tǒng)保護(hù)裝置動作的可靠性有很大影響。

表1是IEEE Std C37.110-1996《Guide for the application of current transforer used for protective relaying purpose》列舉的對230kV 系統(tǒng)141組電流互感器的調(diào)查結(jié)果，表明運(yùn)行中的電流互感器剩磁分布不均，不易確定典型值（離散性比較大），剩磁系數(shù)最高可達(dá)80%。

注1：剩磁系數(shù)大剩磁也大。

4.降低剩磁的方法

1）對于測量用互感器，采用磁導(dǎo)率高、剩磁系數(shù)小的優(yōu)質(zhì)鐵心材料，如： 非晶合金、坡莫合金等，非晶合金鐵心剩磁系數(shù)一般小于50%，坡莫合金鐵心剩磁系數(shù)更低。2）采用PR、TPY、TPZ級互感器，其鐵心開小氣隙，剩磁系數(shù)小于10% 3）對于不適于采用PR、TPY、TPZ級互感器的場合，在選用互感器時應(yīng)考慮剩磁帶來的影響，適當(dāng)提高準(zhǔn)確限值系數(shù)或額定電流比，在每次系統(tǒng)大擾動后選擇時機(jī)對互感器進(jìn)行退磁。

5.退磁方法

a)閉路退磁法退磁：

在二次繞組上接一個相當(dāng)于額定負(fù)荷10-20倍的電阻（考慮足夠的容量）,然后通過檢定裝置一次回路對一次繞組通以工頻電流，由0增至1.2倍的額定電流，然后均勻緩慢地降至0。b)開路退磁法退磁

對于具有兩個或兩個以上的二次繞組的電流互感器進(jìn)行退磁時，其中一個二次繞組接退磁電阻，其余的二次繞組應(yīng)短路。參考文獻(xiàn)

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第四篇：零磁通電流互感器在特高壓換流站的應(yīng)用

零磁通電流互感器在特高壓換流站的應(yīng)用

實(shí)習(xí)指導(dǎo) 楊壘 哈密管理處 張柏熙

【摘要】：高壓直流輸電（HVDC）在遠(yuǎn)距離大容量輸電和獨(dú)立電網(wǎng)互聯(lián)方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，在我國西電東送和全國聯(lián)網(wǎng)工程中起到了重要的作用。本文主要對哈密-鄭州特高壓直流輸電工程的零磁通電流互感器結(jié)構(gòu)和測量原理，分析說明零磁通電流互感器在特高壓直流系統(tǒng)中的使用情況及作用，說明零磁通電流互感器常見故障處理及原因分析，同時介紹檢查與分析方法直流場測量IDEL2信號輸出異常和金華站P1-IDNE零磁通模塊故障分析。

【關(guān)鍵詞】：零磁通電流互感器 中性母線開關(guān)電流（IDNE）中性母線電流（IDNC）故障分析引言

直流電流互感器是直流輸電系統(tǒng)的重要一次設(shè)備，為換流站的運(yùn)行提供控制和保護(hù)信號。應(yīng)用于換流站各個位置的直流電流互感器主要分為兩種類型，一種是用于測量電壓等級較高的極線電流的光電式直流電流互感器，另一種是主要用于測量電壓等級較低的中性線上直流電流的零磁通式直流電流互感器。目前國內(nèi)直流輸電工程用直流電流互感器絕大多數(shù)都被進(jìn)口產(chǎn)品壟斷ABB，如ABB公司，西門子公司的光電式直流電流互感器，HITEC公司及REITZ公司的零磁通式直流電流互感器。國內(nèi)對光電式直流電流互感器進(jìn)行了很多研究，但對零磁通式直流電流互感器的研究較少。零磁通式直流電流互感器基于直流電流比較儀原理，具有準(zhǔn)確度較高的優(yōu)點(diǎn)。直流電流比較儀被應(yīng)用于試驗(yàn)室直流電流測量及標(biāo)準(zhǔn)已有非常長的歷史但將其應(yīng)用于直流輸電系統(tǒng)的研究在國內(nèi)較少進(jìn)行，尚需要提高其在電力系統(tǒng)運(yùn)行條件下的過載能力和可靠性。同時研制零磁通直流電流互感器對于實(shí)現(xiàn)直流測量設(shè)備的國產(chǎn)化，打破國外公司對國內(nèi)直流輸電系統(tǒng)用直流互感器的壟斷格局，具有重要意義。零磁通CT構(gòu)成及原理

2.1零磁通CT的結(jié)構(gòu)

零磁通CT是由二次繞組，三環(huán)型鐵芯，振蕩器，雙峰值檢測器，功率放大器，密度放大器，負(fù)載電阻組成如圖2-1所示，一次電流IP生成一個磁通，可以被測量頭二次繞組（NS）的電流 IS抵消。二次繞組里的三環(huán)形鐵心可以檢測到任何剩余的通量。其中兩個（N1，N2）用來檢測剩余磁通的直流部分。N3 檢測交流部分。振蕩器將兩個直流磁通傳感鐵芯反方向磁飽和。如果剩余直流磁通是零，那么電流峰值兩個方向都是相等的。如果不為零，其差額同剩余直流磁通成正比。雙峰值檢測器，可以檢測到該直流磁通。加上交流分量（N3），就會產(chǎn)生一個控制回路，產(chǎn)生二次電流進(jìn)而使得磁通為零。帶有高過電流能力的功率放大器可以向NS提供二次電流，通常有2000匝。二次電流，是一次電流的部分圖像，提供給負(fù)荷電阻器（Rb）將信號轉(zhuǎn)換為電壓。通過一個精密放大器，信號穿過負(fù)荷，并放大信號后使用。

圖2-1 零磁通CT構(gòu)成2.2零磁通CT的原理

電流互感器基于電磁感應(yīng)原理，因此，鐵芯中的必須有磁通是電流互感器工作的先決條件。可是為了在鐵芯中建立磁通，就需要勵磁電流，勵磁電流是互感器誤差的主要來源。零磁通電流互感器的目的，就是消除勵磁電流對互感器測量精度的影響。

必須要有勵磁電流，又要消除勵磁電流對測量精度的影響，最直接的辦法就是采用一個補(bǔ)償繞組，專門用于提供勵磁電流，這樣，測量繞組就不會受到勵磁電流的影響。如圖2-2所示零磁通電流互感器包括兩個鐵芯，四個繞組。四個繞組分別為一次繞組NP，二次補(bǔ)償繞組NC，二次測量繞組NS，檢測繞組ND。兩個鐵芯分別為Core1和Core2。

一次繞組NP和二次測量繞組NS同時繞在Core1和Core2上，補(bǔ)償繞組NC繞在Core1上，檢測繞組ND繞在Core2上。檢測繞組ND連接高阻抗電壓表，繞組電流可以忽略。補(bǔ)償繞組NC連接一個與被測一次電流頻率相同的可控交流電壓源?；ジ衅鞴ぷ鲿r，一次繞組NP及二次測量繞組NS在Core1和Core2中均產(chǎn)生磁通，補(bǔ)償繞組NC只在Core1中產(chǎn)生磁通。檢測繞組ND只與Core2磁通鉸鏈，并且自身負(fù)載阻抗很大，電流可忽略不計，不產(chǎn)生磁通。調(diào)節(jié)補(bǔ)償繞組NC的電壓源，當(dāng)檢測繞組ND的電壓表讀數(shù)等于零時，鐵芯Core2中磁通為零。

圖 2-2 零磁通電流互感器原理

由于一次繞組NP和二次測量繞組NS均與鐵芯Core2鉸鏈，此時，對于鐵芯Core2而言，一次繞組NP和二次測量繞組NS的在Core2中產(chǎn)生的磁通相同，即一次繞組NP和二次測量繞組NS安匝數(shù)相等：NP×IP=NS×IS。在一次繞組NP和二次測量繞組NS上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的磁通完全由二次補(bǔ)償繞組NC提供，NC繞組提供勵磁電流和勵磁磁場。零磁通電流互感器的理論誤差等于零，不存在比差和角差。之所以稱為零磁通電流互感器，就是因?yàn)殍F芯Core2中的磁通為零，一次繞組NP和二次測量繞組NS的磁通在鐵芯Core2中達(dá)到了平衡，因此，也可以稱為磁平衡式電流互感器。

2.3零磁通CT的特性：

磁通電流互感器是一種理論上磁通為零（即電流互感器的鐵芯沒有磁通）的互感器。其基本原理是采用電子反饋電路與補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)線圈和鐵心組件的安匝平衡，從而達(dá)到“零磁通”以降低測量誤差。實(shí)際上由于分布電容，漏感等原因，零磁通電流互感器還存在一定誤差，但相比一般電流互感器精度提高了一個數(shù)量級。

零磁通電流互感器的精度可以達(dá)到十萬分之一甚至更高，由于其采用自動補(bǔ)償?shù)姆绞?，放大倍?shù)越大，補(bǔ)償效果越好，誤差也越小，其頻帶及帶載能力等指標(biāo)也很好，也可相對減小鐵心及互感器的體積，降低對材料的使用成本。采用嵌套形的鐵心結(jié)構(gòu)可以很好地解決鐵心的屏蔽問題，有了檢測鐵心上的輔助補(bǔ)償繞組，可以使采用這種結(jié)構(gòu)的檢測鐵心真正能夠起到檢測零磁通的作用，具有極小的角差，適合大型電力變壓器的空載及短路試驗(yàn)等低功率因數(shù)工況的高精度功率測量。

3零磁通CT在天山站的配置及應(yīng)用

3.1測量裝置及配置介紹

天山站極中性母線電流（IDNC），極中性母線開關(guān)電流（IDNE），站內(nèi)接地極電流（IDGND），接地極電流（IDEL1，IDEL2），金屬回線電流（IDME）等8個電流量采用了零磁通測量裝置。測量數(shù)據(jù)通過電纜傳輸給極測量接口裝置PMI其中：

1.極1零磁通CT接口柜P1MU用以測量P1.WN.T1(IDNC)P1.WN.T2（IDNE），P1MU1，P1MU2，P1MU3分別對應(yīng)南瑞極測量接口柜 PMI1/2 的 A，B，C 系統(tǒng)。

2.極2零磁通CT接口柜P2MU用以測量P2.WN.T1(IDNC)P2.WN.T2（IDNE），P2MU1，P2MU2，P2MU3分別對應(yīng)南瑞極測量接口柜 PMI1/2 的 A，B，C 系統(tǒng)。

3.雙極區(qū)零磁通CT接口柜BMU用以測量 WN.T1(IDGND)，WN.T2(IDME)，WN.T3(IDEL1)，WN.T4（IDEL2），BMU1，BMU2，BMU3分別對應(yīng)南瑞極測量接口柜PMI1/2的A，B，C系統(tǒng)。

圖3-1帶套管的測量頭

測量頭經(jīng)常至于戶外直流場，因此外表澆筑了樹脂。由于附近的載流導(dǎo)體或空氣彈簧造成的外部磁場，測量頭內(nèi)部的磁屏蔽，可以阻止3個傳感芯飽和。樹脂類型測量頭在P1和P2側(cè)面有M12螺母便于安裝。這些螺母還可以用于起重，可以在兩邊安裝兩個吊環(huán)螺栓，測量頭內(nèi)部由銅箔篩網(wǎng)圍繞形成一個法拉第屏蔽。電子模塊也安裝有過壓避雷器，EMC過濾器，可以滿足嚴(yán)格的抗擾性標(biāo)準(zhǔn)，雖然電子模塊通常安裝到控制室，具備可控制電子模塊環(huán)境。電子模塊可以從雙極或單極電源提供電源。安裝輸入二極管用于連接兩個電源系統(tǒng)，有一個共同回路。如果有一個單極電源，內(nèi)置的直流-直流轉(zhuǎn)換器可以創(chuàng)建內(nèi)部±24V直流電源。直流-直流轉(zhuǎn)換器還可以從電源對輸出信號進(jìn)行隔離。

圖3-2屏柜布置圖

圖3-3帶有端子排的HITACC模塊的詳細(xì)接線

圖3-4零磁通電流互感器回路示意圖

如圖3-5所示零磁通CT現(xiàn)場采集量傳輸給PMU/BMU接口柜里的電子轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)電子轉(zhuǎn)換模塊一部分量送給了直流故障錄波，一部分經(jīng)南瑞板卡送給了直流控保A，B，C三套系統(tǒng)，再從控保系統(tǒng)傳輸給SCADA服務(wù)系統(tǒng)，在到運(yùn)行人員工作站OWS。

3.2保護(hù)原理及應(yīng)用

圖 3-5 雙極區(qū)的保護(hù)

天山站直流場的設(shè)備，極過流保護(hù)，直流諧波保護(hù)，直流低電壓保護(hù)，雙極中性母線差動保護(hù)，后備站地過流保護(hù)，中性母線接地開關(guān)保護(hù)，GRTS轉(zhuǎn)換開關(guān)后備保護(hù)，中性母線接地開關(guān)保護(hù)，接地保護(hù)（金屬回線)，MRTB轉(zhuǎn)換開關(guān)后備保護(hù)，接地極線橫差保護(hù)，金屬回線縱差保護(hù)，接地極線過流保護(hù)，金屬回線橫差保護(hù)，MRTB轉(zhuǎn)換開關(guān)保護(hù)，GRTS轉(zhuǎn)換開關(guān)保護(hù)，這些保護(hù)都是靠零磁通CT取量。零磁通CT常見故障處理及原因分析

天山站調(diào)試至今零磁通共出現(xiàn)8次故障，零磁通模塊發(fā)熱1次，P1CCP1發(fā)直流中性點(diǎn)電流極1 IDNC錯誤，嚴(yán)重故障出現(xiàn)退出備用瞬時復(fù)歸2次，零磁通屏柜端子松動2次，零磁通IDNC B系統(tǒng)測量電流偏大3次，就以上幾次故障進(jìn)行事故分析。

4.1案例分析直流場測量IDEL2信號輸出異常

天山換流站2013年12月18日13:27，P1PPR1C，P2PPR1C報“直流場測量IDEL2信號輸出異?！薄跋到y(tǒng)監(jiān)視輕微故障出現(xiàn)”接地保護(hù)，不平衡保護(hù)，過流保護(hù)，后備站接地過流保護(hù)，金屬回線轉(zhuǎn)換開關(guān)保護(hù)，中性母線差動保護(hù)退出。

現(xiàn)場檢查站及雙極輔助設(shè)備室BMU3屏發(fā)現(xiàn)DCCT模塊內(nèi)部一個電阻松動，導(dǎo)致電源OK信號無法傳出，裝置自閉鎖，從而造成接地極線路零磁通電流互感器WN.T4電子模塊工作異常。

圖 4-1 IDEL2信號輸入異常

分析事件列表可知:

（1）P1PPR1C，P2PPR1C報IDEL2信號輸出異常，系統(tǒng)監(jiān)視輕微故障；

（2）雙極，金屬回線，接地極線與IDEL相關(guān)的保護(hù)退出。

現(xiàn)場檢查情況:

（1）運(yùn)行人員對直流場接地極線路零磁通CT WN.T4一次設(shè)備檢查未發(fā)現(xiàn)異常；

（2）對站及雙極輔助設(shè)備室BMU柜進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)DCCT模塊“ Power on”，“Output valid”指示燈未亮。

圖 4-2 DCCT模塊版面

直流場相關(guān)保護(hù)退出原因分析：報警事件中保護(hù)退出邏輯時序相似，下面以接地極線過流保護(hù)為例進(jìn)行分析，其投退邏輯時序圖如圖4-3所示，當(dāng)ELOS_MEAS_OK為0，接地極線過流保護(hù)退出。如圖4-4所示，XX_MEAS_OK條件中均相與IDEL2_MEAS_OK，由于直流場測量IDEL2信號輸出異常，IDEL2_MEAS_OK=0，因此XX_MEAS_OK=0，金屬回線接地保護(hù)，接地極線不平衡保護(hù)，接地極線過流保護(hù)，雙極后備站接地過流保護(hù)，雙極金屬回線轉(zhuǎn)換開關(guān)保護(hù)，雙極中性母線差動保護(hù)退出報警正確。

圖 4-3 接地極線過流保護(hù)投退邏輯時序

圖4-4 IDEL2測量邏輯時序

IDEL2信號輸出異常原因分析：

查詢軟件報警頁面IDEL2_POW_IN*DCCT_POW_SCAL≤DCCT_POW_RES-DCCT_POW_HYS時IDEL2_POW_OK輸出為0，報“IDEL2信號輸出異?！?。

DCCT_POW_RES=（24*0.4）=9.6

DCCT_POW_HYS=（24*0.02）=0.48

圖4-5（PPR/POLEBIPO_PRPT/Main/DATA_PROC/DCCT_POW_OK）

圖4-6 DCCT電子模塊內(nèi)部接線圖

通過圖4-6分析可知，零磁通電流互感器柜BMU3內(nèi)DCCT模塊正常時信號輸出DCCT _ IDEL2 _OK，該信號以并接方式分別送入極1，極2的PMI柜內(nèi)，雙極PPR1C系統(tǒng)均有報IDEL2信號輸出異常，因此故障點(diǎn)在BMU3柜內(nèi)概率最大。用萬用表測得WNT4電子模塊供電正常，同時測得31-32，30-31節(jié)點(diǎn)均未導(dǎo)通為打開狀態(tài)，故可判斷該電子模塊內(nèi)部有故障。

4.2案例分析金華站P1-IDNE零磁通模塊故障

金華站2014年7月12日09點(diǎn)54分03秒，發(fā)極1極保護(hù)A系統(tǒng)發(fā)直流極差保護(hù)S閉鎖，中性母線差動保護(hù)Z閉鎖，極1和極2極保護(hù)A系統(tǒng)發(fā)雙極中性母線差動保護(hù)Y閉鎖，后備站內(nèi)接地過流保護(hù)告警。極1極保護(hù)PPR1A和極2極保護(hù)PPR2A相同保護(hù)動作并短時復(fù)歸。經(jīng)檢查確認(rèn)為極1零磁通CT（IDNE）電子單元A系統(tǒng)輸出異常導(dǎo)致?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，極1零磁通CT（IDNE）電子單元A系統(tǒng)電源燈和輸出可用燈已不亮。

圖4-7故障電子單元模塊電源燈和輸出燈已經(jīng)不亮

將極1 IDNE A系統(tǒng)零磁通電子單元的電子單元拆下后，打開箱體側(cè)板后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部PCB電路板上的MOS場效應(yīng)管元件已經(jīng)燒壞，側(cè)板靠近被燒毀元件處有明顯痕跡。

圖4-8故障IDNE電子單元內(nèi)燒壞的MOS場效應(yīng)管（IRFP4110）

零磁通CT 的A，B，C系統(tǒng)的極1 IDNC，極1 IDNE，極2 IDNC，極2 IDNE電子單元發(fā)熱嚴(yán)重。卸下屏柜正面空擋板，進(jìn)行紅外測溫，發(fā)現(xiàn)電子單元IDNC1A/B/C電子單元內(nèi)部溫度最高達(dá)到77℃，IDNE1A/B/C，IDNC2A/B/C電子單元內(nèi)部達(dá)到60℃。零磁通電子單元的功率消耗Power Consumption與測量電流相關(guān)。電流為零時，電子單元消耗功率為15W，隨著電流增大，消耗功率增加，電流為5000A時，電子單元消耗功率90W。DMI21/22/23內(nèi)電子單元測量電流為額定電流，發(fā)熱多，而DMI11/12/13屏內(nèi)電子單元一次測量電流在當(dāng)前工況下為零，功率消耗低，發(fā)熱量少。

調(diào)試及運(yùn)行以來零磁通電子模塊故障依次發(fā)生在IDNC1C，IDNE2C，IDNC1B，IDNC1A和本次的IDNE1A。推測電子單元發(fā)熱嚴(yán)重，散熱不良對電子單元頻繁故障有影響?？偨Y(jié)

控制保護(hù)設(shè)備室內(nèi)二次接線端子及電子模塊元件不可避免存在松動現(xiàn)象，由于接線端子松動導(dǎo)致的直流場相關(guān)電流，電壓量測量異常告警曾多次出現(xiàn)。對控制保護(hù)設(shè)備室內(nèi)二次屏柜端子排加強(qiáng)關(guān)注，極早發(fā)現(xiàn)端子松動或者虛接隱患。對零磁通電子模塊溫度和模塊散熱加強(qiáng)監(jiān)視，對零磁通零磁通戶外本體測量頭和零磁通電子模塊多監(jiān)視，零磁通方面知識欠缺，必要時去廠家做相應(yīng)培訓(xùn)，在日常巡檢過程中零磁通CT轉(zhuǎn)換模塊可以增加測溫的專項檢查。

參考文獻(xiàn)

[1]趙畹君 高壓直流輸電工程技術(shù) 中國電力出版社

[2]南瑞軟件：HZ-Appsoftware

[3]中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司.高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)備典型故障分析.北京：中國電力出版社，2009.[4]南京南瑞繼保電氣有限公司.RD6T011400-001，PCS-9500 直流控制保護(hù)系統(tǒng)硬件手冊，2009。

作者簡介

張柏熙，男，1993年4月出生，2015年8月參加工作，畢業(yè)于吉林化工學(xué)院信息與控制工程系電氣工程及其自動化專業(yè)，本科學(xué)歷，現(xiàn)在國家電網(wǎng)公司運(yùn)行分公司哈密特高壓管理處天山換流站工作。

第五篇：全數(shù)字化光學(xué)電流傳感技術(shù)研究

全數(shù)字化光學(xué)電流傳感技術(shù)研究

陳錫禹

【摘要】 本文簡述了研究全數(shù)字化光學(xué)電流傳感技術(shù)的意義，分析了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和研究發(fā)展趨勢；以及全數(shù)字化光學(xué)電流傳感技術(shù)方向目前國內(nèi)的瓶頸，尚待解決的問題，未來研究的主攻方向。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字化 光學(xué)電流 傳感技術(shù)

1、前言

隨著微電子技術(shù)、光電技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的測試、控制技術(shù)迅速在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，并深刻改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和管理模式。[1]尤其是光電技術(shù)的應(yīng)用及其與信息技術(shù)的結(jié)合，使得傳統(tǒng)電力系統(tǒng)工業(yè)面臨一場重大的技術(shù)變革。而今的光學(xué)電流傳感技術(shù)的日益發(fā)展也對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)提出了重大挑戰(zhàn)。

電流、電壓互感器作為電量測量裝置，是監(jiān)測一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵，也是二次設(shè)備工作的基礎(chǔ)。而如今的數(shù)字化光學(xué)電流傳感技術(shù)離不開光學(xué)電流傳感器，即那些利用光學(xué)技術(shù)直接或間接地對電流換能或測量，從而實(shí)現(xiàn)對電流傳感的裝置。[2]由于光學(xué)電流傳感器與傳統(tǒng)的電磁電流互感器相比具有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到越來越廣泛的關(guān)注。近年來，此領(lǐng)域的研究獲得許多進(jìn)展，有些研究單位已進(jìn)行了掛網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，有些研究成果正進(jìn)入產(chǎn)品轉(zhuǎn)化階段。[3]但是，我國在此領(lǐng)域的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用方面仍相對滯后,無論在科研、設(shè)備、技術(shù)、工藝,還是在應(yīng)用方面都無法與歐、美國家相比。隨著我國人民生活水平的不斷提高及認(rèn)識程度的深化，我國對于此類產(chǎn)品的需求會逐步增大，所以，我國開展對此的研究具有重大的社會意義巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2、國內(nèi)外電力系統(tǒng)中光學(xué)電流傳感技術(shù)發(fā)展情況

2.1我國光學(xué)電流傳感技術(shù)發(fā)展

隨著光學(xué)電流傳感技術(shù)的發(fā)展，由于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站的要求，我國基于電磁感應(yīng)原理的傳統(tǒng)電磁式互感器暴露出了一系列嚴(yán)重的缺點(diǎn)。[4] 1.電磁感應(yīng)式互感器的絕緣結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，體積大，造價隨電壓等級數(shù)呈指數(shù)關(guān)系上升；

2.由于其固有的鐵芯會產(chǎn)生磁飽和、鐵磁諧振等現(xiàn)象，造成動態(tài)范圍小、頻帶窄等；

3.以模擬量輸出不能直接與計算機(jī)相連，難以滿足新一代電力系統(tǒng)自動化、電力數(shù)字網(wǎng)等發(fā)展需要。[5,6] 與之相對比的光學(xué)電流傳感器，它涵蓋不同的測量原理、方法及測量傳輸方[7]式。與傳統(tǒng)的電磁式互感器相比，它的優(yōu)點(diǎn)也凸顯出來[8]: 1.測量頻帶寬，測量精度大；

2.動態(tài)范圍大，可在相當(dāng)寬的電流范圍內(nèi)保持良好的線性特性； 3.絕緣性能好，可用于傳感材料的光學(xué)玻璃，傳輸信號的光纖； 4.無開路導(dǎo)致高壓的危險； 5.不含油，沒有爆炸危險； 6.受電磁干擾小；

7.體積小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)簡單；

8.不含鐵芯，沒有磁鐵共振，沒有磁飽和及大電感引起的滯后現(xiàn)象;[9] 9.采用數(shù)字接口，通信能力強(qiáng)，可以直接和計算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)多功能化，智能化，數(shù)字化的要求。[10] 如果采用數(shù)字接口，通信能力強(qiáng)，對實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電力系統(tǒng)有著重要的意義。由于光電傳感器下傳的是數(shù)字信號，與通信網(wǎng)絡(luò)容易接口，且避免了信號在傳輸、儲存和處理中的附加誤差，提高了系統(tǒng)可靠性。這個特性在強(qiáng)電磁環(huán)境中可有效地保證信號的準(zhǔn)確性和可靠性。同時，隨著微機(jī)保護(hù)和控制設(shè)備的廣泛采用，光電互感器可以直接向二次設(shè)備提供數(shù)字量，不需要保護(hù)裝置中的變換器和 A/D 采樣部分，使設(shè)備得到大大的簡化。[11] 2.2國外光學(xué)電流傳感技術(shù)發(fā)展

國外光電電流互感器的研究始于二十世紀(jì)六十年代末和七十年代初，到八十年代和九十年代初OCT己經(jīng)開始了產(chǎn)品化研究，目前許多大公司己經(jīng)形成了成套產(chǎn)品。具有關(guān)資料統(tǒng)計，到1999年底，大約有2000多臺OCT掛網(wǎng)試運(yùn)行。早在1978年，美國西屋電氣公司就研制出用于SOOKV的OCT，其準(zhǔn)確度為:比差0.3%、角差士5 ,量程3kA，掛網(wǎng)試運(yùn)行一年。美國五大電力公司各自在1982年左右成立了OCT專題小組，且研制成功了161kV獨(dú)立式OCT(1986-1988)。在1989年5月至1992年又成功地研制了最高工作電壓為345kV，測量范圍為20-2kA，準(zhǔn)確等級為0.3級的計量用和保護(hù)用OCT，且掛網(wǎng)試運(yùn)行。1991年6月ABB電力T&D有限公司公布了用于345kV變電站計量和保護(hù)的OCT系統(tǒng)，在運(yùn)行四個月后，與標(biāo)準(zhǔn)CT比較，誤差僅0.4‰ 到1994年ABB公司不僅擁有多種電壓等級的交流數(shù)字光電式OCT，也開發(fā)出直流數(shù)字式OCT，并在多個地區(qū)掛網(wǎng)運(yùn)行。日本也是較早開始OCT研究的國家之一。日本除研究SOOKV, 1000kV高壓計量用OCT外，還進(jìn)行SOOKV以下直到6600電壓等級的GIS用或零序電流、電壓光電傳感器。東方電氣公司和東芝公司合作，1987年8月至1989年3月研制的GIS設(shè)備用OCT在制造廠條件下長時間進(jìn)行試驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)皆符合JGC1201標(biāo)準(zhǔn)，并在1989年末通過試驗(yàn)鑒定。[15]

3、尚待解決的問題以及對未來的展望

與國外相對比，我國的光學(xué)電流傳感器還有很大的差距。但近些年來光學(xué)電流傳感器研究取得了可喜的進(jìn)步，但離實(shí)用化，產(chǎn)品化仍然有一定距離。其障礙在于需要克服各種因素引起的系統(tǒng)溫度與振動穩(wěn)定性降低的問題。[12] 目前，已經(jīng)得到普遍應(yīng)用的光纖數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將逐步取代微波、載波等傳統(tǒng)通信方式，成為電力系統(tǒng)通信的主干網(wǎng)絡(luò)，將原來分布的、孤立的各發(fā)、變、配、送、用電系統(tǒng)融合為一個整體；光纖傳感技術(shù)與故障診斷技術(shù)的結(jié)合為電力主設(shè)備的安全可靠運(yùn)行提供了全新的監(jiān)測手段，大大提高了電力主設(shè)備的運(yùn)行管理水平；數(shù)字化、智能化電子設(shè)備和數(shù)字繼電保護(hù)裝置的廣泛應(yīng)用，在保持原有功能的基礎(chǔ)上，提供了系統(tǒng)功能擴(kuò)展和集成的良好平臺。[13][14]

目前，我國所面臨的困難還有“準(zhǔn)確測量任何時刻的電流瞬時值”是電流互感器的理想測量品質(zhì)[15]。廣泛使用的鐵磁線圈電流互感器，盡管穩(wěn)態(tài)測量精度能[16]夠滿足 0.2 級的要求，然而短路故障時存在磁路飽和現(xiàn)象，動態(tài)測量能力差，是保護(hù)裝置誤動和拒動的主要原因[17]。基于Faraday電磁感應(yīng)原理的Rogowski線圈電子式電流互感器，不存在磁路飽和現(xiàn)象[18,19]，但其在基本原理上決定了Rogowski線圈電流互感器不能測量穩(wěn)恒直流，但是對于變化比較緩慢的分量，比如非周期分量，也不能保證測量精度[20]。

目前的研究多集中于測量用光學(xué)電流傳感器，對線路防護(hù)(繼電保護(hù))用電流互感器的報告還不多。然而這兩種用途的光學(xué)電流傳感器對電力系統(tǒng)而言都是需要的。故對線路防護(hù)用電流互感器的研究亦應(yīng)加強(qiáng)。

4、參考文獻(xiàn)

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