[发明专利]电子式电流互感器

说明书

技术领域

本发明属于电力系统的电流互感器，尤其涉及一种采用罗氏(Rogowski)线圈、压频变换电路和脉冲计数器的电子式电流互感器，适用于高压各个电压等级电力系统的电流测量。

背景技术

目前电力工业主要采用含有铁心的电磁式电流互感器测量一次电流。过大的被测电流以及故障电流中的非周期分量都容易使电磁式电流互感器的铁心饱和，造成互感器输出波形畸变，进而很有可能引起继电保护装置误动或者拒动。而且，用于高压的电磁式互感器大多采用油绝缘，存在易燃易爆等安全隐患。同时，随着电力系统电压等级的提高，越来越复杂的互感器绝缘设计也使互感器的成本急剧上升。另外，电磁式互感器的模拟输出难以与数字化的二次设备直接接口，不能适应变电站的数字化发展趋势。

电子式电流互感器采用光学器件或者罗氏线圈等器件作为传感元件以获取被测电流信号，并采用光纤传送信号，从而从根本上克服了电磁式电流互感器容易铁心饱和、绝缘设计困难、不能直接数字化输出的缺点。电子式电流互感器一般由位于高压侧的传感单元、位于低压侧的信号处理单元以及连接两者的信号光纤三大部分构成。目前已有不同形式的采用罗氏线圈作为传感单元的电子式电流互感器投入运行或者试运行。

罗氏线圈的输出信号是被测电流的微分，为了得到被测电流信号，需要对罗氏线圈输出信号进行积分还原。目前，采用罗氏线圈的电子式电流互感器大多数利用模拟积分电路来实现积分功能，模拟积分电路虽然对稳态正弦电流具有良好的积分作用，但是却不能准确反映故障电流的暂态过程，而且模拟积分电路自身就容易受环境温度的影响，所以要设计一个能长期稳定工作并且能良好反映故障电流暂态过程的模拟积分电路是比较困难的。专利号200520070558.3的“基于数字积分的空芯线圈电流互感器”提出了利用具有数字积分功能的FPGA芯片来实现积分，能获得较好的长期稳定性，但受到积分频带宽度的限制，仍然不能准确反映故障电流的暂态过程。

目前有人将压频变换(Voltage-to-Frequency Converter，VFC)电路应用于电子式电流互感器，但是目前的VFC电路都不能实现良好的积分功能。专利号00265522.5的“一种电子式高压电流互感器”采用罗氏线圈获取被测电流信号的微分波形，用积分放大电路对罗氏线圈输出信号进行积分，然后将积分放大电路的输出信号通过VFC电路转换为脉冲，并通过光纤送至低压侧；由于该专利使用了积分放大电路，所以其VFC电路并无积分功能和模数转换功能，该专利仅仅只是利用VFC电路和光纤实现高压侧和低压侧之间的绝缘隔离。

李芙英等作者在《清华大学学报(自然科学版)》2000年第40卷第3期第28至第31页发表了文章《基于Rogowski线圈和压频变换的电流测量方法》，聂一雄等作者在《继电器》第2005年第33卷第6期第46至第50页发表了文章《电子式互感器模-数转换方法的研究》，聂一雄等作者在《汕头大学学报(自然科学版)》第2006年第21卷第2期第59至第64页发表了文章《电压-频率转换器在电子式互感器中的应用》，这三篇文章研究了VFC电路和脉冲计数器在电子式电流互感器中的应用，它们都是通过VFC电路将罗氏线圈输出信号转换为脉冲，然后对脉冲进行计数。这三篇文章都指出，必须选取特定长度的脉冲计数周期。这种计数方法实质上是一种短时间窗的计数，计数周期必定远小于一个基波周期，并没有全频带的频率响应特性，其结果正如这三篇文章的结论所说，这种计数方法对于奇数次谐波分量没有幅度和相位的失真，但是将完全滤掉偶数次谐波。然而实际电力系统的电流包含有丰富的奇数次和偶数次谐波分量，所以，这种计数方法得到的输出波形将会畸变。

目前电子式电流互感器在高压侧的传感单元一般采用逐次逼近式模数转换实现模拟信号到数字信号的转换，这就要求传感单元从低压侧的信号处理单元获取采样同步信号。由于需要满足高压侧和低压侧之间的绝缘隔离和严格的采样同步精度要求，专利号03125398.9的“同步采样的多相数字化光电式电流互感器”和专利号200620031571.2的“基于GPS同步的光供能高压光电电流互感器”分别提出了当前两种主要的传送采样同步信号的装置，这些装置都比较复杂，降低了电子式电流互感器的可靠性。

发明内容

本发明提供一种电子式电流互感器，该互感器利用罗氏线圈感应被测电流，并通过VFC电路、脉冲计数器和微处理器的配合，对罗氏线圈输出的电流微分信号进行积分还原得到被测电流信号，解决当前电子式电流互感器结构复杂、难以准确测量暂态故障电流、长期稳定性差的问题，以提高测量精度。