自励源电子式电流互感器研发中的关键技术

自励源电子式电流互感器研发中的关键技术

第33卷　第6期2009年3月25

日Vol.33　No.6Mar.25,2009

自励源电子式电流互感器研发中的关键技术

刘忠战1,莫卫东2

(1.西安华伟光电技术有限公司,陕西省西安市710118;2.空军工程大学理学院,陕西省西安市710051)

摘要:简要分析了向有源电子式电流互感器高压侧信号采样变送电路提供电源的困难,根据电磁场储能原理,采用微晶磁性材料作为环形磁导体以及特殊的限流组件,解决了磁场取能作为自励源供电的技术难题,使之满足唤醒电流、唤醒时间和饱和大电流这3项重要指标要求。关键词:电子式电流互感器;磁场取能;自励源中图分类号:TM764

0　引言

电子式电流互感器(ECT)采用光纤传输以达到绝缘隔离的目的,提供稳定可靠的直流电源,工程化的关键技术难题。

交变电磁场,。这是一种理想的“就近取能”方案。由于该能量取自被测对象,也用于被测对象,依靠交变电磁激励获得,故称为“自励源”。然而,此方案却由于诸多无法解决的技术难题屡遭放弃,以至于许多研究者不得不采用

[122]

激光或微波等复杂昂贵设备“隔离送能”。

本文应用电子技术、光通信技术和磁性材料技术的最新成果,研究解决了自励源的供电技术难题。

,,()。

向ECT的高压侧信号采样变送线路提供直流电源的研究主要集中在2个方面:一是供能的成本和可靠性;二是使用和维护的方便性。

根据电磁场储能原理,从高压母线直接获取能量的途径有电场取能和磁场取能2种。本文为ECT设计的自励源供能方案采用磁场取能,其原理如图2所示

。

1　自励源ECT应用解决方案

采用ECT进行高压输变电线路测控的解决方案如图1所示

。

图2　自励源磁场取能示意

Fig.2　Diagramtakingenergyfrommagneticfieldfor

self2excitationpowersupply

图1　基于LPCT的ECT应用系统

Fig.1　ApplicationsystemofECTbasedonLPCT

高压侧传感单元采用的是LPCT。LPCT输出的电压信号需要由位于高压侧(一次)信号处理电路

收稿日期:2008207226;修回日期:2008212205。

科技部科技型中小企业技术创新基金资助项目(06C26216100557)。

根据电磁学原理,在取能线圈中存储的能量为:

2

(1)Wm=BHV=LI

22

式中:Wm为磁场储能;B为磁感应强度;H为磁场强度;V为取能线圈包容的体积;L为取能线圈的电感;I为取能线圈中的电流。

自励源在被测母线大电流的条件下供能效果很理想,但若高压导线的电流不是足够大时,将会影响ECT信号采样变送处理电路的正常工作。为了能在高压母线小电流时尽可能多地获取能量,该方案在高压母线外设计了一个具有较高磁导率的微晶磁性材料作为环形磁导体,以增大取能线圈的电感值。实践表明,该磁场取能方案具有以下优点:体积小,结构紧凑,绝缘封装简单,使用安全。

自励源电子式电流互感器研发中的关键技术

采用自励源电源供能方式的ECT应用解决方案架构如图3所示

。

图3　自励源ECT应用解决方案Fig.3　ComprehensivesolutionofECTwith

self2excitationpowersupply

2　实现自励源为了真正实现T,使其成为高压侧变送电路长期工作稳定、可靠的电源,必须满足IEC6004428[3]标准的相关要求,重要的技术指标有3项,分别是唤醒电流、唤醒时间和饱和大电流。2.1　唤醒电流

在IEC6004428标准中有关唤醒电流有明确的定义:使采样变送电路进入工作状态的最小的一次电流为唤醒电流。唤醒电流代表了采样变送电路所能检测到的最小电流,实际上是ECT测量的灵敏度。不过,对于采用自励源的ECT,唤醒电流有2个方面的意义:其一,唤醒电流是可测量到的被测高压母线上的最小电流,可称为标准唤醒电流;其二,若被测高压母线电流过小时,自励源可能将无法取得使ECT采样变送电路正常工作的直流电源能量,即唤醒电流又是保证ECT正常工作的被测高压母线上的最小电流,可称为工作唤醒电流。本文对唤醒电流关注的重点主要放在后一项。因此,可从2个方面减小ECT的唤醒电流:一方面提高自励源取能装置的灵敏度;另一方面减小ECT采样变送电路的启动功耗。

选用新型超低功耗信号处理器件是减小ECT采样变送电路启动功耗的最简单方法,而要提高自励源取能装置的灵敏度,则需在自励源的取能装置上采取措施。

根据式(1)可知,取能线圈的电感是决定自励源取能装置灵敏度的主要参数。在被测高压线(一次)电流和取能线圈的匝数与磁通面积不变的条件下,选用较大初始磁导率的磁性材料是提高取能线圈电感的唯一有效方法。通过对多种磁性材料初始磁化曲线的分析比较发现,微晶磁性材料具有比其他磁性材料更大的初始磁导率。所以选用微晶磁性材料制作自励源取能线圈磁芯。

经过大量优化实验,当微晶磁材料的导磁截面为4cm2时,可以做到在一次电流只有016A条件下,自励源的功率已大于30mW,使ECT的标准唤醒电流只有几百毫安,完全满足IEC标准与ECT实用的要求。若继续增大取能线圈导磁截面面积,自励源的取能效果会有相应提高。但是,在被测的一次电流较大时,,所严重影响自励源直,取能线圈的导磁面积,在确保自励源取能灵敏度的条件,取能线圈的导磁面积一般应在5cm2左右较好。

据统计,大多数被测高压线路即使在空载状态也有约1A电流(容性或感性),已 …… 此处隐藏：5573字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……