積分器在電子式電流互感器中的應(yīng)用_圖文

1、電氣應(yīng)用2006年第25卷第5期數(shù)字積分器在電子式電流互感器中的應(yīng)用王濤李紅斌陳金玲馮凱(華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院430074摘要為了克服模擬器件的溫漂、時漂等缺陷,文中提出,在電子式電流互感器中采用數(shù)字積分器ADE7759代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬積分技術(shù),并對ADE7759的應(yīng)用進行了介紹。實驗表明,采用該數(shù)字積分器的電流互感器系統(tǒng),精度可滿足IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)0.2級要求。關(guān)鍵詞空心線圈電流互感器數(shù)字積分器1引言IEC60044-8ElJ詳述了標(biāo)稱頻率15Hz到100Hz、具有模擬電壓輸出或數(shù)字輸出、用于測量和保護的新型電流互感器,指出傳感器可為光學(xué)電子設(shè)備、空心線圈(有無積分器均可及配

2、有取樣電阻用作電流電壓轉(zhuǎn)換的鐵心線圈(或配電子元件。其中,空心電流互感器具有測量準(zhǔn)確度高(設(shè)計準(zhǔn)確度可高于0.1%、測量范圍寬(同一繞組用來測量的電流范圍可從幾安到幾千安、頻率范圍寬(一般為0.1Hz一1MHz、低功率輸出、測量線性度好、生產(chǎn)制造成本低等優(yōu)點,因而在電力系統(tǒng)的新型電流測量方法的研究中得到了越來越多的重視【2|。2互感器工作原理空心線圈是均勻纏繞在一個截面均勻的非磁性骨架上的線圈,如圖1所示。尺a移Rb】釅聰“J防磁甏婁e(f圖1空心線圈原理圖當(dāng)有電流從線圈中心流過時,線圈兩端會產(chǎn)生感應(yīng)電勢出:一掣:一肘掣式中,緲為磁鏈;M為空心線圈的互感系數(shù);i -96-為被測電流。當(dāng)載流導(dǎo)體

3、處于線圈中心位置不變時,膨是一個常數(shù),其值由下式?jīng)Q定肘=警In瓦aa式中,口。為真空磁導(dǎo)率;N為線圈匝數(shù);h為骨架高度;R。為骨架外徑;Rb為骨架內(nèi)徑。很明顯,此感應(yīng)電勢是被測電流的微分。在空心電流互感器中,必須使用積分器對線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電勢進行積分,以還原出被測電流信號。此外,根據(jù)實際應(yīng)用的不同,空心線圈可位于電流互感器的高電位側(cè),也可位于低電位部分。這里,所研制的電流互感器擬應(yīng)用于220kV系統(tǒng),故將空心線圈置于系統(tǒng)的高電位側(cè)。3數(shù)字積分目前應(yīng)用于電流互感器的積分器可分為數(shù)字積分器與模擬積分器兩種。受模擬器件分散性、溫漂特性、時漂特性,放大器失調(diào)電流、失調(diào)電壓和輸入阻抗的影響,模擬積分

4、器在長期運行時很可能出現(xiàn)隨時間和外界環(huán)境溫度進行的漂移現(xiàn)象。為了克服模擬積分器的缺陷,可以使用數(shù)字積分的方法。數(shù)字積分器設(shè)計靈活,受環(huán)境干擾小,可靠性和可、重復(fù)性高,避免了傳統(tǒng)模擬積分器溫漂、時漂的問題。實現(xiàn)數(shù)字積分的方法很多,最常見的是采用A/D轉(zhuǎn)換芯片(ADC將傳感頭所得模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,輸入至單片機或DSP,然后設(shè)計相應(yīng)的數(shù)字積分算法來實現(xiàn)。若要達到較高的測量準(zhǔn)確度,ADC的轉(zhuǎn)換位數(shù)要足夠高,這樣的ADC芯片通常價格昂貴;或者只要樣點數(shù)足夠高,采用低分辨率的ADC也可達到精度要求,但這樣會加重 電氣應(yīng)用2006年第25卷第5期數(shù)字積分器在電子式電流互感器中的應(yīng)用Bit39to36:

5、CH219:16Bit35to32:CHl19:16Bit31to16:CHl15:0Bit15to0:CH215:03.3ADE7759的操作在實際應(yīng)用中,ADE7759通過串行方式將波形數(shù)據(jù)從ADE7759的WaveForm寄存器傳輸?shù)降蛪簜?cè)DSP中進行處理。ADE7759的串行口由四個信號引腳組成: SCLK、DIN、DOUT、孺。其中,SCLK引腳用來輸入數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇袝r鐘;DIN引腳用來輸入來自DSP的操作命令;DOUT引腳用來從ADE7759輸出波形采樣數(shù)據(jù);孺為ADE7759的片選信號引腳,低電平有效。在對ADE7759進行讀數(shù)據(jù)操作之前,必須先對其進行初始設(shè)置,在這里主要是對其

6、Mode、CHlOS、CH20S、IRQEN、GAIN等寄存器進行設(shè)置,以確定芯片所要完成的功能及數(shù)據(jù)輸出格式。在所研制電流互感器中,通過對這些寄存器進行寫操作,將ADE7759設(shè)置為雙通道模式,波形采樣率設(shè)置為14kS/s。根據(jù)采樣定律,可完成對最高頻率為7kHz的信號進行采樣。在這些初始設(shè)置完成之后即可從ADE7759讀取波形采樣數(shù)據(jù)。首先把WaveForm寄存器地址寫到Communications寄存器,并設(shè)置Communica. tions寄存器Bit7=0;在此寫操作完成之后,即可從ADE7759讀取一幀波形采樣數(shù)據(jù)。重復(fù)此寫一讀操作,即可不斷將波形采樣數(shù)據(jù)讀出至DSP中進行相關(guān)處理

7、。在ADE7759的數(shù)據(jù)寫操作期間,每次傳輸數(shù)據(jù)的一個字節(jié)到片內(nèi)的寄存器中;當(dāng)先前的字節(jié)正在寫到片內(nèi)寄存器時,可以開始傳輸其他字節(jié)到串行IZl,但直到先前字節(jié)的傳輸結(jié)束4tts后,第二個字節(jié)的傳輸才能開始。在進行多字節(jié)寫操作時,先傳輸高字節(jié),再傳輸?shù)妥止?jié)。在ADE7759讀數(shù)據(jù)期間,數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿從DOUT邏輯輸出移出。當(dāng)ADE7759的一個寄存器被選中進行讀操作時,該寄存器中完整的內(nèi)容將一次性全部傳輸?shù)酱锌?這樣,當(dāng)ADE7759在進行多字節(jié)傳輸?shù)耐瑫r,可以修改該片內(nèi)寄存器的內(nèi)容,而不會影響正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。一983.4ADE7759的供電如何有效地向積分器提供電能,目前可采用的解決

8、方案有兩種,一種是小CT供電,另一種是采用光供電的方式。在本系統(tǒng)中,ADE7759的典型功耗僅為25mW,其功耗較低,同時考慮到整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定、可靠性,通過比較兩種供電方式,確定本系統(tǒng)采用光供電的方式,向積分器提供電能。4實驗結(jié)果采用ADE7759作為數(shù)字積分器、以空心線圈為傳感頭所研制的電子式電流互感器,在實驗室環(huán)境下,取額定電流為1000A,使用GHJH電子式互感器校驗儀對互感器進行校驗,實驗結(jié)果如圖5所示。結(jié)果表明,所研制電子式電流互感器誤差在IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)0.2級要求的限制之內(nèi)。O.70.6懿i剁0.3丑0.20.1O1412,、10、v8橢6罌42.jt|L、.,/電流

9、/A(a比差.j|fl|1.:電流/A(b相差圖5實驗數(shù)據(jù)實驗結(jié)果也顯示,在被測電流較小時系統(tǒng)的誤差較大,這主要是由于小信號時系統(tǒng)的信噪較低。因此,下一步的研究方向是進一步提高系統(tǒng)的信噪、比,加強測量小電流準(zhǔn)確度的能力。5結(jié)束語ADE7759內(nèi)置的數(shù)字積分器,具有受環(huán)境干擾小、可靠性和精度高等特點,避免了傳統(tǒng)模擬積分器溫漂、時漂的問題,電路簡單,從而使ADE7759適于作為數(shù)字積分器應(yīng)用于電子式電流互感器。(下轉(zhuǎn)第102頁電氣應(yīng)用2006年第25卷第5期電子式電流互感器高壓側(cè)電源的研究與實現(xiàn)(3補償匝數(shù)問題從理論上講,只要補償線圈的匝數(shù)足夠多,一次側(cè)能通過的電流可以任意大。但是在實際應(yīng)用中,由

10、于受鐵心尺寸的限制,鐵心上繞的補償線圈匝數(shù)有限,所以允許一次側(cè)通過的電流是有限的。5結(jié)束語本文采用了特制小CT從母線上取能的供電方案,用補償線圈有效降低一次側(cè)大電流時對電源的影響。實驗結(jié)果證明該方案的可行性。根據(jù)本方案制作的電源能夠在線路電流為6A時為高壓側(cè)提供不小于400roW功率,可以滿足傳感頭電子電路的功耗要求。在線路電流為900A時供能電源亦能正常工作,基本滿足設(shè)計要求。而若以小CT取電與CVT取電兩種方式相配合,則可覆蓋彼此盲區(qū),此方式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,可作為一種過渡解決的方案。與在線供能方式相比,激光供電具有結(jié)構(gòu)簡單、絕緣性能好、工作可靠性高、不受高端線路變化的影響、抗干擾性強等優(yōu)點,但

11、目前也存在的一些問題,主要是大功率激光光源所能提供的能量有限,光電池的光電轉(zhuǎn)換效率偏低,DC/DC轉(zhuǎn)換器件的自身消耗較大,價格昂貴等方面,這些問題將隨著科技的發(fā)展和工藝的進步逐步得以解決,而微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,傳感頭電路的功耗也會降低,從而降低對激光光源功率要求,所以從長遠來看,激光供能是電子式互感器高壓側(cè)的理想供能方式。參考文獻路的研究.電工電能新技術(shù),2003,22(12聶一雄,尹項根,李偉等.有源光電式互感器工作電源設(shè)計.電力自動化設(shè)備,2003,23(123錢政.有源電子式電流互感器中高壓側(cè)電路的供能方法.高壓電器,2004,40(24賀家李,宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理(3版M.北

12、京:中國電力出版社,1994.5李芙英,朱小梅,紀(jì)昆等.一種應(yīng)用于高電壓側(cè)測量系統(tǒng)中電源.高電壓技術(shù),2002,28(36李芙英,陳永亭.應(yīng)用于光電式電流互感器的懸浮式電源的設(shè)計.繼電器,1999,27(1Research and Design of the HighPotential Circuit Power SupplyfOr Electronic Current Transformer月Bin(Hunan UniversityAbstract The situation of electronic current transformer is summarized;and severs

13、power supply methods for high poten-tial circuit are compared.The power is induced from line by means of a special C T.A power supply device is developed,some problems which mayappearin practical application are discussed.The results showed that the circuit of power supplies can supply power about40

14、0roW when the current change from 6A to900A,it can satisfy the requirements of the high poten-tial circuitpower supply.Keywords electronic current transformer power supplies cir-cuit high potential circuit power supply1李澎,蔡志斌,羅承沐.光電電流互感器的供能電收稿日期:20051031(上接第98頁參考文獻(Hu北h。“g universiy。f science and Te

15、chn。l。gy 1IEC600448Electronic current transformers.20032Kojovic L.Rogowski coils suit relay protection and measure-ment.IEEE Computer Applications in Power,1997(7:47523張明明,張艷,李紅斌等.Rogowski電流互感器的積分器技術(shù).高電壓技術(shù),2004(9The Application of Digital Integratorin Electronic Current Transformer-102-Wang TaoAbstr

16、act For overcoming the limitation of analog devices suchas temperature drift and time drift and ete,a ADE7759chipwhich can be used as a digital integrator in electrical currenttransformer is adopted.And the usage of ADE7759is introducedin brief.It isproved bythe accuracy experiments that the ECTcan

17、meet at0.2class in IEC60044-8.Keywords Rogowski coil current transformer digital integrator收稿日期:2005一0912 數(shù)字積分器在電子式電流互感器中的應(yīng)用作者:王濤, 李紅斌, 陳金玲, 馮凱作者單位:華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,430074刊名: 電氣應(yīng)用英文刊名:ELECTROTECHNICAL APPLICATION年,卷(期:2006,25(5被引用次數(shù):7次參考文獻(3條1.IEC60044-8 Electronic current transformers 20032.Kojovic

18、L Rogowski coils suit relay protection and measurement 1997相似文獻(10條空心線圈電流互感器的原理、結(jié)構(gòu)及輸出信號等與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器有很大不同,其性能易受外界磁場及環(huán)境溫度等因素的影響.該文對影響空心線圈電流互感器性能的磁場及溫度等干擾因素進行詳細分析,在理論分析的基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的改進措施,并研制了一臺220kVGIS用空心線圈電流互感器,給出了實驗結(jié)果.實驗表明,改進后的空心線圈電流互感器受環(huán)境溫度及外界磁場的影響很小,且具有較好的頻率特性和暫態(tài)特性,互感器滿足0.2級精度要求.研究-工礦自動化2009,35(8高性能PCB

19、空心線圈電流互感器為大截面結(jié)構(gòu),而理想空心線圈電流互感器要求為小截面結(jié)構(gòu).文章通過詳細的理論分析和推導(dǎo),解除了對截面大小的這一限制,得出大截面、高精度的PCB空心線圈電流互感器具有和理想空心線圈電流互感器相同測量原理的結(jié)論,為PCB空心線圈電流互感器的優(yōu)化設(shè)計和在礦區(qū)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ).實驗研究結(jié)果表明,高性能PCB空心線圈電流互感器具有良好的測量精度、參數(shù)一致性、優(yōu)異的工頻暫態(tài)性能和抗電磁干擾能力,適應(yīng)礦區(qū)的電力環(huán)境和電力系統(tǒng)進一步數(shù)字化的發(fā)展潮流.本文對空心線圈電流互感器性能進行了分析?？招木€圈電流互感器的原理、結(jié)構(gòu)及輸出信號等與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器有很大不同,其性能會受環(huán)境

20、溫度及外界磁場等因素的影響。文章在理論分析的基礎(chǔ)上給出相應(yīng)的改進措施。實驗表明,改進后的空心線圈電流互感器受環(huán)境溫度及外界磁場的影響很小,互感器的穩(wěn)定性滿足實用化要求。圈電流互感器的設(shè)計與研究-高壓電器2009,45(5為了進一步提高傳統(tǒng)空心線圈的互感系數(shù)及其穩(wěn)定性,以獲得高精度的測量結(jié)果,提出一種新型PCB板空心線圈電流互感器.它具有全新的物理結(jié)構(gòu),通過其自身采取的抗干擾措施能夠有效的抵抗外界的電磁干擾;并且,經(jīng)過簡單的組合即能有效地提高其互感系數(shù).分析了新型PCB板空心線圈電流互感器的傳感原理及抗干擾機理,給出了在不同電流級別下PCB空心線圈的結(jié)構(gòu)以及一次導(dǎo)線的擺放特點,并針對其中一種設(shè)計結(jié)構(gòu)制作了實際模型,進行了線性度與抗干擾能力測試,結(jié)果表明:額定電流為100A時,其測量準(zhǔn)確度達到了0.2級,且具有較強的抵抗外界電磁場干擾的能力.5.學(xué)位論文胡愛華基于空心線圈的電流互感器的數(shù)字化處理研究2003電子式線圈電流互感器的原理、結(jié)構(gòu)及輸出信號等與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器有很大不同,其性能會受外界磁場等因素的影響.本文對影響