互感器应用

互感器应用（精选12篇）

互感器应用 篇1

1 前 言

目前在现场采用的互感器大部分是传统的电流电压互感器, 其利用的就是电磁感应原理, 例如电流互感器, 它的一次绕组串联在电路中, 二次绕组上接有继电保护或仪器仪表等自动控制装置, 通过绕组之间高低电压的电磁耦合, 将大电流变成小电流, 并且在电气上将二次系统与一次系统相隔离, 但必须保证的是铁芯与绕组线圈之间以及一、二次绕组之间有高耐压强度的绝缘层, 这样才能确保二次系统与一次高电压系统相隔离。

2 电流互感器存在的问题

1) 随着电力系统输送电量的急剧增加, 输电电压也越来越高, 从而对互感器的绝缘要求也高, 使得绝缘层的体积重量越来越大, 结构越来越复杂, 成本价格越来越高。

2) 电流互感器的铁心在强大电流下会饱和, 这样当电力系统发生故障短路时, 强大的短路电流导致电流互感器饱和, 造成互感器的传变条件变坏, 使输出的二次电流发生严重畸变, 从而会造成保护拒动, 或者误动。

3) 电流互感器的饱和也会让波形发生畸变, 由于频带窄所以它的频带响应特性也比较差, 从而使得基于高频暂态分量的新型的快速保护功能很难实现。

4) 另外由互感器引起的铁磁谐振、易燃易爆及动态范围小等缺点一直难以克服。

3 光电互感器的特点

新型的光电互感器在原理上与传统的电流电压互感器完全不同, 输出的是数字信号, 它是基于光电技术原理来测量电流电压的。光电互感器是光学电压互感器 (OTV) 、光学电流互感器 (OTA) 和组合式光学互感器等各种光学互感器的通称。

光电互感器由位于保护控制室的合并器单元 (OEMU) 和室外的传感头部件 (OEH) 、信号柱 (OES) 、光缆共同组成。合并器单元 (OEMU) 是低压侧数据处理系统, 并且为高压侧采集器提供能源。

1) 接收来自继电保护装置的同步光信号, 实现采集器间的采样同步功能。

2) 用于接收来自电磁式互感器的模拟信号和采集器单元 (OESC) 的数字信号, 并对这些信号进行合并处理后以光电信号方式对外输出数据。

3) 以光能量的形式, 为采集器提供工作能源。

新型的互感器在应用中, 往往会出现与传统互感器混合应用的现象, 解决这个问题的方法很多, 可以将合并器接收并处理来自多个采集器的数字信号, 还可以接收并处理传统电磁式互感器提供的电压、电流模拟量。此外, 合并器还提供同步信号输入通道, 它可以接收变电站的同步信号以及和它相连的各个采集器, 当变电站同步信号丢失时, 合并器可以利用二次设备进行信号同步。当变电站同步信号源丢失或没有同步信号源时, 还可以手动配置一台合并器用于同步信号输出, 让其他合并器进行接收。合并器还具有一些辅助功能, 通过辅助 CPU 和其扩展提供保护、测量数据, 同时通过光纤以太网接口将这些数据给提供给监控、测量等装置。

光缆的作用是用来传输采集器与合并器间的数字信号及激光电源的能量。

信号柱是由环氧筒构成支撑件, 筒内填充的是用来增强绝缘并保护光缆的绝缘脂。传感头部件包括进线柱, 出线柱, 屏蔽环, 采集器单元等, 其内部还包括串行感应分压器和罗哥夫斯基线圈。

如图2所示:在实际中传感头与电力设备的高压部分等电位, 其传变后的电压和电流模拟信号由采集器 (OESC) 就地转换成数字信号。串行感应分压器使测量准确度提高。

罗哥夫斯基线圈, 是将一次侧大电流转换成二次的低电压模拟量输出或数字量输出。传感器不含铁芯, 使用了原理上没有饱和特性的罗哥夫斯基线圈, 通过这个线圈得到了与一次电流I1的时间微分成比例的二次电压E2, 再将该二次电压E2进行积分处理, 从而获得了与一次电流成比例的电压信号。

整个互感器在二次回路中采用模拟积分和数字积分等技术, 通过数字运算, 并利用去除直流偏置回路和不完全积分器的技术, 有效地抑制了因直流偏置使积分值飞快增大的难题, 确保了作为叠加值直流分量信号的真实反映。另外电流互感器将不完全积分器控制在一个适当的数值内, 在二次回路也利用抑制雷电过电压和操作过电压的措施, 提高了互感器的耐冲击特性。互感器的电源供给方式和主讯号的变换及传递, 均采用独特的电磁兼容设计技术, 从而使其抗干扰能力得到增强, 能有效可靠的工作。

采集器用来对模拟量输入进行采样、模数转换, 他提供电压、保护电流和测量电流这三路模拟量输入, 经低通滤波器进入模数转换回路。

对于35kV 及以下电压等级的互感器, 绝缘结构较为简单, 这种电压等级的互感器一般可以省掉采集器和合并器, 直接将电流 (电压) 传感器的信号通过电缆引入保护装置。对于装在室外或距离较远的场合, 可以就地增加采集器进行模数转换, 使用电缆提供工作电源, 转换后的数字信号通过光纤接到保护装置。

1) 光电互感器没有磁饱和现象、精度高、良好的暂态特性, 解决了传统电压互感器的铁磁谐振问题。

2) 在光电式电流互感器中, 电气量是通过由绝缘材料做成的玻璃光纤由高压侧传输到低压侧的。绝缘不仅结构简单, 造价低;用绝缘脂替代了传统互感器的油或 SF6, 互感器性能更加稳定, 避免了充油互感器可能出现的燃烧爆炸等事故。

3) 所有的数字信号在光缆中传输, 增强了抗电磁干扰的性能, 大大的提高了数据的可靠性。

4) 光电式电流互感器传感头部分的频率响应范围宽, 可以测出高压电力线路上的谐波。

5) 光电互感器自身具有自检功能, 若出现故障, 保护装置将会因收不到校样码正确的数据而判断出互感器异常。

6) 体积小、重量轻, 一般小于1kg。

4 结束语

光电式电流互感器采用一般数字量输出, 不仅更好的地适应微机保护、电力计量数字化, 也跟得上自动化发展的潮流。随着光电互感器的广泛应用, 会提高电力系统自动化、数字化的发展水平, 促进智能化、数字化电器设备成套应用技术的应用。

摘要：分析光电互感器的原理, 并与传统的互感器相比较, 分析其特点及应用。

关键词：光电互感器,合并器,传感头部件,采集器

互感器应用 篇2

【教学目标】 1.知识与技能:(1)、了解传感器应用的一般模式;(2)、理解应变式力传感器的应用――电子秤的工作原理。(3)、理解声传感器的应用――话筒的工作原理。

4、理解温度传感器的应用――电熨斗的工作原理(5)、会设计简单的有关传感器应用的控制电路。2.过程与方法: 通过实验结合物理学的知识,探究电子秤、话筒、电熨斗等的工作原理,从而了解力传感器、声传感器和温度传感器的一般应用,进一步总结出传感器应用的一般模式。

3.情感、态度与价值观 激发学生的学习兴趣,培养动手能力,提高创新意识,提高物理理论知识与实际相结合的综合实践能力。

【教学重点】:各种传感器的应用原理及结构。【教学难点】:各种传感器的应用原理及结构。【教学方法】:PPT课件,演示实验,讲授

【教学用具】:小型电子秤,话筒,电熨斗、示波器。【教学过程】

一、引入新课

师:上节课我们学习了传感器及其工作原理。传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量,或转化为电路通断的一类元件。请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件? 学生思考后回答:光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。这节课我们来学习传感器的应用

二、进行新课

1、传感器应用的一般模式

师:阅读教材开头几段,然后合上书,在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。提示:一般情况下,传感器产生的信号非常微弱,要想触发控制电路,此信号必须进一步放大才可以,所以需要放大电路,即放大器。

生:阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。

师:下面学习几个传感器应用的实例。2.力传感器的应用----电子秤

师:阅读教材61页最后一段,思考并回答问题。

(1)电子秤使用的测力装置是什么?它是由什么元件组成的?(2)简述力传感器的工作原理。

(3)应变片能够把什么力学量转化为什么电学量? 生:阅读教材,思考并回答问题。

生1:电子秤的测力装置是力传感器,它是由一个金属梁和两个应变片一起组成了测力部分。

生2:在金属梁没有力的情况下,金属梁处于水平状态,梁的上下应变片的长度没变且相等,两应变片的电阻大小也相等,当给金属梁施加竖直向下的力时,金属梁会向下弯曲,使得金属梁上面的应变片被拉长,电阻变大,两端电压也变大,而下边的应变片被挤压收缩,电阻变小,两端的电压也减小,使得两应变片两端电压值不相等,存在差值,控制电路就通过这个差值,经过放大电路将差值信号放大,再在显示器上显示出数字,即力F的大小。生3:应变片能够将形变这个力学量转化为电阻这个电学量。

师:总结点评,结合板画强调讲解应变片测力原理。3.声传感器的应用-----话筒

师:阅读教材62页有关内容,思考并回答问题。(1)话筒的作用是什么?(2)说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。

(3)说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么?(4)驻极体话筒的工作原理是什么?有何优点? 生:阅读教材,思考并回答问题。

生1:话筒的作用是把声音信号转化为电信号。

生2:动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动,连接在膜片上的线圈随着一起振动,线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流(电信号),感应电流的大小和方向都变化,振幅和频率的变化都由声波决定,这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。

生3:电容式话筒的工作原理:利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电.当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压.优点:保真度好。

生4:驻极体话筒的原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜.优点:体积小,重量轻,价格便宜,灵敏度高,工作电压低。

师:指出:驻极体话筒利用了电介质的极化现象:将电介质放入电场中,在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象.某些电介质在电场中被极化后,去掉外加电场,仍然会长期保持被极化的状态,这种材料称为驻极体.师:演示实验: 按照如图所示的连接驻极体话筒的工作电路,话筒的输出端经过隔直电容接到示波器。对着话筒喊话,观察示波器的荧光屏上的波形,再用另外一人同样对话筒喊话,比较两次声音产生的波形有什么不一样。上述过程,就是话筒将声音信号转换为电信号的过程。生:观察实验现象。现象:不同的声波信号,荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。4.温度传感器的应用---电熨斗

师:温度传感器是应用最广泛的传感器之一,它能把温度的高低转变成电信号,通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的.电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。实验:取一个报废的日光灯启辉器,去掉外壳,敲碎氖泡的玻璃,可以看到一个U型的双金属片,双金属片的旁边有一根直立的金属丝,两者构成一对触点,常温下触点是分离的,用火焰靠近金属片,可以看到双金属片的形状变化,与金属丝接触,熄灭火焰,双金属片逐渐恢复原状,两个触点分离。把这个启动器用到温控开关,可以控制小灯泡的亮和灭。生:做实验,观察实验现象。

师:电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。

投影:电熨斗结构图(如图所示)思考与讨论:(1)常温下,上、下触点应是接触的还是分离的?当温度过高时,双金属片将怎样起作用?(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,这是如何使用调温旋钮来实现的? 参考答案:(1)常温下,上、下触点应是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀大,下部金属膨胀小,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热.温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电路加热,这样循环进行,起到自动控制温度的作用.(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,此时可通过调温旋钮调节升降螺丝,升降螺丝带动弹性钢片升降,从而改变触点接触的难易,达到控制在不同温度的目的.拓展:温度传感器的另一应用----电冰箱的温控装置

如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构,铜质的测温泡1,细管2和弹性金属膜盒3连成密封的系统,里面充有氯甲烷盒它的蒸汽,构成一个温度传感器,膜盒3为扁圆形,右表面固定,左表面通过小柱体与弹簧片4连接,盒中气体的压强增大时,盒体就会膨胀,测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。

5、6分别是电路的动触点盒静触点,控制制冷压缩机的工作,拉簧7的两端分别连接到弹簧片4盒连杆9上。连杆9的下端是装在机箱上的轴。凸轮8是由设定温度的旋钮控制的,逆时针旋转时凸轮连杆上端右移,从而加大对弹簧7的拉力。自动控温原理:如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构,铜制的测温泡

1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统,里面充有氯甲烷和它的蒸汽,构成了一个温度传感器,膜盒为扁圆形,右表面固定,左表面通过小柱体与弹簧片4连接,盒中气体的压强增大时,盒体就会膨胀,测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。

5、6分别是电路的动触点和静触点,控制制冷压缩机的工作,拉簧7的两端分别连接到弹簧片和连杆9上,连杆9的下端装在机箱上的轴,凸轮8是由设定温度的旋钮控制的,逆时针旋转时凸轮连杆上端右移,从而加大对弹簧7的拉力。当冷藏室里的温度升高时,1、2、3中的氯甲烷受热膨胀,弹性金属膜盒3的左端膨胀,推动弹簧片4向左转动,使5、6接触,控制的压缩机电路开始工作制冷,当温度下降到一定程度,氯甲烷受冷收缩,5、6又分开,制冷结束,直到下次温度升高再重复上述过程。温度设定原理:将凸轮8逆时针旋转,凸轮将连杆9向右顶,使得弹簧7弹力增大,此时要将5、6触点接通,所需要的力就要大些,温度要高一些,即温控挡应低一些(例如1级),顺时针旋转凸轮8,控制的温度低一些,控温挡要高一些。

(三)典型例题 例1.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出.现将装置沿运动方向固定在汽车上,传感器b在前,传感器a在后.汽车静止时,传感器a、b在的示数均为 10 N(取g10 m/s2).(1)若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N,求此时汽车的加速度大小和方向.(2)当汽车以怎样的加速度运动时,传感器a的示数为零.分析:传感器上所显示出的力的大小,即弹簧对传感器的压力,据牛顿第三定律知,此即为弹簧上的弹力大小,亦即该弹簧对滑块的弹力大小.解:(1)如图所示,依题意:左侧弹簧对滑块向右的推力 F114N,右侧弹簧对滑块的向左的推力 F26.0 N.滑块所受合力产生加速度a1,根据牛顿第二定律有 得4 m/s2 a1与F1同方向,即向前(向右).(2)a传感器的读数恰为零,即左侧弹簧的弹力,因两弹簧相同,左弹簧伸长多少,右弹簧就缩短多少,所以右弹簧的弹力变为N。滑块所受合力产生加速度,由牛顿第二定律得,a210m/s2,方向向左.例

2、如图5是电容式话筒的示意图,它是利用电容制作的传感器,话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层,膜后距膜几十微米处有一金属板,振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极,在两极间加一电压U,人对着话筒说话时,振动膜前后振动,使电容发生变化,导致话筒所在电路中的其它量发生变化,使声音信号被话筒转化为电信号,其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的(A)(A)距离变化(B)正对面积变化(C)介质变化(D)电压变化

【课堂总结】 本节课主要学习了以下几个问题: 力传感器的应用---电子秤

声传感器的应用---话筒

温度传感器的应用---电熨斗 力传感器是把力信号转换成电信号;声传感器是把声音信号转换为电信号,而温度传感器往往是用来进行自动控制.【布置作业】课本P58-59 1、2、3 【板书设计】 第二节:传感器的应用

一、传感器应用的一般模式示意图

二、力传感器的应用---电子秤

三、声传感器的应用----话筒

四、温度传感器的应用---电熨斗

【教学反思】

互感器应用 篇3

摘要：变电站的数字化是一种发展趋势，数字化变电站指信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站，数字信号可以用光纤传输，从根本上解决抗干扰问题。电子式互感器的优越性在于能够直接提供数字信号给计量保护装置，可简化二次设备，提高整个系统的准确度和可靠性。随着电力系统的不断发展，新一代电子式互感器逐渐取代了传统CT，使得电力系统的运行状态更稳定、更高效。本文重点介绍了电子式互感器的原理、特点及其在数字化变电站中的应用。

关键词：数字化变电站  电子互感器  罗氏线圈

0 引言

随着社会经济的持续发展，人们对电能的需求越来越多，输电系统不断扩容，同时不断提升运行电压等级，以往电磁式电流、电压互感器或电容式电压互感器，暴露出如绝缘要求高、磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄以及有油易燃、易爆炸等一系列缺点。电子式互感器是采用磁光、电光变换原理或由无铁芯线圈构成的新型互感器，能够向计量保护装置直接传输数字信号，在保证电力系统稳定、高效运行的同时精简了二次设备[1]。目前，数字化和信息化已延伸到了电力系统中，电力系统升级改造势在

必行。而当前，各种自动化变电站和各个市区、乡镇的电

网系统改造已开始使用电子式互感器这种先进的数字系统。[2][3]。

1 电子式互感器的基本原理

1.1 电子式电流互感器原理

当前，中压领域（40.5kV及以下）的电子式电流互感器原理主要有两种：罗氏线圈[4]互感器和低功率线圈互感器。

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图1  罗氏线圈电流互感器原理

图1为罗氏线圈电子式电流互感器原理，它由罗氏线圈、积分器、A/D转换等单元构成，把一次侧大电流转换为二次的低电压模拟量输出或数字量输出。由没有磁饱和的罗氏线圈得到与一次电流I1的时间微分成比例的二次电压E2，将该二次电压E2进行积分处理，得到与一次电流成比例的电压信号。

将模拟积分和数字积分技术应用在二次回路中，辅以去除直流偏置回路及不完全积分器技术，经过数据计算，攻克了因直流偏置造成积分值急剧增大的技术难题，同时保证了作为叠加值DC分量的电流信号客观可靠， 在电流互感器的控制下，不完全积分器始终在合理的数值范围内浮动。二次回路也应用了抑制雷电过电压及操作过电压的技术措施，使互感器更加耐冲击。采用电磁兼容设计技术供给电源，并输送主讯号，有效改进新型互感器抗干扰性能，从而使之高效、稳定的完成运行工作。

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图2  低功率线圈电流互感器原理图

由低功率线圈组成的电子式电流互感器原理详见图2。图中，Ra表示分流电阻，I1表示一次电流，I2表示二次电流，U2表示二次电流I2在分流电阻Ra两端的电压降。

从该装置的构造和应用特点可预见经典感应电流互感器的未来发展趋势。它的主体构造包括一次绕组、小铁芯、损耗最小化的二次绕。二次绕组与Ra相连。在电流互感器主体构造中，Ra采用一体化设计，能使互感器的功率效率近似零值。U2与I1成比例，按照运行要求，U2的取值范围要求在0～5V之间。与以往所用的互感器装置相比，新型互感器的电流测量范围更大，并且具有测量功能和保护功能，功能较以往而言有所改进。

1.2 电子式电压互感器原理

目前中压领域（40.5kV及以下）的电子式电压互感器主要采用了电阻分压原理的电压互感器，如图3所示。

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图3  电子式电压互感器分压原理

新型电子互感器的高、低压电阻均经过优化设计，并且应用了高性能分压器，兼具测量与保护功能，测量精度0.2级，保护级3P级。电子式电压互感器的二次电压与一次电压成正比关系，二次电压取值范围为0-5V，基于与二次智能化设备接口，实现数字化、智能化的测量保护功能。并且该装置内部无铁芯，因而不会引起铁磁谐振。

2 电子式互感器的特点

①与传统互感器相比较，电子式互感器的测量范围更广， 并且不存在电磁饱和的问题。

②无油，不存在爆炸的风险。

③体积小，重量轻，所需空间小，安装流程简单。尤其是光电互感器，它的重量通常只有电磁式电流/电压互感器重量的1/10。

④不存在电磁辐射的问题。运行时，能源利用率高，消耗小，迎合了当前绿色发展的主题。

⑤具有良好的绝缘性能，补漏电;高低压完全隔离，具有优良的绝缘性能和优越的性价比，安全性高。

⑥信号传输系统具有高强抗辐射干扰、抗电磁干扰性能，受地电位影响小，频带宽，并且在提高传输速率的前提下进行了扩容，通讯质量良好，有利于实现电力系统自动化改造标准。

⑦便于组网，其内部结构的设计迎合了数字电网的发展要求。

⑧不存在二次保护电抗信号输入干扰的问题，能保证电网稳定运行，对实现电网自动化改造目标有积极的意义。

⑨二次设备的安全性、可靠性基本达标，因而可省去仪表保安系统的设计。

⑩二次设备不用承受动热稳定电流，设备运行成本大幅缩减。

■不必大量施作二次电缆，省材又省工。

■电子式电压互感器、电子式电流互感器不存在开路和短路问题，从而提高了系统的稳定性和安全性。

3 电子式互感器的应用

电子式电流电压互感器是一种可计量电压电流参量，兼具测量、保护功能的新型电力设备。电子式电流互感器可达到测量级0.2或0.2S级，保护级5P级;电子式电压互感器可达到测量级0.2级，保护级3P级。电子式互感器输出数字信号，信号输送与二次设备处理都不会产生附加误差，进一步提高了测量精度，保护功能也有所改进。数字智能电网改造与建设已是大势所趋，并且电子式互感器的应用也将成为智能电网一个未来发展趋势。

在电网自动化升级改造中，智能开关设备与光电式互感器机电一体化设备的研发与应用，使智能电网迎来了数字时代。在高压和超高压变电站中，电力数据的测控与保护、故障录波，以及A/D变换、光隔离器件、控制操作回路等其他自动装置的I/O单元，都将成为智能一次设备的主题架构。智能一次设备中的控制回路和传感器均采用数字化设计。而在中低压变电站则将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地安装在开关柜上，实现了变电站机电一体化设计。

从物理角度来分析，数字化变电站自动化系统主要由智能化的一次设备与网络化的二次设备组成。以一个间隔为例，其结构拓扑图如图4。

在电子式互感器下边采用光电采集部分。采用的是TI公司生产的高性能数字处理芯片[5]DSP2407，该芯片可提供40MHz的处理速度，同时采用128点采样，这样提高了系统的精确度。经过数字处理芯片的逻辑控制后，通过光纤将电流和电压的数字信号传输到主控室的保护屏上。采用双看门狗的结构方式，提高系统的稳定性。同时通过对电源回路进行检测，提高系统的可靠性。采用光纤的传输方式后，提高了系统运行过程中的抗干扰能力。简化了系统的接线方式，同时节省了投运成本。工作电源部分采用可靠性极高的宽温高容量稳压电源，提高了电源部分的稳定性，也就提高了系统在运行过程中的稳定性。

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图4  数字化变电站拓扑图

4 结论

综上所述，新型电子式互感器在电网系统智能化、数字化的升级改造中的应用，可以说是提高电网服务与运行质量的一次大胆尝试，对改进电网运行质量，提高电力数据输送的稳定性和安全性有积极的意义，并且这也是国内互感器行业的一次颇具轰动效果得技术革命。

电子式互感器体积小、重量轻，能很方便地将其置于各种小型化电器成套设备中，这对减少变电站占地面积、减少设备制造、运输、包装成本、减少对资源的占用，降低变电站建设和运营维护成本，实现资源的合理配置都具有重要的现实意义和深远的历史意义。

电子式电流电压互感器的发展正处于产业化发展的初期，它的广泛使用还将带动相关行业的发展，其产业化前景极为广阔。

参考文献：

[1]阎石.数字电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，1998.

[2]国家标准互感器第7部分：电子式电压互感器[M].北京：中国标准出版社，2007.

[3]国家标准互感器第8部分：电子式电流互感器[M].北京：中国标准出版社，2007.

[4]国家质量监督检验检疫总局.GB 20840.8-2007互感器第八部分：电子式电流互感器[S].北京：中国标准化出版社，2007.

浅谈互感器的应用 篇4

互感器的应用最早追溯于19世纪末，随着科技的进步，电力工业也在不断发展，互感器的电压、电流等级和准确度都有很大提高，另外还发展了许多特种互感器，例如复合式互感器，电子线路补偿互感器，光电子互感器等。电力供电系统中，电压等级和规模的发展，必须满足测量、保护及控制的要求。

我国电力系统的发展起步较晚，互感器的种类较少，电磁式互感器在较长时期得到应用和发展，由于电力系统传输容量的不断增大，输配电电压等级的不断提高，对继电保护装置的要求不断完善，对电网绝缘性能要求不断增强，传统的互感器已不能满足现代电力系统自动化、信息化的发展需要，各种不同材料、不同种类、适用于各种不同场合的互感器随之产生和发展。随着科技的不断创新，新型的光电子互感器在研制、发展、改进中并逐步得到应用。

互感器是按比例关系转换电压或电流的一种特殊的变压器。互感器的功能是将一次电网的高压或大电流按比例关系转换成二次标准低压（100V）或标准小电流（5A），这是国家电力系统统一规范的，便于实现测量仪表、继电保护装置及自动控制设备的标准化、小型化。同时互感器还可用来隔开高压系统，相当于隔离变压器，以保证人身和设备的安全。互感器一般可分为电压互感器和电流互感器两大类。

1 电压互感器的功能和作用

电压互感器是发电、输配电和供电系统中不可缺少的电器，也是低压供电系统中用来测量电压、扩大量程的一种仪器。根据发电、输电、用电情况不同，线路上电压大小不一，电网电压高达几万、几十万，甚至上百万伏，而一般的低压是220v、380v、440v，如果要制作高压仪表，直接在高压线路上测量高电压，那是不可能的，也是绝对不允许的；如果在高压线路中接入电压互感器来转变电压，就可把线路上的高电压，按相应的比例，统一变换成一种或几种低电压，只需用一种或几种电压规格的仪表和继电保护装置（现在标准化的电压为100v的仪表），就可以测量、监视线路上的电压。电磁式电压互感器由一、二次线圈、铁芯和绝缘组成，一次侧并接在电网（或待测线路）中，二次侧接测量仪表（交流电压表）、继电保护装置。由于测量仪表属于高阻抗电器，因而电压互感器二次回路属于高阻抗回路，即二次回路的正常工作状态近似于开路状态，二次回路电流的大小由阻抗大小决定。当二次回路阻抗减小时，二次电流必然增大，根据电磁感应原理，迫使一次电流自动增加一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。所以电压互感器二次侧不允许短路，否则，电压互感器极易被烧坏，为防止这一现象的发生，需要装设二次熔断器。

电压互感器在电力系统中不但有测量、监察一次电压的功能，而且还起继电保护的作用。

(1) 一次侧中性点接地；当系统发生单相接地时，系统中出现零序电流，继电保护装置动作，切断电源。 (2) 铁芯接地：起相对安全保护作用。 (3) 二次侧接地：以防一、二次侧线圈的绝缘被高压击穿时，一次侧高压窜入二次侧，确保人身、设备的相对安全。

2 电流互感器的作用和结构特点

电力供电系统线路中的电流高达几百、几千、甚至几万安培，电流互感器的作用是把一次侧大电流通过一定的变比转换成二次侧较小的电流，供给测量仪表和继电保护装置，并将仪表和保护装置与高压侧隔开，使测量、计量仪表和继电保护装置标准化、小型化，电流互感器起到了变流和电气隔离的作用。且二次电流通常为5A。电流互感器的构造是由铁芯、一次绕组、二次绕组、接线端子及绝缘支撑物等组成。电流互感器的一次绕组的匝数较少，串接在待测线路中，对于穿心式电流互感器，待测线路穿过互感器，P1进，P2出，待测电流越大，穿过的匝数越少；待测电流越小，穿过的匝数越多。二次绕组的匝数较多，对有些型号的互感器，S1进，S2出，分别连接在交流电流表或继电保护回路里。

电流互感器的结构特点： (1) 一次绕组串接在电路中，并且匝数很少（一匝或几匝），因此，一次绕组的电流大小完全取决于被测线路电流的大小与二次电流大小无关； (2) 电流互感器二次绕组连接的交流电流表或电流继电器的线圈阻抗都很小，因而正常情况下，电流互感器的二次回路正常工作状态近于短路状态。一次绕组的电流所产生的磁化效应绝大部分被二次绕组电流所补偿，总磁通的密度不大，二次绕组电势也不大。

基于电流互感器的结构特点，值得注意的是：处于正常工作状态的电流互感器的二次侧绝不允许开路，因为一旦二次侧开路，二次回路阻抗变为无穷大，则二次电流等于零，那么一次电流就完全变成了励磁电流，在二次绕组产生极高的电压，直接危及二次侧人身、设备的安全。故电流互感器二次侧不允许装设熔断器，以免熔断器熔断，二次侧成开路。

电流互感器一般可分为测量用电流互感器和保护用电流互感器。测量用电流互感器常与交流电流表配套使用，目的是起到用小的交流电流表测量大的交流电流。一次绕组接待测线路，二次绕组接交流电流表，通过电流表的读数按比例关系得出待测线路电流大小，一旦待测电流超过电流表的量程，则须更换更高量程的交流电流表及与之匹配的电流互感器，其次注意电流互感器的铁芯、二次侧必须可靠接地，以防铁芯意外带电，一次侧绝缘一旦被击穿，则二次侧窜入高压，直接威胁二次侧人身安全，造成设备损坏。保护用电流互感器常用零序电流互感器。零序电流保护的原理是基于基尔霍夫电流定律，在线路和电气设备正常工作的情况下，对于三相线路或设备，每相互差一百二十度，三相电流的矢量和等于零，零序电流互感器的二次侧无信号输出，则继电保护装置不动作；当线路发生故障接地、漏电或触电故障时，三相电流的矢量和不为零，零序电流互感器的二次侧产生感应电压，继电保护装置动作，切断电路，达到保护的目的。

3 结束语

互感器是电力输配电系统、电力拖动、继电保护电路的必备电器，互感器质量、性能的好坏将直接影响到供电的可靠性、测量的准确性，保护的灵敏性。互感器的种类很多，适用场合不尽相同，使用时必须考虑耐压，外界环境，接线时必须准确判断极性，即同名端，切忌接反，定期维护保养，切勿私自拆装。随着光电子、光纤通信和数字信号处理技术的不断发展，光电互感器得到应用，它的特点是：高低压间没有电磁的直接联系，是绝缘结构大为简化；测量过程中无需消耗很大能量；测量范围宽，暂态相应快，准确度高；二次绕组数量数量增多，满足多重保护需要；重量轻、成本低。它是利用磁电、电场效应，将被测电压、电流信号转变为光信号，由接收装置进行数字处理后再把光信号变为电信号，经过放大，供仪表和继电器使用。总之，互感器只有正确的选用、合理的使用、定期的维护，才能确保电力系统长期正常运行。

摘要：电力供电系统应用的互感器是便于二次侧测量及继电保护的一种特殊变压器, 实现了测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化, 并降低了对二次设备的绝缘要求, 保证了二次设备和人身的安全。

关键词：电力系统,测量,继电保护,标准化,相对安全

参考文献

[1]董琳琳, 郑月辉.浅析电流互感器对变压器差动保护的影响[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2012, (08) .

[2]任德龙, 王艳美, 侯霞.继电保护对电流互感器特性要求的重要性及其简易判断方法[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2012, (01) .

传感器原理与应用复习 篇5

例2：某压力表精度为1.5级，量程为0～2.0MPa，测量结果显示为1.2MPa，求1）最大引用误差δnm；2）可能出现的最大绝对误差Δm；3）示值相对误差δx＝？

例3：一差动变压器式位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化1200mv，问位移传感器的灵敏度是多少？

例4：机械式指针位移传感器，当输入信号有0.01mm的位移变化量式，指针位移10mm，求位移传感器的灵敏度？

例5：进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/Mpa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？

例6：有一只变极距电容传感元件，两极板重叠有效面积为，两极板间的距离为1mm，已知空气的相对介电常数是1，真空中介电常数为8.85×10-12F/m,试计算该传感器的位移灵敏度。

例7：粘贴在钢件上的康铜电阻丝应变片，其灵敏度为2，电阻温度系数为20×10-6/oC，敏感栅材料的线膨胀系数为15×10-6/oC，钢件的线线膨胀系数为11×10-6/oC，弹性模量E为2×1011N/m2,求：（1）当环境温度变化为10oC时，应变热输出为多少？相当于试件产生多大应力？

（2）当=1000uε时，由于热输出产生的温度误差γt是多少？

光栅尺传感器的应用与维护 篇6

光栅尺，也称为光栅尺位移传感器（光栅尺传感器），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。

光栅传感器是数控机床上应用较多的一种检测装置，用来检测高精度直线位移和角位移。光栅尺采用铝合金型材，经阳极处理，尺头部分用合金压铸，具有镀硬铬，耐腐蚀的特点；防尘片采用特种塑胶，耐腐蚀、耐刮伤，磨擦阻力小的特征；光栅传感器还具有抗外部干扰能力强、安装使用方便、保养简易、防水、防尘性良好、使用寿命长等特点。

1 光栅传感器的安装与维护

光栅尺线位移传感器的安装比较灵活，可安装在机床的不同部位。一般将主尺安装在机床的工作台（滑板）上，随机床走刀而动，读数头固定在床身上，尽可能使读数头安装在主尺的下方。其安装方式的选择必须注意切屑、切削液及油液的溅落方向。如果由于安装位置限制必须采用读数头朝上的方式安装时，则必须增加辅助密封装置。另外，一般情况下，读数头应尽量安装在相对机床静止部件上，此时输出导线不移动易固定，而尺身则应安装在相对机床运动的部件上（如滑板）。

1.1 光栅尺线位移传感器安装基面

安装光栅尺传感器时，不能直接将传感器安装在粗糙不平的机床身上，更不能安装在打底涂漆的机床身上。光栅主尺及读数头分别安装在机床相对运动的两个部件上。用千分表检查机床工作台的主尺安装面与导轨运动的方向平行度。千分表固定在床身上，移动工作台，要求达到平行度为0.1mm/1000mm以内。如果不能达到这个要求，则需设计加工一件光栅尺基座。

基座要求做到：（1）应加一根与光栅尺尺身长度相等的基座（最好基座长出光栅尺50mm左右）。（2）该基座通过铣、磨工序加工，保证其平面平行度0.1mm/1000mm以内。另外，还需加工一件与尺身基座等高的读数头基座。读数头的基座与尺身的基座总共误差不得大于±0.2mm。安装时，调整读数头位置，达到读数头与光栅尺尺身的平行度为0.1mm左右，读数头与光栅尺尺身之间的间距为1～1.5mm左右。

1.2 光栅尺线位移传感器主尺安装

将光栅主尺用螺钉上在机床安装的工作台安装面上，但不要上紧，把千分表固定在床身上，移动工作台（主尺与工作台同时移动）。用千分表测量主尺平面与机床导轨运动方向的平行度，调整主尺螺钉位置，使主尺平行度满足0.1mm/1000mm以内时，把螺钉彻底上紧。

在安装光栅主尺时，应注意如下三点：

（1）在装主尺时，如安装超过1.5M以上的光栅时，不能象桥梁式只安装两端头，尚需在整个主尺尺身中有支撑。

（2）在有基座情况下安装好后，最好用一个卡子卡住尺身中点（或几点）。

（3）不能安装卡子时，最好用玻璃胶粘住光栅尺身，使基尺与主尺固定好。

1.3 光栅尺线位移传感器读数头的安装

在安装读数头时，首先应保证读数头的基面达到安装要求，然后再安装读数头，其安装方法与主尺相似。最后调整读数头，使读数头与光栅主尺平行度保证在0.1mm之内，其读数头与主尺的间隙控制在1～1.5mm以内。

1.4 光栅尺线位移传感器限位装置

光栅线位移传感器全部安装完以后，一定要在机床导轨上安装限位装置，以免机床加工产品移动时读数头冲撞到主尺两端，从而损坏光栅尺。另外，用户在选购光栅线位移传感器时，应尽量选用超出机床加工尺寸100mm左右的光栅尺，以留有余量。

1.5 光栅尺线位移传感器检查

光栅线位移传感器安装完毕后，可接通数显表，移动工作台，观察数显表计数是否正常。在机床上选取一个参考位置，来回移动工作点至该选取的位置。数显表读数应相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表与数显表同时调至零（或记忆起始数据），往返多次后回到初始位置，观察数显表与千分表的数据是否一致。

通过以上工作，光栅尺线位移传感器的安装就完成了。但对于一般的机床加工环境来讲，铁屑、切削液及油污较多。因此，传感器应附带加装护罩，护罩的设计是按照传感器的外形截面放大留一定的空间尺寸确定，护罩通常采用橡皮密封，使其具备一定的防水防油能力。

2 光栅传感器的使用注意事项

（1）光栅尺传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。

（2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅尺传感器壳体内部。

（3）定期检查各安装联接螺钉是否松动。

（4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀涂上一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。

（5） 为保证光栅尺传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持玻璃光栅尺面清洁。

（6） 光栅尺传感器严禁剧烈震动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅尺传感器即失效了。

（7） 应注意防止油污及水污染光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。

（8） 光栅尺传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量

3 小结

互感器切口铁心绑扎的计算与应用 篇7

1 切口铁心的特性

电流互感器中有一种常见的暂态保护用铁心 (如TPY级、TPZ级) , 为满足其一次时间常数、二次时间常数、剩磁系数等电气性能, 在铁心截面上设计了一到两个气隙, 即我们常说的切口铁心。铁心切口后, 在切口处按设计要求放置相应厚度的非磁性垫板, 再将铁心用非磁性金属带进行有效的绑扎固定, 以保证铁心的气隙值, 从而保证铁心的电气性能。

2 绑扎材料的选择

由于切口铁心都比较重 (100kg以上的很常见) , 因此要选用物理性能适宜的绑扎材料。因为, 如果绑扎材料刚性过强, 拉伸不当易发生断裂;如果韧性过强, 则起不到紧固的作用。下面以不锈钢带为例进行介绍。

3 绑扎计算

3.1 不锈钢的物理性能分析

如图1所示为不锈钢在常温和静载条件下的抗拉应力-应变曲线。就变形性质而言, 曲线可划分为五个阶段, 即弹性阶段 (O→A) 、弹塑性阶段 (A→B) 、塑性阶段 (B→C) 、应变强化阶段 (C→D) 、颈缩阶段 (D→E) 。

曲线中的C点, 其测定值对于试验条件不敏感, 并形成稳定的屈服平台, 所以在结构计算时, 以下屈服点作为材料屈服强度的标准值。在屈服阶段以后的CD段, 材料抵抗变形的能力又重新提高, 当曲线达到最高点D以后, 材料薄弱处产生局部横向收缩变形 (颈缩) , 直至破坏。由此可见, 材料性能参数在CD段是最有实际意义的, 后面的计算过程也是以CD段为依据的。

3.2 绑扎带伸长范围的计算

首先罗列几个计算时需要用到的参数:

D——铁心外径 (mm)

l——钢带拉伸前长度, =πD (mm)

△l——钢带拉伸长度 (mm)

δ——应变 (钢带伸长率) , =△l/l

E——不锈钢弹性模量, 2×105 (MPa)

ps或pb——负荷 (N)

S——钢带截面积 (mm2)

σs1——屈服强度, ≥205MPa

σb——抗拉强度, ≥515MPa

y1——余量系数, 取1.5

y2——余量系数, 取0.8

根据胡克定律P/S=Eδ, 且钢带拉伸时应在曲线CD段范围内, 需满足公式:

代入数据后, 可得到最后的简化公式:

【举例:某切口铁心外径为Φ673mm, 那么不锈钢绑扎带的拉伸长度应满足3.2mm≤△l≤4.4mm】

3.3 绑扎带数量的计算

出于对可操作性和标准化的考虑, 绑扎带宽度不可能与铁心高度相同, 因此, 还要对所选绑扎带的截面积和使用数量的对应关系做计算。

g——铁心重量, kg

k——安全系数, 取2

n——绑扎带数量

μ——静摩擦因数, 取0.2

应满足以下公式:

代入数据后, 可得到最后的简化公式:

【举例:某切口铁心重9 6.3 k g, 在使用尺寸为1×10mm绑扎带时的数量n=0.49×96.3/10=4.7, 取5根。】

3.4 绑扎带间距的计算

确定了绑扎带的数量, 可根据铁心的高度, 使绑扎带基本上均布即可。

H——铁心高度, mm

a——绑扎带宽度, mm

c——绑扎带间距, mm

建议按图2所示的绑扎间距进行布置和下面的公式进行计算:

【举例:切口铁心高100mm, 绑扎带宽1 0 m m, 使用5根, 那么绑扎带间距

4 使用中的注意事项

(1) 建议对材料的物理性能 (尤其抗拉强度) 进行测试, 以获得安全准确的拉伸范围。

从前文绑扎力和绑扎带数量的计算过程可以看到, 应用到了不锈钢的屈服强度σsl和抗拉强度σb。公式中σsl与σb的取值为理论值, 而实际上材料标准是要求其强度不小于该理论值的。因此, 公式计算较为保守。换言之, 如果有条件的话, 应对材料的屈服强度和拉伸强度进行测试, 分别得到实际的σ′sl和σb′, 再带入公式, 由此得出的实际绑扎带的可拉伸安全范围会更大。为了更加确保绑扎的紧固度, 拉伸长度建议按接近上限来控制。

(2) 每条绑扎带必须是完整的, 不可中间接头。否则会因应力的变化而改变其物理性能, 再用以上的公式计算则不准确。

5 结束语

为保证切口铁心的电气性能, 选用的绑扎带不仅要有优良的物理性能, 还要考虑可操作性和标准化程度, 最终通过科学计算和实践来验证其适宜性。

参考文献

[1]肖耀荣, 高祖绵.互感器原理与设计基础.沈阳:辽宁科学技术出版社, 2003.2

[2]互感器制造技术编审委员会.互感器制造技术.北京:机械工业出版社, 1998.4

互感器应用 篇8

电力系统中, 10 k V配电网是电网的重要组成部分, 它直接面向用户, 直接关系到对用户的安全、可靠供电。电流和电压互感器作为一次设备和二次设备的分界装置, 其安全、稳定运行对于测量、保护人员的安全和工作效果起到至关重要的作用。

二次回路是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路, 包括测量仪表、录波装置、控制开关、通气装置、自动励磁装置、信号装置、继电保护、绝缘监察装置。电流、电压互感器是连接一次回路和二次回路的装置, 它们将大电流、高电压降低为小电流、低电压供二次回路使用。而10 k V电压等级的互感器安装在高压开关柜内一个十分狭小的空间中, 且光线照度不够, 这就给安装人员带来了极大困难。目前, 郑州地区各单位配电房使用的高压开关柜, 除北京科锐配电自动化股份有限公司生产的XGN28B型户内高压开关柜具有人性化施工平台外, 其他如郑州祥和、河南森源、南瑞、南自、北京开关厂等厂家生产的高压开关柜均无开放安装平台, 这每每导致工作人员在安装互感器的过程中由于工作面狭窄、光源照度不够遇到电缆线敷线困难的情况。

随着郑州地区电力用户负荷的逐年提升, 中原经济区的不断发展, 报装增容的用户数在逐年增多, 2011年, 增容用户相对2000年增加一倍。增容就需要更换互感器, 而互感器的更换过程比新装更为复杂繁琐, 不但会遭遇狭小空间的限制, 而且还要在已经固定的空间中为新互感器打眼。

经调查, 由于在安装固定过程中互感器底座尺寸和安装槽尺寸差异大, 不好配合, 导致其一次性安装成功率较低。我们统计了56次互感器的固定用时情况, 经过计算求得:互感器固定平均用时为其中, Ti为互感器固定时间。

为解决互感器安装固定困难的问题, 郑州供电公司电能计量中心外勤人员凭借多年现场工作经验, 设计研制出一种新型互感器固定平台。它的出现使安装人员提高了工作效率, 节约了人力、物力和时间。

2 互感器固定平台的整体设计

2.1 互感器固定平台的设计要求

(1) 能够兼容我公司现使用各个型号的互感器和各厂家的底座, 且可兼容以后可能出现的互感器型号。安装后要使原有不同大小和规格的互感器具有相同大小和规格。 (2) 能够兼容我公司现使用的各个厂家高压开关柜内的安装槽, 且可兼容以后可能出现的各种安装槽。 (3) 小巧, 方便携带和运输。 (4) 坚固, 可靠性、稳定性强, 能够长期承受互感器重量而不变形。 (5) 安装方便, 具有简化工作流程、提高工作效率的特点。

2.2 互感器固定平台的结构设计

安装槽尺寸差异和互感器底座尺寸差异如图1所示。

根据安装槽和互感器底座尺寸差异, 我们确定互感器固定平台的结构设计如图2所示。

2.3 互感器固定平台使用的材料

材料使用镀锌钢板, 它是表面镀有一层5～12μm厚锌 (或锌合金) 层的薄钢板, 自身厚度约0.3～3.0 mm, 具有优良的耐大气腐蚀性能。在大气环境中, 锌层表面能形成防腐蚀保护膜, 保护内部的钢基体;而且锌作为阳极性的镀层对钢基体还有阴极保护作用, 能综合延长钢板的使用寿命;此外, 镀锌层也有美观装饰作用, 在建筑、家电、汽车中应用比较广泛。镀锌钢板的体积以公称厚度、长度和宽度来计算, 密度按7.85 t/m3计, 理论重量 (kg) =厚度 (m) ×长度 (m) ×宽度 (m) ×密度值 (kg/m3) 。锌层重量按275 g/m2计算。

2.4 材料可靠性试验

为保证固定平台的结构材料满足抗拉强度要求, 采用在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法, 利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率。

试验设计:试验装置如图3所示。将试验装置平放在硬质光滑地面上, 该试验装置由2根钢横梁及2根钢支柱组成, 一端固定端将横梁与支柱固定, 另一端横梁与2根支柱不固定。不固定端横梁与2根支柱之间分别放置有千斤顶、测力传感器及球铰座, 称加载端。管桩2接头端板与采用同型号尺寸、但材质强度提高的张拉盘用M27高强螺栓连接, 与张拉丝杆同样尺寸、但材质强度提高的M80螺杆穿过横梁与张拉盘连接。这样, 当2个1 000 k N千斤顶加力于横梁两端时, 张拉盘、横梁中心的M80螺杆以及被试验的固定平台都受到拉伸, 2个测力传感器测得的荷载之和即为被试固定平台受到的拉力。

千斤顶分级加载1 000 k N、1 500 k N、2 000 k N的力, 观察固定平台有无被破坏, 结果如表1所示。

根据各种型号互感器在开关柜内的安装位置 (倒装、侧装、正装) 对于固定平台的拉力, 测试出互感器的拉力强度, 结果如表2所示。

结论:该固定平台所用镀锌钢板满足现场施工要求 (270～420MPa) 。对于金属材料而言, 其抗压强度远大于抗拉强度, 所以其抗压强度也必然符合要求。另外, 金属体也满足外壳接地的要求。

3 应用效果

新型互感器固定平台投入使用后在实际工作中取得了良好的应用效果, 它简化了工作流程, 减少了安装、固定互感器的工作时间, 使安装人员工作强度大大降低。 (1) 使用后工作流程简化。使用新型互感器固定平台后, 我公司互感器固定的工作流程可简略为:1) 互感器底座和固定平台用螺丝固定;2) 在开关柜安装位置用螺丝将固定平台固定。 (2) 使用后安装、固定时间减少。使用新型互感器固定平台后, 在20次安装试验过程中, 互感器均可一次性在开关柜安装位置固定成功, 固定平均时间降低至20.3 min, 相比使用前减少了44.5 min。 (3) 使用后提高了工作效率, 降低了劳动强度。根据目前我公司每月互感器安装工作量的情况统计, 安装工作组每月可减少工作时间2 180.5 min, 不仅工作效率提高, 劳动强度也得到降低, 因此, 安装人员工作积极性有所提升。

4 结语

郑州供电公司新型互感器固定平台的设计和使用, 帮助现场工作人员解决了互感器在安装固定过程中程序繁琐、固定困难的问题。它利用固定平台的通用性和兼容性, 将不同型号和规格的互感器统一起来, 达到了统一安装固定步骤、简化工作流程的目的, 在实际工作中带来了巨大的应用效果。

摘要：研制了一种互感器在安装固定过程中使用的工具——新型互感器固定平台, 介绍了其设计原因、整体设计情况和实际应用效果。使用它能大大简化互感器的安装固定程序。

关键词：互感器,固定平台,设计,应用

参考文献

互感器应用 篇9

与国内其它数字化变电站相比,该变电站应用了IEC61850平台,变电站信息处理全部实现数字化,其基本特征为设备智能化、通讯网络化、模型和通讯协议统一化、运行管理自动化,数字化程度很高。为克服由于不同厂家设备对IEC61850应用的差异所带来的一致性和互操作性的影响,工程过程层、间隔层、站控层统一采用南瑞继保公司的产品。实现了设备的无缝互联和通讯,大大提高了变电站数字化、智能化的程度,除了断路器、隔离开关等一次设备外,已经实现了全站的数字化。其中南瑞继保公司的PCS-9250-EAI、PCS-9250-EAV系列电子式互感器在国内为首次应用,在现场试验和实际运行过程中发现了一些问题,这些问题的处理和解决为今后电子式互感器的设计、制造、试验和运行积累了宝贵的经验。

1 66 kV母线电压互感器存在的问题

1.1 66 kV母线电压畸变现象

2009年1月20日该变电站66 kV母线恢复送电,66 kV母线电压在保护装置和故障录波器上看,产生了很大的电压畸变,如图1所示。

66 kV母线第一次送电后发现A、B相电压在保护装置处显示不正确(电压数值一直在跃变),录波器显示A、B相电压发生了严重的畸变。停电后对电子式电压互感器的远端模块、光纤、合并单元(MU)进行检查后没有发现问题。再一次对66 kV母线送电后发现A、B相电压正常,C相电压开始很正常但几个周波后开始畸变且波形与前次A、B相畸变的波形一致。通过在MU处将从远端模块过来的B、C相光纤对调发现畸变电压是在互感器或远端模块处产生,与MU、IDE装置无关。

1.2 现象分析

66 kV母线采用的是南瑞继保公司PCS-9250-EAV-66电子式电压互感器,电压互感器采用同介质的电容分压器传感测量被测电压。图2为电

(b)第二次送电66 kV母线电压

子式电压互感器的原理简图。

小PT—一次10 000匝,二次500匝,铁芯材料为硅钢,一次绕组直流电阻4.5 kΩ,额定工作时小PT的励磁电感为1 660 H,小PT原边电压超过350 V时开始出现饱和现象;TVS—400 V瞬态电压抑制管

现象发生后,初步判断有两个原因:一是电压互感器主电容与主变中性点消弧线圈产生一次谐振;二是互感器本身产生二次谐振。

经用系统元件参数计算和仿真基本排除了系统发生一次系统谐振的可能。

通过对录取的电压FFT分析,畸变电压的幅频特性与相频特性如表1所示。

可以看出畸变电压中15 Hz的谐波分量占主要部分,造成这种现象的原因经分析互感器本身可能存在以下两方面问题:

a.电压互感器二次小PT前级的瞬态抑制管在工频耐压试验时受损但未完全失效,其参数的变化影响电容分压器与小PT的参数配合,投运的暂态过程使包含电容和电感的回路在15 Hz的频率点发生谐振。

b.当互感器一次侧突然合闸时,暂态过程产生的过电压使二次小PT(100 V/5 V)的铁芯出现饱和,饱和后小PT的等效电感发生变化,致使包含电容和电感的回路在15 Hz的频率点发生谐振。但从第二次送电时电压畸变的过程来看,C相电压在畸变前含一定的直流分量(26 V左右)符合小PT饱和的现象。

1.3 处理措施

针对以上分析采取了如下措施:

a.由于原先设计400 V瞬态抑制管的作用主要是保护互感器远端模块,而将其加在小PT一次侧作用不大且易损坏,所以去掉了400 V瞬态抑制管。

b.更换小PT,使其在过载10倍(1 000 V)时不饱和。

采取上述措施后,在66 kV系统恢复送电运行后,电压畸变的现象没有再出现。

2 220 kV一次系统倒闸操作造成二次采样电流突变

2.1 现象

该变电所220 kV系统主接线如图3所示,合主变高压侧隔离开关DS5时(220 kV母线带电、主变高压侧断路器CB及DS6均未合),A套主变及母差保护启动(B套保护未启动),故障录波器及合并单元录波发现主变高压侧互感器 A相保护电流有一个大的突变(B、C相正常),测量电流无突变,如图4所示;合断路器CB时B相保护电流有一个大的突变(A、C相正常),测量电流正常,如图5所示。

2.2 现象分析

主变高压侧电子式互感器是220 kV电流电压组合互感器,其结构如图6所示。

传感电流的线圈包含两个空心线圈(传感保护电流)和两个LPCT(传感测量电流),电压的测量通过一个一次电容为2 500 pF的电容分压器实现。

合隔离开关DS5时(断路器及DS6断开),220 kV母线电压通过断路器触头间的电容瞬间耦合至电子式互感器的电容分压器上,流过电容分压器的瞬时电流undefined会通过互感器的一次导体而被采集,其等效电路如图7所示。

图中R为回路电阻。由于C1上未测量到电压,所以断路器触头间电容Cb不会太大,否则刀闸DS5合上后母线工频电压会耦合至电压互感器上。

设R=2 Ω,断路器触头间Cb=10 pF,则Cb与C1的串联电容C≈10 pF,回路时间常数τ=RC=2×10-11。DS5在合闸瞬间作用于电容C上的电压U为阶跃电压,其值取决于电压初相角Ψu。脉冲电流波形图如图8所示。

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当Ψu=90°时,icmax =0.5Um=26.9 kA,故障录波器上,电流脉冲的大小与合闸时刻、触头间电容及分布电容等多种因素有关,电流脉冲时间短、频率很高。空心线圈由于没有铁芯,能够真实的感应一次系统信号,而LPCT由于存在铁芯,铁芯在频率超过100 kHz,其磁导率急剧下降,不能传变兆级高频信号,故只有保护电流采集到突变点,测量电流采不到突变点。这种高频信号,对于采样率为8 kHz的远端模块和4 kHz的合并单元来说,并不是每次都能采样到的,故在操作DS5时,有时会出现电流脉冲信号。

2.3 CT采样点突变对保护的影响

该变电所在投运过程中,母差保护及变压器保护在操作刀闸的过程中由于采样到了很短的尖峰保护电流,导致装置启动,由于装置启动用低功率线圈采集的测量电流没有发生突变,整个过程中保护装置并没有因为这种很大的冲击电流而误动。

为了防止采样数据出错可能导致的保护误动,PCS系列数字式保护装置中采取了多项措施。

a.采用保护电流实现保护逻辑(保护板完成)、测量电流实现启动逻辑(启动板完成)的设计理念,只有在保护电流和测量电流同时表现出故障特征情况下才可能开放保护出口,本次尖峰电流过程中,测量电流由于没有发生任何突变,保护装置没有开放正电源,即使这种情况下保护板发出跳令,保护也不会跳闸出口。

b.变压器差动保护都具有励磁涌流判据,在谐波较大的情况下可以闭锁保护,这种尖峰也不可能导致比例差动和工频变化量保护动作。

c.变压器差动速断保护含有瞬时值判据,只有差电流幅值和瞬时值判据都满足条件的情况下才会快速动作。

d.变压器和母线保护装置中设有采样电流异常检测判据,当判断到电流的突变特征和系统故障特征有所区别的情况下(通过电流上升速度等特征进行判断),可以瞬时闭锁保护逻辑,防止采样异常可能导致的保护误动。

2.4 处理方案

电子式互感器保护电流突变是投运过程中由于刀闸操作引起电容电流突变产生的,保护电流突变会引起保护启动,但不会引起误动。为避免刀闸操作引起保护启动,可以在合并单元采用滤除异常大数的软件算法滤除保护电流的采样突变,合并单元作如下数据处理:远端模块的采样率为8 kHz(每周波160点),合并单元接收远端模块的数据并将其插值为4 kHz的数据发送给保护、测控及录波等二次设备。合并单元在进行插值前,判断收到的采样点Xn有无突变量的出现,突变量的门槛level>40×Asin(ω△t)(ω对应为50 Hz,△t为采样点间隔即125 μs)=1 029(A为保护电流额定值463的峰值655),即40倍峰值电流,这里我们取level为1 500。同时设一个是否出现突变量的状态位sign。如采样大于门槛值,则用前一点采样值代替当前值,其软件流程图如图9。

经试验测试,合并单元对接收到的远端模块数据进行上述处理后,可以滤除采样数据的异常突变,且不会对正常采样数据(包括最严重情况下的线路故障数据)产生任何影响。

3 结束语

互感器应用 篇10

1 电子式互感器优势及分类

现有变电站中的常规互感器已经越来越不适应发展需求, 主要表现如:

1) 电磁式电流互感器二次绕组回路接有测量、继电保护及自动控制装置, 利用高、低绕组之间的电磁耦合原理将信号从一次侧传到二次侧。随着电网电压等级的升高, 为保证其低压设备与高电压相隔离, 互感器内部绝缘层结构将越来越复杂, 相应设备的造价也越来越高;

2) 电磁式互感器的输出为模拟信号, 无法实现数字信号的输出;

3) 电磁式互感器均采用充油的油浸绝缘结构, 隐含潜在的易燃、易爆等危险;

4) 电磁式互感器被测信号与二次线圈之间通过铁芯耦合, 存在磁饱和及铁磁谐振等问题[1]。

目前, 伴随微电子技术、传感技术及光纤通信技术等的发展, 国内外电子式互感器的出现是互感器传感精确化、传输光纤化和输出数字化开展趋向的重要体现之一, 电子式互感器的蓬勃发展基于其具有体积小、无饱和现象或磁滞效应、抗电磁干扰性能优、无油化等诸多优点。

电子式互感器一般由传感模块和合并单元两部分构成, 根据电子式互感器中一次传感器部分是否需要电源, 又可分为有源式和无源式两类。各种互感器原理已在诸多文献中进行过详细论述, 在此不再赘述。

2 电子式互感器的选择及配置方案比较

无源式电子互感器是指高压侧传感头部分不需要供电电源的电子式互感器, 而有源式电子互感器是指传感头部分需要供电电源的电子式互感器。在我国, 有源式电子互感器的研究与应用已走在无源式的前面, 许多电子式互感器产品已在国内多个变电站中具有了几年的投运经验, 运行状况良好, 可满足用户对于保护和计量测量的多种要求[2]。

根据国内工程实际应用情况, 以电流互感器为例, 电流互感器可考虑三种方案:

方案1是采用常规互感器, 加装合并单元, 以将模拟信号转换为数字光纤信号;方案2是采用有源电子式互感器;方案3是采用无源全光纤互感器或磁光玻璃式互感器。

其各方面性能对比见表1。

综合上述比较及国内互感器研发应用现状来看, 无源电子式互感器在技术难度方面, 其温度稳定性等一直是阻碍发展推广的关键问题, 就设备投资成本而言, 光学无源式互感器的造价约是同电压等级有源式互感器的2倍左右。

3 电子式互感器推广应用需解决的问题

根据目前变电站中已投运的电子式互感器运行情况及所掌握的资料, 电子式互感器在全面推广及应用中需解决如下问题。

3.1 环境温度对电子式互感器的影响

在电子式互感器光学器件方面, 对于磁光玻璃电子式电流互感器而言, 其传感部件Verdet常数随温度变化较大;全光纤电流互感器本体的Verdet常数随温度变化较小, 但光纤内的线性双折射对温度变化是十分敏感的, 从而将影响其测量准确度及精度[4]。

在电子式互感器电子器件方面, A/D转换器件、电容等的电气参数也会随着温度的变化而发生偏移。

另外, 对于实际工程中电子式互感器的订货环节, 应明确要求厂家提供设备满足当地气候条件的试验报告, 满足在可能出现的最高、低温度范围内安全稳定运行, 同时最大温度差变化也不应影响设备的各方面正常使用寿命和功能。

3.2 电磁兼容对电子式互感器的影响

在电子式互感器分类中, 无源式互感器的主要优势就在于其电磁兼容性能优秀, 但无源式电子式互感器的技术难度、制造工艺及造价等均明显高于有源式互感器, 且目前无源式互感器仅有电流, 无电压式, 小负荷时的测量精度是难以保证的, 这些都限制了其在变电站中的大规模实际应用。

对于有源型电流互感器, 由于采集器位于高压侧, 存在电磁兼容问题, 需解决及建议的改进措施有:提高机箱的屏蔽功能, 尤其应注意电源、信号外接端口的滤波接入设计方案;通过改变其接地方式的设计克服地电位压差和高频信号干扰;通过改变电路结构, 减少敏感回路在传到和辐射方面的高频影响等。

3.3 震动对电子式互感器的影响

在光学器件方面, 外部震动或应力会导致电子式互感器中光学器件内的线性双折射, 这将降低电流测量灵敏度, 并使整个传感头的灵敏度随偏振面方位的改变而周期性改变。对于导体位置的震动, 对于空心线圈的测量精度也存在一定的影响。

在独立支柱安装的电子式互感器设备抗震问题上, 要求应等同于常规互感器, 此处不再赘述。

3.4 电子式电流互感器小电流测量问题

光学电子式互感器由于存在白噪声的影响, 会导致其一次电流值为零, 合并单元数字量输出非零。该问题主要出现在全光纤原理的电流互感器, 是由于互感器白噪声对测试结果的干扰所造成。从噪声机理和试验中发现, 对测量准确度影响较大的噪声大多数集中在几百Hz范围内, 且由于产品在设计和制造工艺上的区别, 也可导致误差结果的差异性。因此根据已有相关研究建议, 应对全光纤互感器白噪声的产生机理、特性进行深入分析, 并设法提高产品设计和制造的工艺水平, 在其准确度测试方法、对电能计量及继电保护方面的影响也应进行全面的分析与研究。

3.5 电子式电压互感器的频率响应特性

对于电容分压原理的电压互感器而言, 其在频率响应特性方面不优于电磁式电压互感器, 但出于可以避免铁磁谐振的考虑, 在220kV及以上电压等级广泛采用。另外, 当前基于Pockels效应的电子式电压互感器造价约为同等级常规互感器造价的1.5~3倍, 目前在测量精度和频率响应特性方面还较少运行数据。

基于电容分压原理的电子式电压互感器在造价方面与常规互感器大致相同, 频率响应特性也与电容式电压互感器相当。现阶段, 造价是限制电子式电压互感器技术发展的主要原因。

3.6 传感器电源供电方式对互感器的影响

在一次传感器供电方式方面, 对有源式电子互感器的影响主要针对独立支柱电子式互感器的一次传感器, 组合电器及罐式断路器配套的有源式电子式互感器不存在相应问题, 为开关设备本体供电方式。

一次传感器采用激光供电时, 光纤熔接质量、LED激光电源老化都会对供电可靠性产生影响;一次传感器采用取能CT和激光供电切换方案时, 应避免切换死区或激光电源的频繁切换。

4 结论

目前, 有源式电子互感器的应用已走在无源式的前面, 其具有便于标准化和工业化批量生产, 实用性、适用性良好等特点, 这也是目前有源式电子互感器在工程中被广泛使用的原因之一。无源电子式互感器近几年也逐步开始了初期应用, 相信随着其稳定性和工艺一致性等技术问题的逐一解决, 其具有的明显技术优势会获得更大的发展空间与应用前景。

参考文献

[1]钱进, 胡海燕.电子式互感器的应用及市场前景浅析[J].长江工程职业技术学院学报, 2011 (2) .

[2]杨武志, 潘济猛.500kV电子式互感器工程应用研究[J].南方电网技术, 2011 (6) .

[3]李世良, 刘海英.电子式互感器配置问题分析[J].科技资讯, 2011 (32) .

PLC与传感器的连接及应用 篇11

【关键词】传感器 PLC 输入电路 输出电路

科学技术是人类社会存在和发展的基石，技术不但需要，而且还应该与时俱进，随着社会发展的需要得到加强和升华。PLC与传感器技术发展迅猛，是当代工业控制发展的重要标志。PLC可以接收来自传感器的各种信号，并应用之完成各种所需的操作。

PLC的输入/输出接口并不复杂，我们知道PLC为了提高抗干扰能力，输入/输出接口都采用光电耦合器来隔离输入/输出信号与内部处理电路的传输。因此，输入/输出端的信号只是驱动光电耦合器的内部LED导通，被光电耦合器的光电管接收，即可使外部输入/输出信号可靠传输。下面就从PLC的输入/输出接口电路，谈一下PLC与传感器的连接及应用。

一、输入/输出接口电路

1.输入接口电路

输入接口是连接PLC与其他外设之间的桥梁。生产设备的控制信号通过输入接口传送给CPU。

开关量输入接口用于连接按钮、选择开关、行程开关、接近开关和各类传感器传来的信号，PLC输入电路中有光电耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。当输入开关闭合时，一次电路中流过电流，输入指示灯亮，光电耦合器被激励，三极管从截止状态变为饱和导通状态，这是一个数据输入过程。在一般整体式PLC中，直流输入接口都使用PLC本机的直流电源供电，不再需要外接电源。

2.开关量输入接口信号的主要功能

（1）计量控制：产品或零件的自动计量；检测计量器、仪表的指针范围而控制数或流量；检测浮标控制测面高度，流量；检测不锈钢桶中的铁浮标；仪表量程上限或下限的控制；流量控制，水平面控制。

（2）尺寸控制：金属板冲剪的尺寸控制装置；自动选择、鉴别金属件长度；检测自动装卸时堆物高度；检测物品的长、宽、高和体积。

（3）计数及控制：检测生产线上流过的产品数；高速旋转轴或盘的转数计量；零部件计数。

（4）检测异常：检测瓶盖有无；产品合格与不合格判断；检测包装盒内的金属制品缺乏与否；区分金属与非金属零件；产品有无标牌检测；起重机危险区报警；安全扶梯自动启停。

（5）检测物体存在有否：检测生产包装线上有无产品包装箱；检测有无产品零件。

（6）转速与速度控制：控制传送带的速度；控制旋转机械的转速；与各种脉冲发生器一起控制转速和转数。

（7）检验距离：检测电梯、升降设备的停止、起动、通过位置；检测车辆的位置，防止两物体相撞检测；检测工作机械的设定位置，移动机器或部件的极限位置；检测回转体的停止位置，阀门的开或关位置；检测气缸或液压缸内的活塞移动位置。

3.输出接口电路及功能

输出接口用于连接继电器、接触器、电磁阀线圈，是PLC的主要输出口，是连接PLC与外部执行元件的桥梁。PLC有三种输出方式：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。其中继电器输出型为有触点的输出方式，可用于直流或低频交流负载；晶体管输出型和晶闸管输出型都是无触点输出方式，前者适用于高速、小功率直流负载，后者适用于高速、大功率交流负载。

二、输入/输出接口器件的接线

1.输入接口器件的接线

PLC的输入接口连接输入信号，器件主要有开关、按钮及各种传感器。在接入PLC时，每个触点的两个接头分别连接一个输入点及输入公共端。PLC的开关量输入接线点都是螺钉接入方式，每一位信号占用一个螺钉。输入公共端在某些PLC中是分组隔离的，例如在FX2N机型是连通的。对于一些无源器件，PLC内部电源能为每个输入点大约提供7mA作电流，这也就限制了线路的长度。PLC与三线传感器之间的连接，三线传感器由PLC的+24端子供电，也可以由外部电源供电；PLC与两线传感器之间的连接，两线传感器由PLC的内部供电。当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致PLC的误动作，此时可在PLC输入端并联旁路电阻。

2.输出接口器件的接线

PLC的输出接口上连接的器件主要是继电器、接触器、电磁阀的线圈、指示灯、蜂鸣器等。这些器件均采用PLC机外的专用电源供电，PLC内部不过是提供一组开关接点。接入时线圈的一端接输出点螺钉，一端经电源接输出公共端。由于输出端口连接线圈种类多，所需的电源种类及电压不同，输出端口公共端常分为许多组，一般4点为一组，而且组间是隔离的。PLC输出端口的电流定额一般为2A，大电流的执行器件需配装中间继电器。

3.输出接口器件接线的注意事项

PLC与输出设备连接时，不同组（不同公共端）的输出点，其对应输出设备（负载）的电压类型、等级可以不同，但同组（相同公共端）的输出点，其电压类型和等级应该相同。要根据输出设备电压的类型和等级来决定是否分组连接。

PLC的输出端经常连接的是感性输出设备（感性负载），为了抑制感性电路断开时产生的电压使PLC内部输出元件造成损坏。因此当PLC与感性输出设备连接时，如果是直流感性负载，应在其两端并联续流二极管；如果是交流感性负载，应在其两端并联阻容吸收电路。

三、结束语

目前PLC数字量输入端口一般分单端共点与双端输入，各厂商的单端共点（COM）的接口有光电耦合器正极共点与负极共点之分，由于这些区别，用户在选配外部传感器时接法上需要一定的区分与了解，只有这样才能正确使用PLC与传感器。PLC输入接口电路形式和外接元件（传感器）输出信号形式的多样性，因此在PLC输入模块接线前必要了解PLC输入电路形式和传感器输出信号的形式，才能确保PLC输入模块接线正确无误，在实际应用中才能游刃有余，为后期的编程工作和系统稳定奠定基础。

参考文献：

[1]刘洪涛，黄海.《PLC应用开发从基础到实践》.电子工业出版社

[2]郭艳萍.《电气控制与PLC应用》.人民邮电出版社

[3]徐科军.《传感器与检测技术》.电子工业出版社

[4]耿文华.《可编程控制器原理及应用实例》.机械工业出版社

作者简介：

杨彦伟（1977～），男，河南西平人，现主要从事机电一体化技术专业教学研究。

课题项目：咸宁职业技术学院课题，项目批准号：2012yjc004

（工作单位：湖北省咸宁职业技术学院）

互感器应用 篇12

1 传统互感器极性校验系统

传统电磁式互感器采用法拉第电磁感应原理,一次侧和二次侧通过同一个磁通链路进行能量传递和电流/电压大小的转换。目前,一般采用干电池“点极性法”对其进行极性校验,如图1所示。

互感器一次引出端与干电池相连,通过开关S控制电流/电压的通断,互感器二次引出端接至高灵敏度双向直流指示表。闭合/打开开关S,通过观察直流指示表的指针偏转方向即可判断互感器的极性。由传统互感器的原理、结构及接线方式可知,其二次输出的极性可以方便地通过改变二次引出端的接线方式而调整。

2 电子式互感器特点

电子式互感器主要包含一次传感元件、数据采集转换模块以及合并单元三大部分。一次传感元件采集一次大电流/高电压,并转换为小电压信号或光信号。数据采集转换模块将一次传感元件输出信号转换为与一次量相关的数字量信号,并通过光纤传输给低压侧合并单元,彻底隔离一次高压系统和二次低压系统。合并单元是电子式互感器与保护、测控等二次设备的接口,它收集相关一次电流/电压采样数据,并进行同步处理后输出[2](下文提及电子式互感器输出数据即指其合并单元输出的数据)。

根据高压侧元件是否需要电源供电,电子式互感器可以分为有源式和无源式。无论是有源式还是无源式,电子式互感器最终输出都是统一的数字量方式,类似传统互感器的二次引出端已不存在,无法使用传统的直流指示表对电子式互感器的输出进行观察、校验。电子式互感器的原理也发生了变化,传统的互感器极性校验方法已经不再适用于电子式互感器,必须针对电子式互感器的特点采用新方法对其极性进行校验。

有源电子式电流互感器工作原理是法拉第电磁感应原理,可以测量周期性交变的电流量和突变的直流量,且稳定性好、不易受外界环境因素影响[3];对稳态的直流量有滤除效果。

无源电子式电流互感器主要指采用光学测量原理的电流互感器,又称光学电流互感器(OCT),其原理主要基于法拉第磁光效应。它可通过测量线性偏振光沿外加磁场方向或磁化强度方向通过磁光介质时的偏振面偏转角度来计算被测电流[4]。

基于法拉第磁光效应的光学电流互感器测量频带宽,暂态性能好,可以测量稳态和暂态的交流,也可以测量直流电流,但其测量精度及稳定性容易受外界环境影响,且其自身存在固有的白噪声。

3 电子式互感器极性校验系统

3.1 电子式互感器数据分析软件

传统电磁式互感器,采用万用表或者交/直流指示表即可方便测得其二次输出,通过比例换算即可得到其一次量。电子式互感器的数字量输出,使得传统仪表不能对其进行测量,必须开发专用的数据分析软件才能对其输出数字量进行解析、处理和监视。

电子式互感器数据分析软件具有数字报文捕获功能,能按照IEC61850-9-2标准或FT3格式对报文进行解析,并在此基础上完成采样数据分析、波形和信息显示、谐波分析、数据录波、数据存储、格式转换等应用功能[5]。电子式互感器数据分析软件功能结构如图2所示。数据分析软件各功能模块可用不同的任务实现,利用操作系统提供的多线程技术实现不同任务之间的并行工作。

电子式互感器数据分析软件采用实时波形的方式直观反映一次电流/电压的变化情况,可以替代万用表等传统仪表对电子式互感器输出采样波形实时监视,从而判断其极性的正确性。

3.2 极性校验系统组成

传统电磁式互感器采用干电池法校验极性,校验时,干电池的阶跃输入使互感器产生冲击响应,利用此响应的特征即可判断互感器的极性。光学互感器可测直流信号,但其自身存在一定的白噪声,小电流情况下可能湮没其真实电流。若采用干电池法对其进行极性校验,将由于电流较小而无法正确判断。实际应用中可用大功率直流源替代干电池,提供较大的直流电流对电子式互感器进行极性校验,如图3所示,数据分析软件接收合并单元采样值数据,实时监视电子式互感器输出波形变化情况。

考虑到光学互感器的噪声、有源电子式互感器的电磁响应特性以及校验系统的安全性,直流源DC应能输出30 A以上直流电流,而校验时最大输出直流电流控制在100 A以内。直流源的输出容量应考虑校验系统的回路阻抗,在实验室校验时,其输出容量达到500 W以上即可;而在现场测试时,其输出容量需达到1 000 W以上。直流源可以是具有大功率直流电流输出的继电保护测试仪,也可以是便携式大功率直流恒流源。直流源DC和数据分析软件都是便携式设备,因此,该校验系统适用于实验室和现场的极性校验。

3.3 极性校验系统应用

极性校验时,接线方式如图3,根据电子式互感器的极性标注,将DC的正极与互感器P1相连,负极与互感器P2相连,控制DC的输出,通过数据分析软件显示的波形判断互感器极性的正确性。此极性校验法主要采用直流对电子式互感器极性进行校验,可称为直流法。

校验Rogowski线圈原理的互感器极性时,控制DC输出,使阶跃的直流电流从Rogowski线圈P1端流入,此时若数据分析软件显示波形为图4(a)所示:从0正向冲激至一定大小后又逐渐衰减至0,则被校电子式互感器标注的极性是正确,DC正极相连一端为P1;若数据分析软件显示的波形为图4(b)所示:从0负向冲激至一定大小后又逐渐衰减至0,则被校电子式互感器标注的极性是错误的,与DC负极相连的一端为P1。

校验LPCT互感器极性的方法与校验Rogowski线圈互感器极性相同。

校验光学互感器的极性时,控制DC输出,使稳态的直流电流从互感器P1端流入,光学互感器能测直流量,若数据分析软件显示的波形偏向0的上方并保持稳定,如图5(a)所示,则被校电子式互感器标注的极性是正确,与DC正极相连一端为P1;若数据分析软件显示的波形偏向0的下方并保持稳定,如图5(b)所示,则被校电子式互感器标准的极性是错误的,与DC负极相连一端为P1。

在实验室进行极性校验时,将DC的输出通过导线直接接至被校互感器的一次输入端。在现场校验时,被校电子式互感器已接入一次系统,由于DC的输出能力有限,为使数据分析软件显示的波形尽量利于观察,应使校验回路的电阻尽可能小。

4 工程应用实例

国家电网公司某智能变电站试点工程大范围应用了光学原理的全光纤电流互感器,采用双敏感环方式实现采样数据双AD的要求。变电站投运前,工作人员采用上述的直流法对全光纤电流互感器进行了极性校验,以保证保护、测控、计量等后端应用采样数据的正确性。现场全光纤电流互感器极性校验的一次接线如图6所示,合上开关以及开关两侧的地刀1GD和2GD;地刀2GD的“接地排”拆除,使其与大地断开连接;直流源DC正极输出接至大地,负极输出接至2GD;直流源、大地、1GD、开关、2GD构成了穿越电子式互感器的回路。直流源DC为最大可恒定输出90 A直流电流的继电保护测试仪Doble,通过输出按钮可方便控制其输出。

测试过程中,Doble通过2GD和大地为系统提供恒定的30 A直流电流。校验时,数据分析软件实时监视全光纤电流互感器的输出波形。互感器输出波形大部分都与图5(a)所示波形相同,说明大部分电流互感器的安装、接线都是正确的。但校验过程中也发现了一些互感器极性错误或相序错误的问题,如图7所示。

图7(a)为某220 kV线路间隔B相极性校验时,B相AD1的波形偏向0上方,而AD2的波形偏向0下方,这说明B相AD1的敏感环极性是正确的,而AD2的敏感环极性是错误的,需要调整。电子式互感器不能通过更改二次输出的接线来改变极性,只有通过改变一次接线方式或修改数据采集模块、合并单元、后端应用等数据处理算法来改变其极性。更改互感器一次接线难度大且经济性差;修改合并单元或后端应用的数据处理算法不利于以后的管理、检修、设备更换;修改数据采集模块的数据处理算法涉及设备少且易于以后的维护。因此,工程中通过修改全光纤电流互感器数据采集模块的数据处理算法达到了改变极性的目的。

图7(b)为某110 kV线路间隔B相极性校验时,B相AD1的波形偏向0上方,B相AD2的波形为0,而C相AD1的波形偏向0上方,C相AD2的波形为0。由此看出,B相AD2与C相AD1的2个敏感环数据相互交叉,这说明2个敏感环相序反了,需要调整。工程中最终通过更改全光纤电流互感器敏感环至其数据采集模块的光纤接线而达到互感器正确接线的目的。

5 结束语

随着智能变电站建设的不断推进,各种类型的电子式互感器在变电站中逐步得到应用。电子式互感器极性的正确性直接关系到智能变电站二次设备能否正确运行,因此对其极性校验非常必要。由于电子式互感器原理、结构以及输出方式都发生了变化,传统的互感器极性校验方式已不再适用于电子式互感器。文中提出的电子式互感器极性校验系统及方法适应了电子式互感器的变化,满足实验室和现场对其极性校验的要求。在电子式互感器逐步推广应用阶段,该极性校验系统为开展电子式互感器试验提供了良好的条件。该极性校验系统已在工程应用中对现场的光学互感器进行了极性校验,及时发现了互感器存在的极性、光纤接线问题,保证了工程的顺利推进。该极性校验系统也在实验室对有源电子式互感器开展了极性校验,取得了一定效果。

参考文献

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