电子式电流互感器中高压侧电路供能方法

电力18讯：    摘要：电子式电流互感器已经成了国内外研究的热点，其中有源电子式互感器高压侧电路的供能问题则是研究工作中的关键技术。笔者首先简要地综述了电子式电流互感器的发展，然后重点介绍有源电子式电流互感器中高压侧电路的供电问题，对国内外的研究现状进行了探讨，得到了一些有益的结论。

    关键词：电子式电流互感器:有源式；供能方法

1  引言

    随着电力工业的不断发展及电网电压等级的不断提高，对高电压、大电流的测量要求也在不断提高，互感器的绝缘问题日益突出。对于传统的电磁式电压、电流互感器来说，由于绝缘成本随着绝缘等级的升高呈指数增长，因此原有的空气绝缘、油纸绝缘、气体绝缘和串级绝缘已经不能满足超高压设备的绝缘要求，而且传统的电压、电流互感器存在磁饱和、铁磁谐振、易燃易爆及动态范围小等问题。于是，各种旨在解决超高压绝缘问题的测量方法应运而生，国际电工委员会通过对这些方法的统计分析，提出了电子式电压、电流互感器的概念

    依据国际电工委员会的标准，电子式互感器可以分为有源式和无源式两种。具体来讲，无源式是指传感头部分采用先进的光学传感原理，并通过光纤将信号传送到低电位侧的电子式互感器。由于传感器输出信号本身就是随着被测量变化的光信号，因此不存在设计高压侧电子电路的问题，相应的也不会有电路的供能问题。而有源式则是指传感头部分采用传统的传感原理，仅利用光纤传输数据的电子式互感器，由于光纤只能够传输数字信号，所以必须在高压侧对传感头的输出信号进行模拟量与数字量的转换，这就势必要设计相应的电子电路，因而也就带来了电路的供能问题，这是有源式互感器研究中的难点和关键技术。已有多种方法被研究人员提出，而且有些已经有了商业化的产品，但这并不能说明该问题已经得到解决，因为即使已经商业化的产品也仍然存在不足。

2  有源电子式电流互感器的基本原理

    典型的有源电子式电流互感器分为高压侧电路、低压侧电路以及光纤传输3个模块。其中，高压侧电路的作用是将传感元件的输出信号进行模拟量与数字量的转换，以方便利用光纤进行信号的传输，而低压侧电路的作用则是将光纤传送下来的信号进行处理，并将结果送人相应的测量与继电保护设备。可见，为了确保高压侧电子电路的正常工作，必须提供稳定、可靠的工作电源。图中的虚线给出了几种可能的供电方式，这里采用虚线的目的是说明可能的供电方式有很多种，而在实际应用当中通常是在众多方式中选取某一种。

3  几种供能方法的分析比较

    目前常用的供能方式主要有利用电流互感器(CT)或电容分压器从母线上取电能、激光供能、太阳能供电及蓄电池供电等，下面就对这些方法的优缺点进行详细的分析比较。

3．1  利用CT从母线上取电能

    利用CT从母线上取电能的典型电路基本工作原理是利用特制CT从母线上感应电压，通过整流、滤波、稳压等后续电路处理后，提供给高压侧电子电路所必需的电源。采用这种方法面临两个困难：当母线电流处于空载等小电流状态时，如何保证电源的正常供应；而当母线处于超过额定电流的大电流状态，甚至是短路故障电流时，又要给予电源板足够的保护。

    为了解决这些问题，采取了多种措施：一是对CT铁心材料进行筛选，选择坡莫合构造特制CT:二是设计了相应的控制方案，确保在母线电流变化比较大，尤其是出现大电流的情况下，能够有稳定可靠的电源输出。采取这些措施后，在3～1 000A的电流变化范围内，取得了5V的稳定电压输出。则选取铁基纳米晶材料构造CT铁心，并在过电压防护、能量泄放电路、电磁兼容设计等方面进行了深入研究，能够提供两路5V和一路±12V电源，各路电源的纹波均小于20mV，提供的总功率为200mW，确保了高压侧电路的正常工作。也是基于这种供能方式设计出了相应的电子式互感器样机，取得的效果还是令人满意的。

3．2  利用电容分压器从母线上取电能

    利用高压电容分压器取电能的思想类似于CT取电能，都是就近取材的想法。高压电容分压器从母线上取得电能后，也要经整流、滤波、稳压等处理措施，然后才能够给高压侧电路供能。在这方面进行了细致的研究，通过调整电容C的大小来获取不同的电流输出，从而达到设计的功率要求。

    采用该方法面临着比CT取电能更大的困难，首先是如何保证取能电路和后续工作电路之间的电气隔离问题，这要求更为严格的过电压防护和电磁兼容设计；其次就是这种方法有着更多的误差来源温度、杂散电容等多种因素都将影响该方法的性能。因此获取电源的稳定性和可靠性较CT取电能方法为差；另外就是采用这种方法得到的