基于罗氏线圈的电子式互感器可靠性分析

杨浩

摘 要：电子式互感器线路简单实用，工作可靠，具有线性度好、测量精度高、动态测量范围大、响应速度快、带频宽等性能。随着智能化变电站的大量建设，电子式互感器在电力系统中的实际应用越来越广泛。该文针对基于罗氏线圈的电子式互感器进行可靠性分析，并提出改进措施。

关键词：罗氏线圈 电流互感器 积分器模型 可靠性

中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0058-02

电子式互感器是电力系统中电能计量和继电保护的重要设备，其精度及可靠性与电力系统的安全、可靠和经济运行密切相关。该文针对现行投运在智能变电站中的基于罗氏线圈的电子式互感器，分析其工作原理，针对信号采集和传输过程中的一些工程应用问题，搭建罗氏线圈等效模型、积分模型并进行仿真，对电子式互感器积分电路相频特性进行了分析，讨论了实际情况中GIS中快速暂态过程对电子式互感器的影响，并提出一些改进措施。

1 罗氏线圈联合积分器特性

罗氏线圈联合积分器时的等效模型如图1所示，图中虚线左边为罗氏线圈等效电路，虚线右边为理想的硬件积分器。u 0为罗氏线圈联合积分器的最终输出。

式（4）中，只关系到幅频响应的衰减倍数，不会影响到相频响应特性，故可令式中，得到采用积分器时罗氏线圈电流互感器的频率响应特性。罗氏线圈联合积分器的响应下限截止频率接近于0 Hz，上限截止频率接近105 Hz级，在上下限截止频率之间的频率范围内，频率响应特性恒定，罗氏线圈电流互感器输出信号的幅值和相位与一次输入电流信号保持相同。因此，在频率不是非常高的情况下，罗氏线圈联合积分器将能完美地测量被测电流的各种频率分量。

1.2 稳态特性分析

电力系统中电流互感器测量的电流大多数时候都是正弦稳态电流，互感器具有良好的稳态特性是其的基本要求。正弦稳态下的罗氏线圈等效模型中杂散电容C0对应的容抗远大于取样电阻Ra，忽略C0简化分析，结合积分器的响应函数，可得罗氏线圈联合积分器的响应函数为：

令，根据上式仿真出采用积分器的罗氏线圈电流互感器的稳态响应，罗氏线圈电流互感器的输出与被测电流的幅值关系和相角差仅决定于罗氏线圈和积分器自身的参数，输出至与被测电流同相位。

1.3 暂态特性分析

当罗氏线圈电流互感器用于继电保护时，必须研究其对故障暂态电流的传变能力。一般情况下，暂态电流中可能含有衰减直流分量和基波分量，由于罗氏线圈不含铁芯，为一线性电路，则根据线性电路的性质，罗氏线圈对暂态电流的响应即它对各分量的叠加，因此可分别研究罗氏线圈电流互感器对暂态电流各分量的响应。

IEC60044-8定义暂态电流瞬时值近似表达如下所示。

经过仿真输出发现，罗氏线圈电流互感器的暂态响应波形对被测电流波形的跟随性很好，准确度高。因此，罗氏线圈作为继电保护用的电流互感器在理论上是完全可行的，而且由于罗氏线圈不含铁芯，没有暂态饱和问题，将具有比传统的模拟式电流互感器不可比拟的优良暂态性能。

参考文献

[1] 陈庆，李红斌，张明明，等.3种Rogowski 线圈的设计及其性能分析[J].仪器技术与传感器，2005（7）：54-58.

[2] 谢彬，尹项根，张哲，等.基于Rogowski 线圈的电子式电流互感器的积分器技术[J].继电器，2007，35（3）：45-50，86.