全光纤电流互感器小结

第一篇：全光纤电流互感器小结

全光纤电流互感器学习小结

一、全光纤电流互感器的基本结构:

1、全光纤电流互感器结构根据功能可以分为：光纤传感器，光学传输单元，合并单元三部分组成。光纤传感器部分由1／4波片，感应光纤和反射镜组成，通过熔接形成一个无源传感器件，这部分在高压一次设备侧。在复合绝缘子中布置了保偏光纤，在互感器的底座装有偏振器和调制器两个光学元件，调制信号由合并单元提供，无需外部供电。光纤传感器和合并单元之间采用标准的单模通信光纤。

图

1、全光纤电流互感器结构示意图

2、以ALSTON全光纤CT为例对其结构进行介绍，其电流互感器就地端子箱如下图，其中主要包括偏振器，调制器，温度传感器，其端子箱主要作用有接收合并单元提供的调制信号，光纤温度测量给合并单元用于计算温度补偿，以及实现单模通信光纤与保偏光纤的熔接。

图

2、互感器本体及端子箱

3、NXCT合并单元前面板上有三个指示灯和一个数字通讯RS232接口: 指示灯工作状态如下： Power:电源正常时绿色常亮；

Maintenance Required:正常运行时熄灭，轻微故障时橙色常亮；

Data Invalid：正常运行时熄灭，传输数据无效时红色常亮（相当于严重故障）。

图

3、NXCT光电单元前面板

4、NXCT合并单元背板结构如图4所示 其中各个接口的作用如下：

（1）:连接一次侧，给测量回路提供光源，同时接收电流信息的接口；（2）：将合并单元测量的电流量经TDM总线给需要的控制保护设备；共6路TDM，每路包含该合并单元测量的全部电流；

（3）：两个合并单元之间的连接光纤，可以同步测量的电流量，使输出的TDM总线中含两个机柜测量的电流。

（4）：给合并单元提供两路供电电源接线端子；（5）：合并单元连接至调制器的端子排；

（6）：IDL温度测量，用于温度补偿的，只有IDL采用的是光纤传输，其它电流量用的是电缆传输；

（7）：合并单元电流模拟量输出端子或装置报警输出。

图

4、NXCT光电单元背板

5、NXCT合并单元特性如下图所示:

图

5、NXCT合并单元特性

同里站的数字输出端口含有6路独立的数字接口。

二、全光纤电流互感器的原理：

1、理论基础：

法拉第磁光效应（Faraday Magneto-optioal offect）：

当线偏振光在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一磁场，则光振方向将发生偏转，偏转角度与磁感应强度和光穿越介质的长度的乘积成正比，偏转方向取决于介质性质和磁场。这种现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。

萨格纳克干涉原理测量（Sagnac interferometer）：

两束相干光间光程差的任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的移动。通过干涉条纹的移动变化可测量光程微小的改变量，从而测得与此有关的其他物理量（如电流）。

安培环路定理(Ampere circuital theorem)：

沿任何一个区域边界对磁场矢量进行积分，其数值等于通过这个区域边界内的电流的总和，这个定理与区域的形状，距离和材料无关。按照安培定理，相邻导体产生的漏磁场（干扰磁场）的任何闭环矢量积分为零。也即。临近导体的干扰对全光纤互感器无任何影响。

2、工作原理：

如全光纤互感器结构示意图1所示，光源发出的光经偏振器起偏成两束相互垂直的线偏光，这两束正交模式的光经过1／4波片后分别变成左旋和右旋模式的圆偏光进入传感光纤，受到导体中电流产生的磁场作用，左右旋圆偏光以不同的速度传播，从而引起光波相位的变化，光在传感器端的镜面反应后，这两束圆偏光的偏振模式互换，通过传感光纤再次受到磁场作用，从而使受到作用的效果加倍。这两束圆偏光经过波片后恢复为线偏振光，并在偏振器处发生干涉，通过测量干涉光强检测出相位差，而相位差与导体中的磁场强度成正比，而磁场强度与电流强度成正比，从而可以得到被测电流的大小。

传感器输出光强: Pd=loss×0.5×Po×【1+cos（φf+φ）】

式中loss是光路损耗；Po是光源输出光强；φ是调制相位；φf是Farady相位； Farady相位： φf=4NVI 式中N为传感光纤的匝数；V是费尔德常数；I是导体中的电流。

三、同里站（直流部分）全光纤电流互感器的使用：

同里换流站阀厅直流极线、400kV母线、中性线及直流线路出口极线、直流滤波器高压侧、直流滤波器不平衡电流测量等光CT采用的是ALSTON型号为NXCT纯光纤电流互感器。

图

6、同里站极I全光纤电流互感器接线图

其中阀厅内为悬吊式或自立式、直流场线路出口处为自立式。同里站直流场极线用光CT，阀厅用光CT，直流滤波器高压侧光CT均为每点位配置三套，对应3个合并单元，每个合并单元提供6路独立的TDM协议光接口输出，每路TDM信号包含该合并单元接入的所有测点数据，对于极线出口处的800kV光CT（IDL),还有一套用于谐波测量，对应1个独立的合并单元，提供6路独立的TDM协议光接口输出（只包含IDL）。

直流滤波器高压电容器不平衡光CT每点位配置3套，对应另外3个合并单元，每个合并单元提供6路独立的TDM协议光接口输出（包含直流滤波器三个测点不平衡电流）。

四、NXCT自检功能：

NXCT全光纤电流互感器含有全自检功能，能够提供设备的在线监测功能，通过数字通讯RS232接口将电流互感器的运行情况:如光源强度，光纤通讯状况，光电单元功耗，系统温度等参数发送到后台，并提供报警和查询功能。

图

7、全光纤电流互感器的诊断界面

五、全光纤电流互感器的优点：

由于全光纤电流互感器具有绝缘无油，无SF6或其他气体，腔内无任何机械装置；无二次开路的危险；无铁心剩磁的问题。下表为各类电流互感器的比较：

图

8、各类电流互感器的比较

第二篇：使用电流互感器七大注意事项

使用电流互感器七大注意事项

电流互感器的使用主要注意下面七个方面：

1)电流互感器的接线应遵守串联原则即一次绕阻应与被测电路串联而二次绕阻则与所有仪表负载串联。

2)按被测电流大小选择合适的变化否则误差将增大。同时二次侧一端必须接地以防绝缘一旦损坏时一次侧高压窜入二次低压侧造成人身和设备事故

3)二次侧绝对不允许开路因一旦开路一次侧电流I1全部成为磁化电流引起φm和E2骤增造成铁心过度饱和磁化发热严重乃至烧毁线圈;同时磁路过度饱和磁化后使误差增大。电流互感器在正常工作时二次侧近似于短路若突然使其开路则励磁电动势由数值很小的值骤变为很大的值铁芯中的磁通呈现严重饱和的平顶波因此二次侧绕组将在磁通过零时感应出很高的尖顶波其值可达到数千甚至上万伏危机工作人员的安全及仪表的绝缘性能。

另外二次侧开路使E2达几百伏一旦触及造成触电事故。因此电流互感器二次侧都备有短路开关防止一次侧开路。如图l中K0在使用过程中二次侧一旦开路应马上撤掉电路负载然后再停车处理。一切处理好后方可再用。

4)为了满足测量仪表、继电保护、断路器失灵判断和故障录波等装置的需要在发电机、变压器、出线、母线分段断路器、母联断路器、旁路断路器等回路中均设具有28个二次绕阻的电流互感器。对于大电流接地系统一般按三相配置;对于小电流接地系统依具体要求按二相或三相配置

5)对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。例如若有两组电流互感器且位置允许时应设在断路器两侧使断路器处于交叉保护范围之中

6)为了防止支柱式电流互感器套管闪络造成母线故障电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。

7)为了减轻发电机内部故障时的损伤用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧.消息来源于中国电气之家(25dq)。

第三篇：电流互感器铁心剩磁总结

电流互感器铁心剩磁总结 电流互感器剩磁的定义

饱和磁通sat：电流互感器二次匝链磁通的最高值，对应于铁心材料的磁饱和（完全饱和 状态）。

剩磁通r：铁心在切断励磁电流3min之后剩余的二次匝链磁通值，此励磁电流应大到足 以产生饱和磁通sat。

剩磁系数KR：剩磁通与饱和磁通之比值，用百分数表示。

动态剩磁dr：互感器的一次绕组断电以后，铁心中的磁通将从断电这一时刻开始逐渐衰减，这个衰减过程中的磁通称为动态剩磁。

动态剩磁衰减规律为

drxetT2

式中：x——断电瞬间铁心中的磁通，Wb2.铁磁材料磁滞回线及剩磁

2.1磁滞回线及剩磁的形成过程

磁滞回线。（解释说明：铁磁材料的剩磁与电流互感器的剩磁通定义不一样。）

对于同一铁磁材料，选择不同的磁场强度反复磁化时，可得出不同的磁滞回线，将各条磁滞回线的顶点连接起来，所得的曲线称为基本磁化曲线，或平均磁化曲线。

从图2系列磁化曲线可以看出，对同一铁磁材料，取低的磁化强度（对应低磁密）反复磁化时，铁磁材料的剩磁也越小（可以认为做伏安特性铁心的剩磁大致对应于磁滞回线上的剩磁）。

软磁性材料的磁滞回线狭窄，近似与基本磁化曲线相重合，所以进行磁路计算时常用基本磁化曲线代替磁滞回线使计算得以简化。

对于互感器做伏安特性时，由于硅钢片铁心磁通远未饱和，铁心会产生剩磁也很小，而且实践证明硅钢片的剩磁不会明显影响保护级的伏安特性及额定电流下的误差，微晶铁心的剩磁也不影响测量级的误差。另根据硅钢片的矫顽力一般约为100/4π A/m,查硅钢片磁化曲线可得对应磁密为1590Gs, 也即矫顽力对应的剩磁为1590Gs（比较低），由于硅钢片铁心工作磁密远未饱和，所以做伏安特性的铁心剩磁也很小。

计量用CT多采用超微晶材料制造，由于矫顽力很小，只需要很小的工作电流（例如额定工作电流）就可以去除剩磁，可以不考虑剩磁的影响。

图1 基本磁化曲线

2.2 铁磁材料的磁滞回线

1）软磁性材料的磁滞回线狭长（见图2a),剩磁和矫顽力都较小，磁滞损耗小，磁导率高，适用于制作各种电机、电器的铁心。软磁材料包括纯铁、铸钢、电工钢及坡莫合金等。

2）硬磁（永磁）性材料，这种材料的磁滞回线面积大（（见图2b),磁化后不易退磁，适宜作永、磁体。硬磁性材料包括铬、钨、钴、镍等合金。

图2 磁滞回线

注：摘自《电路及磁路》

2.3 影响剩磁的因素

电流互感器剩磁的大小除受电流互感器铁心材料及结构影响外，还与以下四个因素有关。1）短路电流开断时间

系统发生短路故障后，保护装置和断路器相继动作，从而断开电流互感器的一次短路电流。剩磁取决于短路电流开断瞬间铁心中的磁通。如果短路电流在不同时间开断，磁通会沿不同的励磁曲线达到不同的剩磁点，剩磁大小不同。2）一次短路电流及其非周期分量

一次短路电流由周期分量和非周期分量两部分构成。非周期性分量对电流互感器i0特性的影响最为严重，它的大小取决于Im和α，即Imcos的值越大，φ随i0的变化越快，剩磁越大。

3）一次回路时间常数

一次回路时间常数τ决定了非周期分量衰减的快慢。τ越大，非周期分量衰减越慢，铁心磁通累积时间越长，容易引起饱和，从而导致较大的剩磁。4）二次负载的功率因数及阻抗值

断路器一般在短路电流过零点时断开，铁心中的剩磁与二次负载的功率因数及阻抗值有关。对于纯电感负载（功率因数cos0），短路电流开断后基本不存在剩磁；对于纯电阻负载（cos1），铁心中会存在较大剩磁(对于二次短接可以理解为纯二次绕组电阻负载）。一般地，实际运行的电流互感器的二次负载功率因数很高，如静态和数字继电器为电阻性负载，短路电

［5］流断开后，剩磁可能接近峰值。

以上四因素主要影响一次电流开断瞬间电流互感器铁心中的磁通。CT剩磁统计

系统发生短路故障后，往往会导致电流互感器存在较大的剩磁，电流互感器剩磁大小取决于一次电流开断瞬间铁心中的磁通。在短路故障时，磁通由稳态周期性短路电流、暂态非周期分量及二次回路阻抗决定，当一次电流在互感器处于饱和时断路器跳闸产生的剩磁可能最大。

运行中的电流互感器普遍存在剩磁，剩磁对电流互感器的危害较大，且剩磁一旦产生，不会自动消失，在正常运行条件下将长期存在。剩磁的存在使电流互感器在励磁曲线上的起始工作点发生了变化，加重了铁心的饱和程度及饱和时间，是产生不平衡电流和导致差动保护误动的重要原因，对系统保护装置动作的可靠性有很大影响。

表1是IEEE Std C37.110-1996《Guide for the application of current transforer used for protective relaying purpose》列举的对230kV 系统141组电流互感器的调查结果，表明运行中的电流互感器剩磁分布不均，不易确定典型值（离散性比较大），剩磁系数最高可达80%。

注1：剩磁系数大剩磁也大。

4.降低剩磁的方法

1）对于测量用互感器，采用磁导率高、剩磁系数小的优质铁心材料，如： 非晶合金、坡莫合金等，非晶合金铁心剩磁系数一般小于50%，坡莫合金铁心剩磁系数更低。2）采用PR、TPY、TPZ级互感器，其铁心开小气隙，剩磁系数小于10% 3）对于不适于采用PR、TPY、TPZ级互感器的场合，在选用互感器时应考虑剩磁带来的影响，适当提高准确限值系数或额定电流比，在每次系统大扰动后选择时机对互感器进行退磁。

5.退磁方法

a)闭路退磁法退磁：

在二次绕组上接一个相当于额定负荷10-20倍的电阻（考虑足够的容量）,然后通过检定装置一次回路对一次绕组通以工频电流，由0增至1.2倍的额定电流，然后均匀缓慢地降至0。b)开路退磁法退磁

对于具有两个或两个以上的二次绕组的电流互感器进行退磁时，其中一个二次绕组接退磁电阻，其余的二次绕组应短路。参考文献

［1］

GB 20840.2-2014 互感器第2部分：电流互感器的补充技术要求 ［2］

GB／T 22071.1-2008互感器试验导则第1部分： 电流互感器 ［3］

JJG 1021-2007 电力互感器检定规程 ［4］

李军，胥昌龙，曹宣艳，张华等。电流互感器饱和铁心的剩磁在额定工况下的状态分析。

电测与仪表，2014-1,51（2），14-18.［5］

梁仕斌，文华，曹敏等。铁心剩磁对电流互感器性能的影响.继电器，2007,35（22）：

27-32.［6］

崔迎宾，谭震宇等。电流互感器剩磁影响因素和发生规律的仿真分析.电力系统自动化，2007-12-10,34（23）:87-91.［7］

李长荣，宋喜军，李俊芳等.PR级剩磁对保护级电流互感器性能影响及PR级技术参数计

算。变压器，2013-5,50（5）：5-8.

第四篇：零磁通电流互感器在特高压换流站的应用

零磁通电流互感器在特高压换流站的应用

实习指导 杨垒 哈密管理处 张柏熙

【摘要】：高压直流输电（HVDC）在远距离大容量输电和独立电网互联方面具有明显的优点，在我国西电东送和全国联网工程中起到了重要的作用。本文主要对哈密-郑州特高压直流输电工程的零磁通电流互感器结构和测量原理，分析说明零磁通电流互感器在特高压直流系统中的使用情况及作用，说明零磁通电流互感器常见故障处理及原因分析，同时介绍检查与分析方法直流场测量IDEL2信号输出异常和金华站P1-IDNE零磁通模块故障分析。

【关键词】：零磁通电流互感器 中性母线开关电流（IDNE）中性母线电流（IDNC）故障分析引言

直流电流互感器是直流输电系统的重要一次设备，为换流站的运行提供控制和保护信号。应用于换流站各个位置的直流电流互感器主要分为两种类型，一种是用于测量电压等级较高的极线电流的光电式直流电流互感器，另一种是主要用于测量电压等级较低的中性线上直流电流的零磁通式直流电流互感器。目前国内直流输电工程用直流电流互感器绝大多数都被进口产品垄断ABB，如ABB公司，西门子公司的光电式直流电流互感器，HITEC公司及REITZ公司的零磁通式直流电流互感器。国内对光电式直流电流互感器进行了很多研究，但对零磁通式直流电流互感器的研究较少。零磁通式直流电流互感器基于直流电流比较仪原理，具有准确度较高的优点。直流电流比较仪被应用于试验室直流电流测量及标准已有非常长的历史但将其应用于直流输电系统的研究在国内较少进行，尚需要提高其在电力系统运行条件下的过载能力和可靠性。同时研制零磁通直流电流互感器对于实现直流测量设备的国产化，打破国外公司对国内直流输电系统用直流互感器的垄断格局，具有重要意义。零磁通CT构成及原理

2.1零磁通CT的结构

零磁通CT是由二次绕组，三环型铁芯，振荡器，双峰值检测器，功率放大器，密度放大器，负载电阻组成如图2-1所示，一次电流IP生成一个磁通，可以被测量头二次绕组（NS）的电流 IS抵消。二次绕组里的三环形铁心可以检测到任何剩余的通量。其中两个（N1，N2）用来检测剩余磁通的直流部分。N3 检测交流部分。振荡器将两个直流磁通传感铁芯反方向磁饱和。如果剩余直流磁通是零，那么电流峰值两个方向都是相等的。如果不为零，其差额同剩余直流磁通成正比。双峰值检测器，可以检测到该直流磁通。加上交流分量（N3），就会产生一个控制回路，产生二次电流进而使得磁通为零。带有高过电流能力的功率放大器可以向NS提供二次电流，通常有2000匝。二次电流，是一次电流的部分图像，提供给负荷电阻器（Rb）将信号转换为电压。通过一个精密放大器，信号穿过负荷，并放大信号后使用。

图2-1 零磁通CT构成2.2零磁通CT的原理

电流互感器基于电磁感应原理，因此，铁芯中的必须有磁通是电流互感器工作的先决条件。可是为了在铁芯中建立磁通，就需要励磁电流，励磁电流是互感器误差的主要来源。零磁通电流互感器的目的，就是消除励磁电流对互感器测量精度的影响。

必须要有励磁电流，又要消除励磁电流对测量精度的影响，最直接的办法就是采用一个补偿绕组，专门用于提供励磁电流，这样，测量绕组就不会受到励磁电流的影响。如图2-2所示零磁通电流互感器包括两个铁芯，四个绕组。四个绕组分别为一次绕组NP，二次补偿绕组NC，二次测量绕组NS，检测绕组ND。两个铁芯分别为Core1和Core2。

一次绕组NP和二次测量绕组NS同时绕在Core1和Core2上，补偿绕组NC绕在Core1上，检测绕组ND绕在Core2上。检测绕组ND连接高阻抗电压表，绕组电流可以忽略。补偿绕组NC连接一个与被测一次电流频率相同的可控交流电压源。互感器工作时，一次绕组NP及二次测量绕组NS在Core1和Core2中均产生磁通，补偿绕组NC只在Core1中产生磁通。检测绕组ND只与Core2磁通铰链，并且自身负载阻抗很大，电流可忽略不计，不产生磁通。调节补偿绕组NC的电压源，当检测绕组ND的电压表读数等于零时，铁芯Core2中磁通为零。

图 2-2 零磁通电流互感器原理

由于一次绕组NP和二次测量绕组NS均与铁芯Core2铰链，此时，对于铁芯Core2而言，一次绕组NP和二次测量绕组NS的在Core2中产生的磁通相同，即一次绕组NP和二次测量绕组NS安匝数相等：NP×IP=NS×IS。在一次绕组NP和二次测量绕组NS上产生感应电动势的磁通完全由二次补偿绕组NC提供，NC绕组提供励磁电流和励磁磁场。零磁通电流互感器的理论误差等于零，不存在比差和角差。之所以称为零磁通电流互感器，就是因为铁芯Core2中的磁通为零，一次绕组NP和二次测量绕组NS的磁通在铁芯Core2中达到了平衡，因此，也可以称为磁平衡式电流互感器。

2.3零磁通CT的特性：

磁通电流互感器是一种理论上磁通为零（即电流互感器的铁芯没有磁通）的互感器。其基本原理是采用电子反馈电路与补偿来实现线圈和铁心组件的安匝平衡，从而达到“零磁通”以降低测量误差。实际上由于分布电容，漏感等原因，零磁通电流互感器还存在一定误差，但相比一般电流互感器精度提高了一个数量级。

零磁通电流互感器的精度可以达到十万分之一甚至更高，由于其采用自动补偿的方式，放大倍数越大，补偿效果越好，误差也越小，其频带及带载能力等指标也很好，也可相对减小铁心及互感器的体积，降低对材料的使用成本。采用嵌套形的铁心结构可以很好地解决铁心的屏蔽问题，有了检测铁心上的辅助补偿绕组，可以使采用这种结构的检测铁心真正能够起到检测零磁通的作用，具有极小的角差，适合大型电力变压器的空载及短路试验等低功率因数工况的高精度功率测量。

3零磁通CT在天山站的配置及应用

3.1测量装置及配置介绍

天山站极中性母线电流（IDNC），极中性母线开关电流（IDNE），站内接地极电流（IDGND），接地极电流（IDEL1，IDEL2），金属回线电流（IDME）等8个电流量采用了零磁通测量装置。测量数据通过电缆传输给极测量接口装置PMI其中：

1.极1零磁通CT接口柜P1MU用以测量P1.WN.T1(IDNC)P1.WN.T2（IDNE），P1MU1，P1MU2，P1MU3分别对应南瑞极测量接口柜 PMI1/2 的 A，B，C 系统。

2.极2零磁通CT接口柜P2MU用以测量P2.WN.T1(IDNC)P2.WN.T2（IDNE），P2MU1，P2MU2，P2MU3分别对应南瑞极测量接口柜 PMI1/2 的 A，B，C 系统。

3.双极区零磁通CT接口柜BMU用以测量 WN.T1(IDGND)，WN.T2(IDME)，WN.T3(IDEL1)，WN.T4（IDEL2），BMU1，BMU2，BMU3分别对应南瑞极测量接口柜PMI1/2的A，B，C系统。

图3-1带套管的测量头

测量头经常至于户外直流场，因此外表浇筑了树脂。由于附近的载流导体或空气弹簧造成的外部磁场，测量头内部的磁屏蔽，可以阻止3个传感芯饱和。树脂类型测量头在P1和P2侧面有M12螺母便于安装。这些螺母还可以用于起重，可以在两边安装两个吊环螺栓，测量头内部由铜箔筛网围绕形成一个法拉第屏蔽。电子模块也安装有过压避雷器，EMC过滤器，可以满足严格的抗扰性标准，虽然电子模块通常安装到控制室，具备可控制电子模块环境。电子模块可以从双极或单极电源提供电源。安装输入二极管用于连接两个电源系统，有一个共同回路。如果有一个单极电源，内置的直流-直流转换器可以创建内部±24V直流电源。直流-直流转换器还可以从电源对输出信号进行隔离。

图3-2屏柜布置图

图3-3带有端子排的HITACC模块的详细接线

图3-4零磁通电流互感器回路示意图

如图3-5所示零磁通CT现场采集量传输给PMU/BMU接口柜里的电子转换模块，经电子转换模块一部分量送给了直流故障录波，一部分经南瑞板卡送给了直流控保A，B，C三套系统，再从控保系统传输给SCADA服务系统，在到运行人员工作站OWS。

3.2保护原理及应用

图 3-5 双极区的保护

天山站直流场的设备，极过流保护，直流谐波保护，直流低电压保护，双极中性母线差动保护，后备站地过流保护，中性母线接地开关保护，GRTS转换开关后备保护，中性母线接地开关保护，接地保护（金属回线)，MRTB转换开关后备保护，接地极线横差保护，金属回线纵差保护，接地极线过流保护，金属回线横差保护，MRTB转换开关保护，GRTS转换开关保护，这些保护都是靠零磁通CT取量。零磁通CT常见故障处理及原因分析

天山站调试至今零磁通共出现8次故障，零磁通模块发热1次，P1CCP1发直流中性点电流极1 IDNC错误，严重故障出现退出备用瞬时复归2次，零磁通屏柜端子松动2次，零磁通IDNC B系统测量电流偏大3次，就以上几次故障进行事故分析。

4.1案例分析直流场测量IDEL2信号输出异常

天山换流站2013年12月18日13:27，P1PPR1C，P2PPR1C报“直流场测量IDEL2信号输出异常”“系统监视轻微故障出现”接地保护，不平衡保护，过流保护，后备站接地过流保护，金属回线转换开关保护，中性母线差动保护退出。

现场检查站及双极辅助设备室BMU3屏发现DCCT模块内部一个电阻松动，导致电源OK信号无法传出，装置自闭锁，从而造成接地极线路零磁通电流互感器WN.T4电子模块工作异常。

图 4-1 IDEL2信号输入异常

分析事件列表可知:

（1）P1PPR1C，P2PPR1C报IDEL2信号输出异常，系统监视轻微故障；

（2）双极，金属回线，接地极线与IDEL相关的保护退出。

现场检查情况:

（1）运行人员对直流场接地极线路零磁通CT WN.T4一次设备检查未发现异常；

（2）对站及双极辅助设备室BMU柜进行检查发现DCCT模块“ Power on”，“Output valid”指示灯未亮。

图 4-2 DCCT模块版面

直流场相关保护退出原因分析：报警事件中保护退出逻辑时序相似，下面以接地极线过流保护为例进行分析，其投退逻辑时序图如图4-3所示，当ELOS_MEAS_OK为0，接地极线过流保护退出。如图4-4所示，XX_MEAS_OK条件中均相与IDEL2_MEAS_OK，由于直流场测量IDEL2信号输出异常，IDEL2_MEAS_OK=0，因此XX_MEAS_OK=0，金属回线接地保护，接地极线不平衡保护，接地极线过流保护，双极后备站接地过流保护，双极金属回线转换开关保护，双极中性母线差动保护退出报警正确。

图 4-3 接地极线过流保护投退逻辑时序

图4-4 IDEL2测量逻辑时序

IDEL2信号输出异常原因分析：

查询软件报警页面IDEL2_POW_IN*DCCT_POW_SCAL≤DCCT_POW_RES-DCCT_POW_HYS时IDEL2_POW_OK输出为0，报“IDEL2信号输出异常”。

DCCT_POW_RES=（24*0.4）=9.6

DCCT_POW_HYS=（24*0.02）=0.48

图4-5（PPR/POLEBIPO_PRPT/Main/DATA_PROC/DCCT_POW_OK）

图4-6 DCCT电子模块内部接线图

通过图4-6分析可知，零磁通电流互感器柜BMU3内DCCT模块正常时信号输出DCCT _ IDEL2 _OK，该信号以并接方式分别送入极1，极2的PMI柜内，双极PPR1C系统均有报IDEL2信号输出异常，因此故障点在BMU3柜内概率最大。用万用表测得WNT4电子模块供电正常，同时测得31-32，30-31节点均未导通为打开状态，故可判断该电子模块内部有故障。

4.2案例分析金华站P1-IDNE零磁通模块故障

金华站2014年7月12日09点54分03秒，发极1极保护A系统发直流极差保护S闭锁，中性母线差动保护Z闭锁，极1和极2极保护A系统发双极中性母线差动保护Y闭锁，后备站内接地过流保护告警。极1极保护PPR1A和极2极保护PPR2A相同保护动作并短时复归。经检查确认为极1零磁通CT（IDNE）电子单元A系统输出异常导致。现场检查发现，极1零磁通CT（IDNE）电子单元A系统电源灯和输出可用灯已不亮。

图4-7故障电子单元模块电源灯和输出灯已经不亮

将极1 IDNE A系统零磁通电子单元的电子单元拆下后，打开箱体侧板后，发现内部PCB电路板上的MOS场效应管元件已经烧坏，侧板靠近被烧毁元件处有明显痕迹。

图4-8故障IDNE电子单元内烧坏的MOS场效应管（IRFP4110）

零磁通CT 的A，B，C系统的极1 IDNC，极1 IDNE，极2 IDNC，极2 IDNE电子单元发热严重。卸下屏柜正面空挡板，进行红外测温，发现电子单元IDNC1A/B/C电子单元内部温度最高达到77℃，IDNE1A/B/C，IDNC2A/B/C电子单元内部达到60℃。零磁通电子单元的功率消耗Power Consumption与测量电流相关。电流为零时，电子单元消耗功率为15W，随着电流增大，消耗功率增加，电流为5000A时，电子单元消耗功率90W。DMI21/22/23内电子单元测量电流为额定电流，发热多，而DMI11/12/13屏内电子单元一次测量电流在当前工况下为零，功率消耗低，发热量少。

调试及运行以来零磁通电子模块故障依次发生在IDNC1C，IDNE2C，IDNC1B，IDNC1A和本次的IDNE1A。推测电子单元发热严重，散热不良对电子单元频繁故障有影响。总结

控制保护设备室内二次接线端子及电子模块元件不可避免存在松动现象，由于接线端子松动导致的直流场相关电流，电压量测量异常告警曾多次出现。对控制保护设备室内二次屏柜端子排加强关注，极早发现端子松动或者虚接隐患。对零磁通电子模块温度和模块散热加强监视，对零磁通零磁通户外本体测量头和零磁通电子模块多监视，零磁通方面知识欠缺，必要时去厂家做相应培训，在日常巡检过程中零磁通CT转换模块可以增加测温的专项检查。

参考文献

[1]赵畹君 高压直流输电工程技术 中国电力出版社

[2]南瑞软件：HZ-Appsoftware

[3]中国南方电网超高压输电公司.高压直流输电系统设备典型故障分析.北京：中国电力出版社，2009.[4]南京南瑞继保电气有限公司.RD6T011400-001，PCS-9500 直流控制保护系统硬件手册，2009。

作者简介

张柏熙，男，1993年4月出生，2015年8月参加工作，毕业于吉林化工学院信息与控制工程系电气工程及其自动化专业，本科学历，现在国家电网公司运行分公司哈密特高压管理处天山换流站工作。

第五篇：全数字化光学电流传感技术研究

全数字化光学电流传感技术研究

陈锡禹

【摘要】 本文简述了研究全数字化光学电流传感技术的意义，分析了国内外研究现状和研究发展趋势；以及全数字化光学电流传感技术方向目前国内的瓶颈，尚待解决的问题，未来研究的主攻方向。

关键词： 数字化 光学电流 传感技术

1、前言

随着微电子技术、光电技术、通信技术的飞速发展，智能化、数字化和网络化的测试、控制技术迅速在电力系统中得到广泛应用，并深刻改变传统电力系统的运行、维护和管理模式。[1]尤其是光电技术的应用及其与信息技术的结合，使得传统电力系统工业面临一场重大的技术变革。而今的光学电流传感技术的日益发展也对传统电力系统提出了重大挑战。

电流、电压互感器作为电量测量装置，是监测一次设备运行状态的关键，也是二次设备工作的基础。而如今的数字化光学电流传感技术离不开光学电流传感器，即那些利用光学技术直接或间接地对电流换能或测量，从而实现对电流传感的装置。[2]由于光学电流传感器与传统的电磁电流互感器相比具有非常显著的优点而受到越来越广泛的关注。近年来，此领域的研究获得许多进展，有些研究单位已进行了挂网实验，有些研究成果正进入产品转化阶段。[3]但是，我国在此领域的研发、生产和应用方面仍相对滞后,无论在科研、设备、技术、工艺,还是在应用方面都无法与欧、美国家相比。随着我国人民生活水平的不断提高及认识程度的深化，我国对于此类产品的需求会逐步增大，所以，我国开展对此的研究具有重大的社会意义巨大的经济效益。

2、国内外电力系统中光学电流传感技术发展情况

2.1我国光学电流传感技术发展

随着光学电流传感技术的发展，由于实现数字化变电站的要求，我国基于电磁感应原理的传统电磁式互感器暴露出了一系列严重的缺点。[4] 1.电磁感应式互感器的绝缘结构日趋复杂，体积大，造价随电压等级数呈指数关系上升；

2.由于其固有的铁芯会产生磁饱和、铁磁谐振等现象，造成动态范围小、频带窄等；

3.以模拟量输出不能直接与计算机相连，难以满足新一代电力系统自动化、电力数字网等发展需要。[5,6] 与之相对比的光学电流传感器，它涵盖不同的测量原理、方法及测量传输方[7]式。与传统的电磁式互感器相比，它的优点也凸显出来[8]: 1.测量频带宽，测量精度大；

2.动态范围大，可在相当宽的电流范围内保持良好的线性特性； 3.绝缘性能好，可用于传感材料的光学玻璃，传输信号的光纤； 4.无开路导致高压的危险； 5.不含油，没有爆炸危险； 6.受电磁干扰小；

7.体积小，质量轻，结构简单；

8.不含铁芯，没有磁铁共振，没有磁饱和及大电感引起的滞后现象;[9] 9.采用数字接口，通信能力强，可以直接和计算机相连，实现多功能化，智能化，数字化的要求。[10] 如果采用数字接口，通信能力强，对实现数字化电力系统有着重要的意义。由于光电传感器下传的是数字信号，与通信网络容易接口，且避免了信号在传输、储存和处理中的附加误差，提高了系统可靠性。这个特性在强电磁环境中可有效地保证信号的准确性和可靠性。同时，随着微机保护和控制设备的广泛采用，光电互感器可以直接向二次设备提供数字量，不需要保护装置中的变换器和 A/D 采样部分，使设备得到大大的简化。[11] 2.2国外光学电流传感技术发展

国外光电电流互感器的研究始于二十世纪六十年代末和七十年代初，到八十年代和九十年代初OCT己经开始了产品化研究，目前许多大公司己经形成了成套产品。具有关资料统计，到1999年底，大约有2000多台OCT挂网试运行。早在1978年，美国西屋电气公司就研制出用于SOOKV的OCT，其准确度为:比差0.3%、角差士5 ,量程3kA，挂网试运行一年。美国五大电力公司各自在1982年左右成立了OCT专题小组，且研制成功了161kV独立式OCT(1986-1988)。在1989年5月至1992年又成功地研制了最高工作电压为345kV，测量范围为20-2kA，准确等级为0.3级的计量用和保护用OCT，且挂网试运行。1991年6月ABB电力T&D有限公司公布了用于345kV变电站计量和保护的OCT系统，在运行四个月后，与标准CT比较，误差仅0.4‰ 到1994年ABB公司不仅拥有多种电压等级的交流数字光电式OCT，也开发出直流数字式OCT，并在多个地区挂网运行。日本也是较早开始OCT研究的国家之一。日本除研究SOOKV, 1000kV高压计量用OCT外，还进行SOOKV以下直到6600电压等级的GIS用或零序电流、电压光电传感器。东方电气公司和东芝公司合作，1987年8月至1989年3月研制的GIS设备用OCT在制造厂条件下长时间进行试验，运行稳定，试验数据皆符合JGC1201标准，并在1989年末通过试验鉴定。[15]

3、尚待解决的问题以及对未来的展望

与国外相对比，我国的光学电流传感器还有很大的差距。但近些年来光学电流传感器研究取得了可喜的进步，但离实用化，产品化仍然有一定距离。其障碍在于需要克服各种因素引起的系统温度与振动稳定性降低的问题。[12] 目前，已经得到普遍应用的光纤数据通信网络将逐步取代微波、载波等传统通信方式，成为电力系统通信的主干网络，将原来分布的、孤立的各发、变、配、送、用电系统融合为一个整体；光纤传感技术与故障诊断技术的结合为电力主设备的安全可靠运行提供了全新的监测手段，大大提高了电力主设备的运行管理水平；数字化、智能化电子设备和数字继电保护装置的广泛应用，在保持原有功能的基础上，提供了系统功能扩展和集成的良好平台。[13][14]

目前，我国所面临的困难还有“准确测量任何时刻的电流瞬时值”是电流互感器的理想测量品质[15]。广泛使用的铁磁线圈电流互感器，尽管稳态测量精度能[16]够满足 0.2 级的要求，然而短路故障时存在磁路饱和现象，动态测量能力差，是保护装置误动和拒动的主要原因[17]。基于Faraday电磁感应原理的Rogowski线圈电子式电流互感器，不存在磁路饱和现象[18,19]，但其在基本原理上决定了Rogowski线圈电流互感器不能测量稳恒直流，但是对于变化比较缓慢的分量，比如非周期分量，也不能保证测量精度[20]。

目前的研究多集中于测量用光学电流传感器，对线路防护(继电保护)用电流互感器的报告还不多。然而这两种用途的光学电流传感器对电力系统而言都是需要的。故对线路防护用电流互感器的研究亦应加强。

4、参考文献

[1]张健.光学电流互感器的抗磁场干扰技术和数字化技术研究[D].哈尔滨工业大学,2008.[2]靳伟，廖延彪，张志鹏.导波光学传感器———原理与技术[M].北京:科学出版社1998:90-10 [3]李庆波,王慧丽,冯瑞颖,王政平,佟成国,王和平.全光纤及其它光学电流传感技术发展现状[J].传感器技术,2002,07:1-4.[4] IEC60044-8.Instrument Transformers-Part8: Electronic Current Transformers, 2002.[5] IEC61850-9-1.Communication Networks and Systems in Substations, Part9-1: Specific Communication Service Mapping(SCSM)-Sampled Analogue Values Over Serial Unidirectional Multidrop Point to Point Link, 2002.[6]IEC61850-9-2.Communication Networks and Systems in Substations, Part9-2: Specific Communication Service Mapping(SCSM)-For Process Bus, 2002.[7] IEC61850-5 Communication networks and systems in substations-part 5: Communication requirements for functions and device models.2003.[8]Cease T W,Johnson P.A magneto-optic current transducer[J].IEEE Trans on Pwr Del,1990,5(2):48-53 [9]朱雷, 盛春波.基于 IEC 60044-8 标准的电子式电流互感器数字输出编码块的 FPGA 实现.电力自动化设备.2006, 2(8): 67~70.[10]张慧哲, 李伟凯.基于 IEC60044-8 标准的电子式互感器数字输出接口的研究与设计.高压电器.2005, 3(4): 286~291.[11]韩小涛.光电传感数字化及其继电保护技术研究[D].华中科技大学,2004.[12]李芳,何俊,徐团伟,张文涛,王永杰,刘育梁.光纤激光传感技术及其应用[J].红外与激光工程,2009,06:1025-1032.[13] 曾庆禹.电力系统数字光电量测系统的原理及技术.电网技术, 2001, 25(4): 1~5 [14] 曾庆禹.电力系统数字光电量测系统的应用及效益分析.电网技术, 2001, 25(5): 6~9 [15] 郭志忠.电子式电流互感器研究评述.继电器.2005, 33(14): 1116.[16]国家电力公司发输电运营部.预防110kV-500kV变压器(电抗器)和互感器事故措施汇编.国家电力.1999: 203-209.[17]许继电力科学研究院.高科技产业化项目介绍一一自适应光学电流互感器，2006.[18]Emerging Technologies Working Group&Fiber Optic Sensors WorkingGroup.Optical Current Transducers for Power Systems:A Review.IEEETrans.On P.D二1994, 9(4): 1778-1787.[19]尚勇，李洪杰，严璋.光学电流传感器研究的历史与现状.电力电容器.2000, 1(3):16-19.[20]王少奎.电子式电流互感器的发展现状及研制难点.变压器.2003, 40(5):20-25.