直流輸電系統(tǒng)的光纖電流測(cè)量技術(shù).pdf

1、近年來，我國(guó)高壓直流輸電技術(shù)蓬勃發(fā)展，高壓電流測(cè)量設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的需求越來越迫切。傳統(tǒng)的直流電流測(cè)量方法大都基于電磁感應(yīng)原理，用零磁通或磁調(diào)制的方法，對(duì)絕緣要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備體積大而笨重；而鐵芯式電流互感器由于線路上存在較大的直流分量，鐵芯嚴(yán)重飽和，難以測(cè)量諧波電流，研究新的高壓電流測(cè)量方法及技術(shù)已迫在眉睫。 本文在全面比較分析直流電流和諧波電流測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，研究了將常規(guī)的傳感元件與光纖通信技術(shù)相結(jié)合的有源式電流測(cè)量系統(tǒng)和代

2、表未來測(cè)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的非接觸型無源式電流測(cè)量系統(tǒng)兩種不同的技術(shù)方案。利用光纖傳輸系統(tǒng)連接測(cè)量系統(tǒng)的高低壓側(cè)，解決了高壓測(cè)試系統(tǒng)絕緣及抗干擾兩大難題，具有獨(dú)特的優(yōu)越性。 在有源式電流測(cè)量系統(tǒng)中，采用分流器和Rogowski 線圈分別作為直流大電流和諧波電流的傳感元件，介紹了分流器的誤差分析與補(bǔ)償措施，設(shè)計(jì)了基于PCB的新型Rogowski 線圈，深入研究比較了在高壓直流輸電系統(tǒng)這個(gè)特殊環(huán)境下高壓側(cè)電子線路的能量供給技術(shù)。經(jīng)武漢高

3、壓研究所測(cè)試，在300A～3000A 電流范圍內(nèi)，基于頻率調(diào)制方案的直流電流測(cè)量相對(duì)誤差小于0.15％，高壓側(cè)電子電路功耗為17mW，響應(yīng)速度為47mS。針對(duì)頻率調(diào)制方案直流測(cè)量響應(yīng)速度較慢的缺點(diǎn)，高壓側(cè)改用數(shù)字調(diào)制式處理方案，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，基于數(shù)字調(diào)制方案進(jìn)行直流電流測(cè)量，電路及信號(hào)處理部分所引入的相對(duì)測(cè)量誤差在0.2％之內(nèi)，響應(yīng)速度為0.46mS，超調(diào)小于10％，8k 采樣率時(shí)高壓側(cè)功耗為46mW；基于數(shù)字調(diào)制方案進(jìn)行諧波電流測(cè)量，

4、100Hz～2500Hz 頻率范圍內(nèi)，電壓從0.107V 變化到1.06V，電路及信號(hào)處理部分所引入的相對(duì)測(cè)量誤差在2.3％之內(nèi)，12.8k 采樣率時(shí)高壓側(cè)電子電路功耗為63mW。 本文還推導(dǎo)了無源式光學(xué)直流電流傳感器的傳感機(jī)理和補(bǔ)償機(jī)理，分析了原有基于比較法測(cè)量交流電流時(shí)磁路設(shè)計(jì)存在的不足，以永磁組件在參考光學(xué)傳感臂軸線上的磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到8000A/m為設(shè)計(jì)目標(biāo)，深入研究了影響永磁體穩(wěn)定性的主要因素，設(shè)計(jì)了永磁組件及其屏蔽盒，并

5、通過磁場(chǎng)仿真給出了參考臂與測(cè)量臂相對(duì)位置的合適距離，最后在基于LabVIEW的試驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)樣機(jī)性能測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，在300A ～ 3000A 范圍內(nèi)，測(cè)量準(zhǔn)確度優(yōu)于0.5％，在光功率波動(dòng)達(dá)25.2％、雙光路光功率不對(duì)稱度為34.2％的情況下，雙光源雙輸出傳感器相對(duì)誤差變化范圍為-0.4％～+0.42％，遠(yuǎn)高于相同測(cè)試條件下單光源雙輸出傳感器的性能。此外，永磁組件的抗外磁場(chǎng)干擾能力提高了約2個(gè)數(shù)量級(jí)。 最后，本文研究了上述兩種