电子式互感器中电磁兼容研究

         摘要：本文以有源电子式互感器为例分析了电子式互感器、采集器、合并单元的原理、构成及功能。根据电子式互感器电磁兼容的要求，提出以端口为中心，研究采集器、合并器端口分类、组成，并给出了各个端口发射、抗扰度试验的项目及要求。阐述了提高采集器、合并器各端口电磁兼容水平的措施。特别提出在采集器的电源端口、输入输出端口加强抗浪涌骚扰的措施。

　　 0引言

　　 数字化变电站最显著的特征是采用数字输出的电子式互感器，和二次设备间用光纤传输数字编码信息的方式交换采样值信息。今天数字式互感器已经进入了实用化阶段，电压等级越高，电子式互感器优势越明显。电子式互感器可以分为：采用空心线圈、电阻、电容、电感分压的有源电子式互感器、采用Faraday磁光效应、Pockels电光效应的无源电子式互感器。由于器件可靠性及工艺水平的限制，现阶段国内有源电子式互感器是数字化变电站的主流产品。

　　 变电站的电磁环境是极其复杂的。随着一次系统电压的升高、容量的增大，变电站产生的电磁骚扰可能更严重，对二次回路可能会造成更强烈的影响。绝大多数电磁骚扰现象在变电站中均有发生，如低频的、高频的、传导的、或辐射的、连续的或暂态的，以及静电放电。IEC60044-7,8（GB/T20840.7-8）标准给出了评定电子式互感器在特定电磁环境中的性能，需要确定发射和抗扰度的适当限值。

　　 由于有源电子式互感器采用大配置、高速计算机系统进行大量的数字传输、处理。这些弱电系统需要高性能的硬件、软件平台、通信的可靠性、冗余配置，在变电站强的电磁环境中，极易受到影响，直接影响到互感器输出及后端的计量、测控、保护装置
　　 的稳定运行。研究电子式互感器电磁兼容问题是该类产品研发、生产、运行、维护的关键。论文以有源电子式互感器为例研究。

　　 1电子式互感器的模型

　　 有源型电子互感器在传感头部分采用了传统的电流、电压传感器件，如小功率电流互感器、Rogowski线圈、感应分压器、电容分压器、电阻分压器，采集单元、合并单元等实现混合式交流电流、电压互感器。实现起来比较容易，并具有良好的可靠性和长期的稳定性。电子式互感器有型式：（1）电子式电流电压互感器，（2）电子式电流互感器，（3）电子式电压互感器。图1是有源式电子互感器的典型结构原理图。

　　图1 电子式互感器系统框图

　　 其中，Rogowski线圈、串行感应分压器及采集器构成传感头部件，与电力设备高压部分等电位。Rogowski线圈由于采用非磁性的骨架，不存在磁饱和及磁滞现象。一次电流通过Rogowski线圈得到了与一次电流微分成比例的二次电压；串联感应分压器是由多级不饱和电抗器串联而成，输出电压信号从串联在电路中的小电抗器上取得。转换的电压、电流模拟量由采集器处理形成数字信号。采集器与合并单元的数字传输及激光电源的能量传输通过光纤实现。由于光纤的由于光纤的绝缘性能优良，所以电子式互感器的绝缘结构非常简单。

　　采集器用来对模拟量输入进行采样、模数转换并通过光纤传输数据到合并器。其原理框图如图2。

　　图2 采集器原理框图

　　 由于高压、超高压系统电流、电压互感器按相设置，因此，模拟量通道数为3个，包括1路计量电流、2路保护电流。数据采集系统采用16位A/D转换器，采样率可达200点/周波。CPU系统采用超低功耗的16位（32位）RISC体系的处理器，构成最小系统，保证在较低功耗下，仍取得较好的性能。采集器电源来自两个方面：
　　 a)在传感头部件中，设置取能线圈直接从一次电流中提取电流，或者，直接从分压器中提取电压，经转换、整流、滤波、稳压等提供采集器工作电源；耦合到取能线圈（或电压）
　　 b)合并器的激光电源模件经光纤回路向采集器提供电源。