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一篇科普文看懂电网中直流是如何测量的

先说结论

电网中直流测量这种场景应该是在高压直流换流站中。传统电磁式交流电流互感器因采用电磁感应原理,不适用于直流测量,目前国网系统中直流工程采用的直流互感器主要分为两大类:零磁通式电流互感器和电子式电流互感器。其中目前应用广泛并极具前景的当属电子式直流电流互感器。目前有关电网直流测量标准有:IEC 61869-14(直流电流互感器)和GB/T 26216.1-2010 (电子式直流电流测量装置)。测量要求是:不仅测量直流电流和,还要测量谐波电流。

分类介绍

零磁通式:零磁通直流电流互感器是直流输电工程中广泛应用的一种传统式电流互感器,它是由磁积分器和磁调制器组成,利用磁势自平衡比较仪的原理研制的。这类互感器具有一个电子式的反馈闭环测量系统,以此保证它具有高精度测量的优势。

零磁通式直流电流互感器原理

这类互感器因存在闭环系统,所以测量精确,运行可靠,但是体积大,重量大,对绝缘要求高,所以不容易安装,目前在实际电力系统中仅用于中性母线有限几个直流低压测量点。

电子式:电子式直流电流互感器目前主要细分为两大类:基于分流器+罗氏线圈的光电式和基于法拉第磁光效应的光纤式,见下图:

电子式互感器分类

1.基于分流器+罗氏线圈的光电式:

利用分流器传感直流电流、利用罗氏圈传感谐波电流。分流器本质是一种高精度精密采样电阻,毫欧级,以免发热严重。

分流器原理(鼠笼状,便于散热)

罗氏线圈是基于电磁感应的原理,主要用于电网中谐波电流分量的测量。在罗氏线圈后接一个积分器便能得到正比于测量谐波电流的电压信号。

零磁通式直流互感器

基于分流器直流测量系统

该类光电式互感器为有源互感器,罗氏线圈需要外加电源供能;另外罗氏线圈由于磁饱和也存在测量频带限制的问题。

2.基于法拉第磁光效应的光纤式:

这类互感器通常叫直流光学电流互感器,基于法拉第磁光效应的原理和马吕斯定律,采用光学器件作被测电流传感单元,并采用光纤作为传输系统,最终使得输出电流大小正比于被测电流大小

法拉第磁光效应

说点白话:被测直流电流引起磁场变化->线偏振光沿着平行于磁场的方向穿过这个磁光材料时,会产生一个偏转角->偏转角与被测直流有确定的函数关系->准确测量偏转角,便可测量被测直流->马吕斯定律可以找到光强与偏转角的确定关系->结论:光强与被测直流有确定的关系

内部光路结构

以上只是说明了光学电流互感器的传感部分,且传感头采用的直通光路型块状玻璃,当然也有全光纤和闭合光路型块状玻璃。

传感头分类

直流测量系统

该类互感器具有大动态范围测量、频带宽、绝缘性能好、无需电源供能以及数字化通信接口等优点,被认为是常规零磁通式的理想替代产品,同时这类互感器受环境温度影响很大,目前故障率较高。值得一提的是这类互感器国内厂家凤毛麟角(南瑞继保),几乎被ABB和施耐德垄断。

最后的话

因直流测量的测量精度和范围的不同,也大量存在其他测量方法,如霍尔型、铁芯型等其他方法,在此就不一一介绍啦。

『文末说明』

本文作者:小强子

企鹅号:电气小强

一个细腻不油腻嗜好多能力小的普通人

擅长电气领域科普/择校/择业|咨询服务

  • 发表于:
  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20191117A05OQR00?refer=cp_1026
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