[发明专利]容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电工测量用电流传感器领域，特别涉及一种容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器。

背景技术

高压输变电设备的安全运行是影响电力系统安全、稳定和经济运行的重要因素，高压设备发生绝缘事故，不仅会造成设备本身损坏，而且还会造成多方面的损失。耦合电容器、电容式套管、电流互感器及电容式电压互感器等变电设备都可看成是由多个电容器串连而成的电容型设备。它们加起来数量约占输变电变设备的一半左右。

随着智能电网的发展，电力系统对容性设备的绝缘参数，尤其是泄露电流、介质损耗等进行在线监测就成了迫在眉睫的问题。目前国内外使用的绝缘在线监测系统所采用的技术多数为容性设备末屏泄露电流监测方法，通过对泄露电流幅值和相角的测定、分析与比较，从而判断出高压设备的绝缘状况。容性设备在正常状态工作时泄露电流较小，一般在几十毫安以内，介损值多在千分之三左右，因而对监测传感器的精确度、角误差、稳定性、信噪比等性能要求较高。其关键技术是泄露电流的采集，主要方法是采用高精度、高稳定性的电流传感器。

上述要求，对高精度、高稳定型电流显得尤为重要。由于绝缘的泄露电流在几十毫安以内，因此传感器对必须选用高导磁材料，才能获得比较高的输出信号。

电流传感器是通过一次侧线圈和二次侧线圈通过电磁耦合来实现能量传递的，小电流传感器的原理电路，I₁为小电流传感器一次侧电流，I₂为二次侧电流，I₀为激磁电流。N₁、N₂分别为一、二次线圈匝数。因此，该小电流传感器的磁势平衡方程为：

I₁N₁+I₂N₂＝-I₀N₁

当激磁安匝I₀N₁为零时，I₁N₁＝-I₂N₂，即副边安匝变化能完全反映原边安匝变化，误差为零。一般称I₀N₁为绝对误差，I₀N₁/I₁N₁为相对误差。电流传感器的误差为复数误差，可用比值差f和角差δ表示。

ε＝-I₀N₁/I₁N₁＝f+jδ

式中f＝(I₂N₂/I₁N₁)/I₁×100％，δ为I₂逆时针180°后与I₁的夹角。

由此可见，由于I₀N₁的存在，使I₂N₂与I₁N₁存在角差δ和比值差f。若I₀＝0，则激磁磁势为0，误差为零。此时的铁芯处于“零磁通”状态，它工作于磁化曲线的起始段即线性段。这时，电流传感器输出波形就不会畸变，保持良好的线性度。此即为“零磁通原理”。实际上，无激磁电流，铁芯中就不会有磁通，一次和二次的能量传递关系就不存在了，电流传感器不能在此状态下工作。因此，若能使传感器铁芯始终处于零磁通状态，就能从根本上消除电流传感器的误差。但是，由传感器的工作原理可知，靠传感器自身是不可能实现零磁通的，必须靠外界条件的补偿或调整。为此，采用正确选择补偿方法-动态补偿电子电路对其进行动态调整，使铁芯始终处于动态零磁通状态，这时电流传感器将有极高的精度。

目前，专利号为[02148574.7]的中国专利公开了一种零磁通电流传感器动态补偿技术：其结构是主磁芯叠加辅助磁芯，在叠加磁芯上绕制一次线圈、二次侧线圈，在主磁芯上绕制检测线圈，在辅助磁芯上绕制补偿线圈。检测线圈检测主磁芯的磁密通过电子电路反馈给补偿线圈，为辅助磁芯提供补偿电流来抵消激磁电流。虽然也实现了传感器的动态零磁通状态，但其传感器的结构复杂，且主磁芯和辅助磁芯必须有相同的磁化特性和尺寸，制作难度及成本都比较大。

发明内容