研究与设计电子测量技术ELECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY第33卷第1期2010年1月电力系统暂态大电流测量用电子互感器研究鲁信琼1王德玉2杨莉莉1(1.燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室秦皇岛066004;2.燕山大学电气工程学院秦皇岛066004)摘要:本文研究了电力系统中用于暂态大电流测量的Rogowski线圈电流传感器传感头的频率特性,分析了不同终端电阻值的选取对线圈测量带宽的影响,在此基础上设计一种将无源外积分、有源外积分相结合的复合式积分信号处理电路,论述了复合式外积分器能够在保证传感器具有合适灵敏度的前提下,将传感器的工作频带由低频提高到线圈的谐振频率附近;最后,文中以自制的灵敏度为2mV/A的复合式外积分罗氏线圈为例,给出参数设计过程和实验波形,对50Hz电网电流与250A/μs上升沿的脉冲电流的准确检测验证了该信号处理电路较其他外积分电路可工作在更宽的测量范围。关键词:罗氏线圈;暂态电流;阻尼;复合式外积分;带宽中图分类号:TM836文献标识码:AResearchofwide2bandwidthrogowskicoilintegratorusedingridtransientcurrentmeasurementLuXinqiongWang(1.KeyLabofMeasurementTechnologyand,Qinhuangdao066004;2.,Qinhuangdao066004)Abstract:InthispaperfbehaviorforaRogowskicoilisanalyzed.Consideringthemodelofthecoilfrequencyresponse,anovelcompoundintegrationcircuitisdescribedinthispaperwhichisconsistedofpassiveRCintegrationandactiveRCintegration.Thiscompoundintegratorimprovementsthemeasurementupperfrequencylimitoftransduceracrosscoilnaturalfrequency.Acoilof100woundnumberisconstructedusingcompoundintegratorwhichisdesignedunderband2widthof1Hz～2.8MHzandsensitivityof2mV/A.Experimentwaveformsverifythetransduceroperateswithbothagridcurrentmeasurementandatransientcurrentof250A/μsdi/dt.Keywords:Rogowskicoiltransducer;transientcurrent;dampingratio;compoundintegrator;measuringbandwidth0引言Rogowski(简称罗氏)线圈是一种特殊结构的空气芯线圈脉冲电流检测工具,由于具有测量电流脉冲幅值大、频带宽、无磁芯饱和现象、输出信号隔离以及插入损耗小等特点,在电力系统故障情况下的瞬态大电流检测应用领域备受关注。电网中的暂态电流包含了大量的故障信息,同时对仪器的测量带宽也提出了较高要求;具有合适灵敏度范围,且能够覆盖从工频到兆赫兹高频信号的大带宽检测设备会较完整的复现故障电流,这对电力系统的故障诊断和预防具有重要意义。传统罗氏线圈的研究按照不同取样电阻下传感头输出信号所具有的特征分为自积分和外积分形式。自积分式线圈的传感头输出电压与被测电流成比例关系,通常用于测量兆赫兹以上的高频高幅值脉冲大电流[1]。外积分式线圈传感头的输出电压是被测电流的微分,因此需要外部附加信号处理电路对被测信号进行还原。常用的信号处理电路有无源RC外积分电路[2]、由运[3]算放大器构成的有源外积分电路,以及数字积分电路等[4]。与自积分式线圈相比,外积分式罗氏线圈更适于测量兆赫兹以下频率的脉冲电流[5]。目前对外积分式罗氏线圈的研究多集中在频带的拓展方面[6]。本文在分析传感头高频特性的基础上通过对终端电阻值的选取调整线圈的阻尼率,给出了不同阻尼率对传感头传输带宽的影响;并给出了一种复合式外积分电路的设计过程,复合式外积分电路能够在保证传感器灵敏度的前提下将测量带宽从低频扩展到线圈的自然谐振频率附近。1罗氏线圈传感头的频率特性罗氏线圈的测量原理是:当均匀绕在非磁性骨架上的・14・©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net鲁信琼等:电力系统暂态大电流测量用电子互感器研究线圈中间流过电流I时,线圈上感生的电压ε正比于所穿过电流的变化率:第1期图2传感头等效电路)2C;ω其中:Cc=(2/πCc=c=1/πo;选择Rt使线圈具有合适的阻尼ξ=图1罗氏线圈传感头结构原理图π4Rt,可在0<ω<ωc频段内满足M′≈M。该频段内Ut/I=jωM为微分环节,此时可用外ε=μldt=Mdt(1)式中:I为被测电流;ε为感生电压;μ0为空气相对磁导率;N为绕...