基于Rogowski线圈的电子式行波电流互感器研究

论文摘要

现有的电子式电流互感器的传感头主要采用低截止频率的外积分电路,不能传变行波信号。数据采集电路主要由低速的单片机控制A/D转换只能采集低频信号,因此不能提供行波故障测距需要的上兆赫兹的行波信号。要在数字化变电站中应用行波故障测距技术,首先要解决电子式电流互感器行波传变问题和行波信号提取问题。对Rogowski线圈传感原理进行了分析,建立了传递函数模型,在此基础上对Rogowski线圈的电磁参数与其高频传变特性和时域特性的关系进行了研究,结果表明尽量保证线圈自感一定的条件下,减小内阻和分布电容,Rogowski线圈的截止频率能达到几百兆赫兹,Rogowski线圈本身的频带宽度能够满足高频行波信号的要求,且线圈的响应速度很快,能够测量行波。设计了截止频率在1MHz以上的有源模拟积分电路,并利用故障暂态行波信号对外加积分电路的Rogowski线圈行波传变特性进行了仿真,结果表明Rogowski线圈能够传变高频行波信号。提出了在不影响原有低频信号采集的基础上增加一高速数据采集通道从电子式电流互感器中提取行波的方案,本文采用由高数字集成化的CPLD控制的高速模数转换器(ADC)作为数据采集器。所选ADC的模拟输入带宽达700MHz,采样频率达130MHz,能够满足行波带宽要求。CPLD解决了单片机由于低速不能实现高速采集和高速数据存储的难题,从而可以控制ADC实现高频同步采样,成功的获取来自电子式电流互感器的行波信号。电子式行波电流互感器的研究,必然会促进适用于数字化行波信号的故障测距新算法的研究和发展,为行波测距技术带来新的发展方向。也会促进该电子式行波电流互感器在数字化变电站中的推广应用,为电子式互感器行业带来新的发展契机。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 行波的传变与提取技术的研究现状
• 1.2.1 行波信号的传变特性
• 1.2.2 行波信号提取技术的发展现状
• 1.3 电子式互感器的国内外研究现状
• 1.4 本文所做的工作
• 1.5 本课题研究的意义
• 第二章 电子式电流互感器的测量原理与结构
• 2.1 Rogowski线圈的测量原理分析
• 2.1.1 矩形截面Rogowski线圈的测量原理
• 2.1.2 圆形截面Rogowski线圈的测量原理
• 2.2 Rogowski线圈的等效电路分析
• 2.2.1 Rogowski线圈集中参数模型
• 2.2.2 Rogowski线圈分布参数模型
• 2.3 电子式电流互感器的整体结构
• 2.3.1 电子式互感器的结构
• 2.3.2 高压侧数据采集
• 2.3.3 高低压侧的光纤通信
• 2.4 小结
• 第三章 Rogowski线圈的响应特性分析
• 3.1 Rogowski线圈的频率特性分析
• 3.1.1 Rogowski线圈在典型参数下的频率特性
• 3.1.2 自感对线圈频率特性的影响
• 3.1.3 内阻对线圈频率特性的影响
• 3.1.4 分布电容对线圈频率特性的影响
• 3.1.5 负载电阻对线圈频率特性的影响
• 3.2 Rogowski线圈的时域特性分析
• 3.2.1 Rogowski线圈在典型参数下的时域特性
• 3.2.2 自感对线圈时域特性的影响
• 3.2.3 内阻对线圈时域特性的影响
• 3.2.4 分布电容对线圈时域特性的影响
• 3.2.5 负载电阻对线圈时域特性的影响
• 3.3 小结
• 第四章 电子式行波电流互感器方案设计
• 4.1 电子式行波电流互感器总体方案
• 4.2 积分电路
• 4.3 高速数据采集单元
• 4.4 光纤传输单元
• 4.5 低压侧信号处理单元
• 4.6 故障暂态行波传变的仿真分析
• 4.6.1 故障仿真模型
• 4.6.2 仿真结果分析
• 4.7 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文