本實用新型涉及電力系統(tǒng)測量領域，具體涉及一種基于新型鉗形Rogowski線圈的電流互感器在線校驗系統(tǒng)。

背景技術：

目前，不論是傳統(tǒng)互感器還是電子式互感器的校驗都停留在離線校驗階段，缺乏可以在帶電狀態(tài)下對互感器進行監(jiān)測的有效手段，而且缺乏相應的校驗規(guī)范，從而限制了互感器的提高和完善，也制約了其在數(shù)字化變電站中的推廣應用。目前電子式互感器在現(xiàn)場校驗時一般采用電磁式電流互感器作為標準電流互感器，現(xiàn)有的現(xiàn)場校驗所使用的標準互感器體積大、重量重、動態(tài)范圍小，不利于現(xiàn)場操作。目前互感器校驗時，通常需要對線路停電，導致校驗過程十分復雜，給供電公司和用戶帶來諸多不便，且不利于互感器最大限度的利用。因此對互感器的在線實時誤差校驗顯得尤為重要。

Rogowski線圈作為一種電流傳感器，由于具有體積小、重量輕、測量頻帶寬、動態(tài)范圍大的特點，可采用鉗形Rogowski線圈作為標準電流互感器，可以實現(xiàn)對電流互感器的帶電安裝和校驗。但是鉗形Rogowski線圈在安裝過程中容易存在開口氣隙，影響測量精度，因此鉗形Rogowski線圈的開口氣隙自校準是研究難點。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本實用新型提供一種基于新型鉗形Rogowski線圈的電流互感器在線校驗系統(tǒng)，由于采用氣隙自校準方式，在變電站現(xiàn)場測量時實現(xiàn)了裝置自身準確度的自診斷，從而保證了測量準確度，克服了常用鉗形電流表法存在的易受開口氣隙大小影響、準確度不高的問題。該系統(tǒng)具有體積小、重量輕、結構簡單等優(yōu)點，準確度可達0.05級，現(xiàn)場使用時可移動性強。同時，新型鉗形Rogowski線圈開口氣隙自校準過程的數(shù)據(jù)經過無線傳輸裝置傳輸，與校驗過程數(shù)據(jù)通道相互獨立，可分開保存，以便于深入挖掘分析，保證了數(shù)據(jù)的獨立性。

本實用新型采取的技術方案為：

一種新型鉗形Rogowski線圈傳感頭，包括兩塊PCB板、鉗形Rogowski線圈、屏蔽罩，兩塊PCB板與鉗形Rogowski線圈固定放置于屏蔽罩中。兩塊PCB板平面與鉗形Rogowski線圈平面垂直，當線圈閉合緊密時，兩塊PCB板平行，且兩塊PCB板的延長線經過線圈中心連成一條直線，第一塊PCB板PCB1固定在與鉗形Rogowski線圈左半圓中心線夾角135°處，第二塊PCB板PCB2固定在與鉗形Rogowski線圈右半圓中心線夾角45°處。

基于新型鉗形Rogowski線圈的電流互感器在線校驗系統(tǒng)，包括新型鉗形Rogowski線圈傳感頭、無線傳輸器、信號通過分析模塊、上位機。所述新型鉗形Rogowski線圈傳感頭包括兩塊PCB板、鉗形Rogowski線圈、屏蔽罩，兩塊PCB板與鉗形Rogowski線圈固定放置于屏蔽罩中。兩塊PCB板平面與鉗形Rogowski線圈平面垂直，當線圈閉合緊密時，兩塊PCB板平行，且兩塊PCB板的延長線經過線圈中心連成一條直線，第一塊PCB板PCB1固定在與鉗形Rogowski線圈左半圓中心線夾角135°處，第二塊PCB板PCB2固定在與鉗形Rogowski線圈右半圓中心線夾角45°處。鉗形Rogowski線圈通過連接線連接信號通過分析模塊，信號通過分析模塊連接被測電流互感器，信號通過分析模塊連接上位機。無線傳輸器放置于屏蔽罩外側表面，無線傳輸器通過連接線與兩塊PCB板相連接。

所述PCB板尺寸為7cm×7cm，為雙面板，每個面上有5圈自內向外的導線，PCB板厚度1.6mm。

所述鉗形Rogowski線圈厚度為6mm，內徑為64mm，外徑為84mm，匝數(shù)為600。

一種電流互感器在線校驗方法，在新型鉗形Rogowski線圈傳感頭安裝完成后，進行開口氣隙自校準，自校準方式為：第一塊PCB板PCB1和第二塊PCB板PCB2通過串聯(lián)輸出電壓信號，經由高壓側信號采集單元采集并傳輸?shù)降蛪簜刃盘柼幚韱卧?，在信號處理單元中將信號放大，并完成電壓量與開口氣隙大小的函數(shù)轉換，操作人員根據(jù)開口氣隙大小，對傳感頭進行夾緊操作。

一種電流互感器在線校驗方法，鉗形Rogowski線圈和兩塊PCB板同時開合，兩塊PCB板之間的夾角與鉗形Rogowski線圈左右半圓之間的夾角相同。

一種電流互感器在線校驗方法，新型鉗形Rogowski線圈傳感頭線圈閉合緊密時，第一塊PCB板PCB1、第二塊PCB板PCB2相連成一條直線，串聯(lián)輸出電壓近似為0，當線圈閉合不太緊密存在開口氣隙時，第一塊PCB板PCB1、第二塊PCB板PCB2具有一定的夾角，串聯(lián)輸出電壓增大，電壓與開口氣隙大小近似成指數(shù)關系。

一種電流互感器在線校驗方法，第一塊PCB板PCB1、第二塊PCB板PCB2串聯(lián)輸出電壓量，通過無線傳輸器傳輸?shù)竭h端接收裝置，進行開口氣隙大小轉換，并由操作員進行鉗形Rogowski線圈開口氣隙的調整。

本實用新型一種基于新型鉗形Rogowski線圈的電流互感器在線校驗系統(tǒng)，技術效果如下：

1)、根據(jù)兩塊PCB板串聯(lián)電壓輸出與線圈開口氣隙之間的非線性關系，在安裝好傳感頭以后，首先根據(jù)PCB串聯(lián)電壓輸出判斷開口氣隙大小，若開口氣隙大于某一個閾值，則對線圈開口進行夾緊，直到開口氣隙小于該閾值，鉗形Rogowski線圈閉合緊密?；谏鲜龇绞降拈_口氣隙自校準，使得鉗形Rogowski線圈的測量過程不受開口氣隙的影響，測量準確度提高。

2)、新型鉗形Rogowski線圈開口氣隙自校準過程的數(shù)據(jù)，經過無線傳輸裝置傳輸，與校驗過程數(shù)據(jù)通道相互獨立，可分開保存，以便于深入挖掘分析，保證了數(shù)據(jù)的獨立性。

3)、新型鉗形Rogowski線圈傳感頭體積小、重量輕，總重量不超過2kg，操作方便簡單，測量范圍0～100A，準確度達到0.05級，非常適合變電站現(xiàn)場使用。

4)、鉗形Rogowski線圈和兩塊PCB板放置于屏蔽罩內，在變電站現(xiàn)場使用時抗干擾能力強。

附圖說明

圖1為本實用新型系統(tǒng)連接示意圖。

圖2(a)為本實用新型的鉗形Rogowski線圈輸出幅值與開口氣隙之間的關系圖。

圖2(b)為本實用新型的鉗形Rogowski線圈輸出相位與開口氣隙之間的關系圖。

圖3(a)為本實用新型的線圈閉合緊密時，兩塊PCB板位置圖。

圖3(b)為本實用新型的線圈存在開口氣隙時，兩塊PCB板位置示意圖。

圖4為本實用新型的兩塊PCB板串聯(lián)連線示意圖。

圖5為本實用新型的鉗形Rogowski線圈輸出電壓與開口氣隙大小近似成指數(shù)關系圖。

其中，標記4表示兩塊PCB板串聯(lián)連線。

具體實施方式

原理分析：

鉗形Rogowski線圈作為電流互感器，其測量精度受到開口氣隙的影響，線圈輸出幅值變化量隨開口氣隙增大而增大，在1mm開口氣隙范圍內，幅值變化量達到0.2％。為了對線圈進行開口氣隙校準，本實用新型在鉗形Rogowski線圈特定位置放置兩塊PCB板，均與線圈平面垂直，且當線圈閉合緊密時，兩塊PCB板成平行，且兩塊板的延長線經過線圈中心連成一條直線。通過檢測PCB板的輸出量，將兩PCB板串聯(lián)輸出電壓量通過無線傳輸器6傳輸?shù)交贑8051F單片機的遠端接收測控裝置，進行開口氣隙大小轉換，指示操作員對鉗形線圈開口氣隙進行調整，從而實現(xiàn)鉗形Rogowski線圈的氣隙自校準。

新型鉗形Rogowski線圈在安裝之前可實現(xiàn)對開口氣隙的自校準，大大提高了標準電流互感器的校驗準確度。進行自校準后的傳感頭輸出信號經采集單元采集，由信號傳輸單元傳輸至低壓側信號處理單元，進行信號的合并和處理，從而進行在線校驗。

首選，本實用新型提供一種新型鉗形Rogowski線圈傳感頭，包括兩塊PCB板2、鉗形Rogowski線圈1、屏蔽罩3，兩塊PCB板2與鉗形Rogowski線圈1固定放置于屏蔽罩3中。兩塊PCB板平面與鉗形Rogowski線圈1平面垂直，當線圈閉合緊密時，兩塊PCB板平行，且兩塊PCB板的延長線經過線圈中心連成一條直線，第一塊PCB板PCB1固定在與鉗形Rogowski線圈1左半圓中心線夾角135°處，第二塊PCB板PCB2固定在與鉗形Rogowski線圈1右半圓中心線夾角45°處。

其次，本實用新型提供一種基于新型鉗形Rogowski線圈的電流互感器在線校驗系統(tǒng)，如圖1所示，包括新型鉗形Rogowski線圈傳感頭、無線傳輸器6、信號通過分析模塊8、上位機10。

所述新型鉗形Rogowski線圈傳感頭包括兩塊PCB板2、鉗形Rogowski線圈1、屏蔽罩3，兩塊PCB板2與鉗形Rogowski線圈1固定放置于屏蔽罩3中。兩塊PCB板平面與鉗形Rogowski線圈1平面垂直，當線圈閉合緊密時，兩塊PCB板平行，且兩塊PCB板的延長線經過線圈中心連成一條直線，第一塊PCB板PCB1固定在與鉗形Rogowski線圈1左半圓中心線夾角135°處，第二塊PCB板PCB2固定在與鉗形Rogowski線圈1右半圓中心線夾角45°處。鉗形Rogowski線圈1和被測電流互感器7通過連接線5連接到信號通過分析模塊8，信號通過分析模塊8連接上位機10。

無線傳輸器6放置于屏蔽罩3外側表面，無線傳輸器6通過連接線與兩塊PCB板2相連接。

信號通過分析模塊8采用EPF10K系列的FPGA實現(xiàn)信號的分析和處理。

所述PCB板尺寸為7cm×7cm，為雙面板，每個面上有5圈自內向外的導線，PCB板厚度1.6mm。對PCB板參數(shù)參照文獻《插板式PCBRogowski線圈的計算與仿真_王黎明》中的仿真參數(shù)進行設置。由于PCB板布線和尺寸大小直接影響到PCB板自感和互感，互感系數(shù)增加會導致自感系數(shù)增加，自感系數(shù)增加會影響頻帶和角差。為了獲得高精度的PCB板串聯(lián)結構，同時兼顧自感和互感系數(shù)的協(xié)調，本實用新型對參數(shù)進行了以上設置。以上所述PCB板參數(shù)確保PCB板串聯(lián)結構的高精度，同時兼顧自感和互感系數(shù)的協(xié)調。

所述鉗形Rogowski線圈1厚度為6mm，內徑為64mm，外徑為84mm，匝數(shù)為600。

本實用新型中的鉗形Rogowski線圈內外徑設置能夠在滿足絕緣距離的基礎上，盡量減少自感系數(shù)，從而減少測量過程中對頻帶和角差造成的影響；線匝的數(shù)量增加，線圈互感系數(shù)增大，但是隨著數(shù)量逐漸增大，線圈互感系數(shù)增加速度越來越慢，因此需要選擇合適的匝數(shù)來保證線圈測量過程中的精度，本實用新型所設置的線圈匝數(shù)能夠滿足以上的要求。

所述鉗形Rogowski線圈1內外徑設置能夠在滿足絕緣距離的基礎上，盡量減少自感系數(shù)，從而減少測量過程中對角差造成的影響；線匝的數(shù)量增加，線圈互感系數(shù)增大，但是隨著數(shù)量逐漸增大，線圈互感系數(shù)增加速度越來越慢，因此需要選擇合適的匝數(shù)來保證線圈測量過程中的精度，本實用新型所設置的線圈匝數(shù)能夠滿足以上的要求。

一種電流互感器在線校驗方法，在新型鉗形Rogowski線圈傳感頭安裝完成后，進行開口氣隙自校準，自校準方式為：第一塊PCB板PCB1和第二塊PCB板PCB2通過串聯(lián)輸出電壓信號，經由無限傳輸器6采集并傳輸?shù)交贑8051F單片機的遠端接收測控裝置8，在信號處理單元中將信號放大，并完成電壓量與開口氣隙大小的函數(shù)轉換，操作人員根據(jù)開口氣隙大小，對新型鉗形Rogowski線圈傳感頭進行夾緊操作。

一種電流互感器在線校驗方法，新型鉗形Rogowski線圈傳感頭線圈閉合緊密時，第一塊PCB板PCB1、第二塊PCB板PCB2相連成一條直線，串聯(lián)輸出電壓近似為0，當線圈閉合不太緊密存在開口氣隙時，第一塊PCB板PCB1、第二塊PCB板PCB2具有一定的夾角，串聯(lián)輸出電壓增大，電壓與開口氣隙大小近似成指數(shù)關系。

一種電流互感器在線校驗方法，第一塊PCB板PCB1、第二塊PCB板PCB2串聯(lián)輸出電壓量，通過無線傳輸器6傳輸?shù)交贑8051F單片機的遠端接收測控裝置，進行開口氣隙大小轉換，并由操作員進行鉗形Rogowski線圈開口氣隙的調整。

鉗形Rogowski線圈1輸出幅值和相位與開口氣隙之間的關系如圖2(a)、圖2(b)所示。可以看出，隨著開口氣隙的增大，鉗形Rogowski線圈1幅值變化朝負方向增大，相位變化盡管有增大的趨勢，但是變化非常小，相位變化小于0.001分，可以認為是不變的。因此開口氣隙的存在對鉗形Rogowski線圈1測量誤差影響較大。為了對鉗形Rogowski線圈1的開口氣隙進行調整，本實用新型采用兩塊PCB板監(jiān)測開口氣隙，PCB板的特定位置如圖3(a)、圖3(b)所示。圖4展示了兩塊PCB板2串聯(lián)接線情況?？梢钥闯觯斻Q形Rogowski線圈1閉合緊密時，兩塊PCB板延長線成一條直線，由圖3可知，兩PCB板串聯(lián)輸出電壓近似為0，當線圈閉合不太緊密，存在開口氣隙時，兩塊PCB板具有一定的夾角，串聯(lián)輸出電壓增大。電壓與開口氣隙大小近似成指數(shù)關系，如圖5所示。因此可以利用PCB板串聯(lián)輸出對氣隙大小進行判定，從而實現(xiàn)開口氣隙的調整。

如圖3(a)和圖3(b)分別展示了兩塊PCB板平面與鉗形Rogowski線圈1在線圈閉合緊密和存在開口氣隙時的相對位置關系。兩塊PCB板平面與鉗形Rogowski線圈平面垂直，第一塊PCB板PCB1固定在與鉗形線圈左半圓中心線夾角135°處，第二塊PCB板PCB2固定在與鉗形線圈右半圓中心線夾角45°處。

信號通過分析模塊8用于接收被測電流互感器7和鉗形Rogowski線圈1兩路輸出信號，進行分析處理。信號分析模塊8指的是采用EPF10K系列的FPGA實現(xiàn)信號的分析和處理的裝置。

鉗形Rogowski線圈1、兩塊PCB板、屏蔽罩3以及無線傳輸器6構成一個新型鉗形Rogowski線圈傳感頭整體。

本實用新型基于新型鉗形Rogowski線圈的電流互感器在線校驗系統(tǒng)，操作簡單方便，在0～100A測量范圍內準確度可達0.05級，非常適合變電站現(xiàn)場使用。