专利名称：容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器的制作方法
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，L为小电流传感器一次侧电流，12为二次侧电流，1。为激磁电 流。Np W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
IM+I^ = 当激磁安匝1。^为零时，LK = -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I。^为绝对误差，1。N乂^K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S表示。
e = -IoN乂IiNi = f+j S 式中f = (^NVIiND/IiXlOOX, S为12逆时针180°后与1:的夹角。
由此可见，由于I。K的存在，使^N2与L^存在角差S和比值差f。若1。= 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。
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目前，专利号为
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
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种容性设备介损在 线监测用工频零磁通小电流传感器，只需一个工作磁芯，在其上面绕制二次侧线圈和检 测线圈通过电子电路即可准确的设置磁通动态平衡达到电流传感器的零磁通工作状态， 其物理结构为穿心式，与被测的高压电力设备完全电气绝缘，可靠性高，且具有结构简 单、制作难度小及成本低的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是 一种容性设备介损在线监测用
工频零磁通小电流传感器，包括一工作磁芯l，在工作磁芯1上绕制检测线圈3，再在检
测线圈3上反方向绕制二次侧线圈2， 二次侧线圈2和检测线圈3之间、检测线圈3与工
作磁芯1之间均设有屏蔽层4，检测线圈3接补偿电路模块5，补偿电路模块5的输出端
与二次线圈2的一端相连接，二次线圈2的另一端接输出电路模块6。 所述的工作磁芯1材料选用坡莫合金材料。 所述的工作磁芯1的物理结构为穿心式非接触测量。 屏蔽层4采用铝箔制成。 本发明的优点及效果( — )传感器由一个工作磁芯和一个电子电路板两部分组成，内部结构简单，易 于制作； ( 二 )传感器为穿心式结构，测量容性设备末屏泄露电流时只需将其套在末屏接 地线上即可，与备测设备完全的电气绝缘，可靠性高；(三)高精度转化、低阻抗输出，采用多层屏蔽结构，具有良好的现场抗干扰能 力。
图1为本发明的传感器内部物理结构示意图。
图2为本发明的传感器结构原理图。
图3为本发明的补偿电路模块5的电路图。
图4为本发明的输出电路模块6的电路图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。 参照图l， 一种容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器内部物理结
构，包括一工作磁芯l，在工作磁芯1上面绕制二次侧线圈2和检测线圈3。具体的绕制
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结构是在工作磁芯1上采用漆包线绕制检测线圈3，再在检测线圈3上采用漆包线反方向 绕制二次侧线圈2， 二次侧线圈2和检测线圈3之间、检测线圈3与工作磁芯1之间均设 有屏蔽层4。 参照图2，是本发明的传感器原理示意图，其中检测线圈3接补偿电路模块5， 补偿电路模块5的输出端与二次线圈2的一端相连接，二次线圈2的另一端接输出电路模 块6。工作磁芯1材料选用坡莫合金材料。屏蔽层4均采用导磁率高的铝箔制成。
检测线圈3与补偿电路5相连接实时动态检测工作磁芯1中的磁通状态，补偿电 路5具有很高输入阻抗，检测线圈3相当于开路，其感应电势即为工作磁芯l的激磁磁 势，此电势经过补偿电路5放大滤波后产生一个去磁电流，并将其反馈给二次线圈2，输 出电路模块6将二次线圈2中的电流变换为电压后输出给后级负载电路。
参照图3，本发明的补偿电路模块5包括电阻Rp电阻&一端接地，另一端与 运放OP^的同相端相接；电阻]12—端是信号输入端，也就是接本发明中的检测线圈3 的一端，另一端接运放OP^的反向端；电阻]13为反馈电阻， 一端接运放OP^的输出
端，另一端与运放OP^的同相端相接；电容G并接在电阻R3的两端；电容G—端接
运放OP^的输出端， 一端为本电路的信号输出端，也就是接本发明中的二次侧线圈2的 一端；电阻]14一端接地，另一端接本电路的输出端。 补偿电路模块5的工作原理是实时动态检测工作磁芯1中的磁通状态，对检测线
圈3中的感应电势信号进行同相放大和滤波后，为二次线圈2提供去磁电流。 参照图4，本发明的输出电路模块6包括电阻Re，电阻Re—端接地，另一端与
运放OPA2的同相端相接；电阻R5—端是本电路信号输入端，也就是接本发明中的二次
侧线圈2的一端，另一端接运放0PA2的反向端；电阻R7—端接运放OPA2的输出端，另
一端与本电路信号输入端相接；电容(^3并接在电阻]17的两端；运放OPA2的输出端即为
本电路的信号输出端。 输出电路模块6的工作原理是将二次线圈2中的感应电流信号转化为电压信号后 输出给后级负载电路，本电路具有很低的输出阻抗，现场抗干扰能力强，可以进行长缆 传输。 本发明的工作原理是 参照图2，检测线圈3两端产生感应电势感应电流加到补偿电路5的输入端，再 产生二次电流提供给二次线圈2， 二次线圈电流全部由补偿电路5供给，补偿电路模块5 高速动态检测检测线圈3两端的电势差，当电势差足够小(近似为零的允许值)时，工作 磁芯中的磁通即近似为零磁通，若检测值偏离允许值，则自动高速调整，使工作磁芯能 始终保持在逼近零磁通状态，传感器达到较高的精度。
权利要求
一种容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器，包括一工作磁芯(1)，其特征在于，在工作磁芯(1)上绕制检测线圈(3)，再在检测线圈(3)上反方向绕制二次侧线圈(2)，二次侧线圈(2)和检测线圈(3)之间、检测线圈(3)与工作磁芯(1)之间均设有屏蔽层(4)，检测线圈(3)接补偿电路模块(5)，补偿电路模块(5)的输出端与二次线圈(2)的一端相连接，二次线圈(2)的另一端接输出电路模块(6)。
2. 根据权利要求1所述的一种容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器，其 特征在于，所述的工作磁芯(l)材料选用坡莫合金材料。
3. 根据权利要求1所述的一种容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器，其 特征在于，所述的工作磁芯(l)的物理结构为穿心式非接触测量。
4. 根据权利要求1所述的一种容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器，其 特征在于，屏蔽层(4)采用铝箔制成。
5. 根据权利要求1所述的一种容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器， 其特征在于，所述的补偿电路模块(5)包括电阻(RJ，电阻(RJ—端接地，另一端与运放 (OPAD的同相端相接；电阻(R》一端是信号输入端，另一端接运放(OPAJ的反向端；电 阻(R》为反馈电阻， 一端接运放(OPAD的输出端，另一端与运放(OPAJ的同相端相接； 电容(CJ并接在电阻(R3)的两端；电容(C2) —端接运放(OPAJ的输出端， 一端为本电路 的信号输出端，电阻(R》一端接地，另一端接本电路的输出端。
6. 根据权利要求1所述的一种容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器， 其特征在于，所述的输出电路模块(6)包括电阻(Re)，电阻(Re)—端接地，另一端与运放 (OPA2)的同相端相接；电阻(R5) —端是本电路信号输入端，另一端接运放(OPA2)的反向 端；电阻(R》一端接运放(OPA》的输出端，另一端与本电路信号输入端相接；电容(C》 并接在电阻(R7)的两端；运放(OPA2)的输出端即为本电路的信号输出端。
全文摘要
一种容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器，包括一工作磁芯1，在工作磁芯1上绕制检测线圈3，再在检测线圈3上反方向绕制二次侧线圈2，二次侧线圈2和检测线圈3之间、检测线圈3与工作磁芯1之间均设有屏蔽层4，检测线圈3接补偿电路模块5，补偿电路模块5的输出端与二次线圈2的一端相连接，二次线圈2的另一端接输出电路模块6，检测线圈3两端产生感应电势，其感应电流加到补偿电路模块5的输入端，产生二次电流提供给二次线圈2，补偿电路模块5检测检测线圈3电势差，工作磁芯中的磁通近似为零，若检测值偏离允许值，自动调整，使工作磁芯能始终保持在逼近零磁通状态，可靠性高，具有结构简单、制作难度小及成本低的特点。
文档编号G01R15/14GK101692102SQ20091002397
公开日2010年4月7日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者梁红军, 王长安, 韩元斌 申请人:西安博源电气有限公司