電子式互感器與傳統(tǒng)電磁式互感器相比，在帶寬、絕緣和成本等方面具有優(yōu)勢，因而代表了高電壓等級電力系統(tǒng)中電流和電壓測量的一種極具吸引力的發(fā)展方向。隨著信息技術的發(fā)展和電力市場中競爭機制的形成，電子式互感器成為人們研究的熱點；越來越多的新技術被引入到電子式互感器設計中，以提高其工作可靠性，降低運行總成本，減小對生態(tài)環(huán)境的壓力。本文圍繞電子式互感器實用化中的關鍵技術而展開理論與實驗研究，具體包括新型傳感器、雙傳感器的數(shù)據(jù)融合算法、數(shù)字接口、組合式電源、低功耗技術和自監(jiān)測功能的實現(xiàn)等。 目前電子式電流互感器(ECT)大多數(shù)采用單傳感器開環(huán)結(jié)構(gòu)，對每個環(huán)節(jié)的精度和可靠性的要求都很高，嚴重制約了ECT整體性能的提高，影響其實用化。本文介紹了新型傳感器～鐵心線圈式低功率電流傳感器(LPET)和印刷電路板(PCB)空心線圈及其數(shù)字積分器，在此基礎上設計了一種基于LPCT和PCB空心線圈的組合結(jié)構(gòu)的新型電流傳感器。該結(jié)構(gòu)具有并聯(lián)的特點，結(jié)合了這兩種互感器的優(yōu)點，采用數(shù)據(jù)融合算法來處理兩路信號，實現(xiàn)高精度測量和提高系統(tǒng)可靠性，并探索出辨別LPET飽和的新方法。試驗和仿真結(jié)果表明，這種新型電流傳感器可以覆蓋較大的電流測量范圍，達到IEC 60044-8標準中關于測量(幅值誤差)、保護(復合誤差)和暫態(tài)響應(峰值)的準確度要求，能夠作為多用途電流傳感器使用。 在電子式電壓互感器方面，基于精密電阻分壓器的新型傳感器在原理、結(jié)構(gòu)和輸出信號等方面與傳統(tǒng)的電壓互感器有很大不同，本文設計了一種可替代10kV電磁式電壓互感器的精密電阻分壓器。通過試驗研究與計算分析，得出其性能主要受電阻特性和雜散電容的影響，并給出了減小其誤差的方法。測試結(jié)果表明，設計的10kV精密電阻分壓器的準確度滿足IEC 60044-7標準要求，可達0.2級。 電子式互感器的關鍵技術之一是內(nèi)部的數(shù)字化以及其標準化接口，本文以10kV組合型電子式互感器為對象設計了一種實用化的數(shù)字系統(tǒng)。以精密電阻分壓器作為電壓傳感器，電流傳感器則采用基于數(shù)據(jù)融合算法的LPCT和PCB空心線圈的組合結(jié)構(gòu)。本文首先解決了互感器間的同步與傳感器間的內(nèi)部同步問題，進而依照IEC61850-9-1標準，實現(xiàn)了組合型電子式互感器的100M以太網(wǎng)接口。 電子式電流互感器在高電壓等級的應用研究中，ECT高壓側(cè)的電源問題是關鍵技術之一。論文首先分析了兩種電源方案：取電CT電源和激光電源。取電CT電源通過一個特制的電流互感器(取電CT)，直接從高壓側(cè)母線電流中獲取電能。在取電CT和整流橋之間設計一個串聯(lián)電感，大大降低了施加在整流橋上的的感應電壓并限制了取電CT的輸出電流，起到了穩(wěn)定電壓和保護后續(xù)電路的作用。激光電源方案以先進的光電轉(zhuǎn)換器、半導體激光二極管和光纖為基礎，單獨一根上行光纖同時完成供能和控制信號的傳輸，在不影響光供能穩(wěn)定性的情況下，數(shù)據(jù)通信完成在短暫的供能間隔中。在高電位端控制信號通過在能量變換電路中增加一個比較器電路被提取出來。本文還提出了一種將兩種供能方式結(jié)合使用的組合電源，并設計了這兩種電源之間的切換方法，解決了取電CT電源的死區(qū)問題，延長了激光器的使用壽命。作為綜合應用實例，設計并完成了以LPCT為傳感器、由組合電源供能、采用低功耗技術的高壓電子式電流互感器。互感器高壓側(cè)的一次轉(zhuǎn)換器能夠提供兩路傳感器數(shù)據(jù)通道，并且具有溫度補償和采集通道的自校正功能，在更寬溫度、更大電流范圍內(nèi)保證了極高的測量精度：互感器低電位端的二次轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字和模擬接口，可以接收數(shù)據(jù)并發(fā)送命令來控制一次轉(zhuǎn)換器，包括同步和校正命令在內(nèi)的數(shù)據(jù)信號可以通過同一根供能光纖傳送到一次轉(zhuǎn)換器。該互感器具有在線監(jiān)測功能，這種預防性維護和自檢測功能夠提示維護或提出警告，提高了可靠性。系統(tǒng)測試表明：具有低功耗光纖發(fā)射驅(qū)動電路的一次轉(zhuǎn)換器平均功耗在40mw以下：上行光纖中通信波特率可以達到200kb/s，下行光纖中更是高達2Mb/s；系統(tǒng)準確度同時滿足IEC6044-8標準對0.2S級測量和5TPE級保護電子式互感器的要求。
