陈庆
(华中科技大学，湖北武汉430074)DevelopmentHistoryandPresentSituationofCurrentTransformerinACElectricNetwork
CHENQing
(HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)
Abstract:Currenttransformerisveryimportantforelectricalsystem.Fromthebeginningofitsdevelopment,manyscientistsdedicatedintotheresearchandmanufactureofCT.Analyzingthedevelopmenthistoryandpresentsituationofit,wecanfoundbetterwaytogettogetherexperiences,makeclearthefaults,thenspeeduptherateoftheresearchandmanufactureofCT.
Keywords:currenttransformer;developmenthistory;presentsituation电流互感器在电网中有着极为重要的作用，从最初建设电力系统开始，就有很多科学家致力于CT的研究和制造。分析电流互感器的发展历史和现状，将有助于我们更好地总结经验，找出不足，促进新型CT的研究和生产。
关键词：电流互感器；发展历史；现状0 引言
在电力系统的检测技术中，难免要对高压电网进行大电流检测。此时，我们可以采用以电磁感应原理为基础的电流互感器进行检测，其主要目的有两个：一是使测量回路与高压电网隔离，保护操作人员和设备的安全；二是可以使用小量程的仪表测量大电流［1］。作为电力系统“眼睛”的电流互感器肩负着两个重要的使命：一个是为电能的计量提供参数；另一个是为继电保护提供动作的依据。
由于电流互感器在电网中的重要性，从最初建设电力系统开始，就有很多科学家致力于CT的研究和制造。分析电流互感器的发展历史，将有助于我们更好地总结经验，找出不足，促进新型CT的研究和生产。最早的CT是传统型的CT，它实际上就是一台升压的变压器。传统型CT不需要外界电源的支持，所以是无源型的，改变元件的参数可以设计出不同性能的CT;但它有着难以克服的缺陷：体积过大、重量过重、容易产生磁滞现象、有涡流损耗。此外，油浸式CT还有潜在的油爆炸的危险［2］。
人们根据电阻的U-I特性设计了串联在电网中的互感器。这种CT也是无源型的，而且在理论上，其相位无误差，带宽无穷大，但这样的CT难以实现测量系统与被测量系统的电隔离，且很难实现对电阻发热而采取的温度补偿。
霍尔效应又给CT的研究人员提供了一个大舞台。用霍尔元件设计的CT也就随之出现了。用霍尔元件测量磁场大小来反映被测的电流，排除了测量系统对被测量系统的干扰；但霍尔元件必须要有稳定的电源支持，而且还要解决温度和磁饱和对霍尔元件的影响问题。
Rogowski线圈在CT领域也有着广泛的应用。Rogowski线圈是空心线圈，由于没有铁心，在外形上可以作得相对小巧，与传统式CT相比，体积和重量都有较大的下降，但由于其测量的是电流的变化，因此在相位上需作一定的处理，而且该线圈的制作工艺要求较高。
最新型的CT是光电式电流互感器。由于光纤有良好的电磁绝缘性，且不会存在电磁干扰，设计出的CT体积小、重量轻、安全性能好，但其准确度和长期运行的稳定性还有待进一步提高。
1 光学电流互感器的工作原理
现阶段我们所研究的光学电流互感器大多是利用磁光效应，系统原理图如图1所示：
这里以全光电型的CT为例。它运用的是Faraday磁光效应，如图2所示，检测的是电流所产生的磁场大小。其中，μ为法拉第旋光材料的通光率；Vd为弗尔德常数，rad/A；H为磁场强度，A/m；L为通过法拉第旋光材料的光程长度，m。通过测量θ可以计算出H的大小，也就得到被测电流的大小。光学电流互感器有着许多其它CT不可比拟的优点，但其实现的最大困难是其本身的光学系统折射效应会随环境因素变化而变化，从而影响整个系统的精度和稳定性。
2 各种CT的比较和展望
2.1 电力系统的发展趋势
信息技术的不断发展，对各行各业都提出了新的要求，电力行业也不例外。为了减小变电站的占地面积和建筑空间，并提高电力系统的自动化程度，现在设计的CT必须满足“数字化、光纤化、智能化、一体化”的要求。所谓数字化是指我们要尽量淘汰传统的模拟信号的指针式读数盘，而采用数字式的仪表，减小测量中因读数而引起的人为误差，这一点现在已能很好地做到。所谓光纤化是指在测量系统中，大力提倡光纤的使用，充分减小电磁场对测量结果的影响，新型的光电互感器就是很好的典范。智能化是指加大微机和网络在电力测量中的运用，赋予互感器一定的自我判断和识别能力，这主要是在外围的电路上作一些改进及在软件上的优化。一体化是指将多相CT甚至是多相CT和PT，做成成套的设备，这样在安装、调试的过程中可以节约大量的人力、物力。现在有的厂家设计制造的GIS就是将CT和PT集成在一个密闭的空间里。此外，现在很多学者提出把电网作为网络通信的一种媒介。鉴于电力网的广泛，这种设想有很大的可行性。一旦这种设想被付诸实施，我们的测量设备又要面临着新的革命。到那时，CT如何来实现对电力信号和通信信号的分离？如何防护潜在的更大的电磁干扰？可不可以让设计的CT在检测电力系统的同时也能够检测通讯系统？
2.2 CT的发展现状
针对电力系统的发展趋势可以预测：在不久的将来，传统型的CT将逐步地淡出电力系统，新型实用的互感器将取而代之。但是，新型的技术发展到成熟阶段总需要一定的时间。传统型CT就经历了数百年的发展，而基于Faraday磁光效应的新型光电电流互感器才出现了几十年，在很多方面还不完善。全光型电流互感器实现的最大困难是其本身的光学系统折射效应会随环境因素变化而变化，从而影响整个系统的精度和稳定性。其根本原因在于光纤的线性双折射效应对测量结果的影响：降低系统灵敏度、可靠性和稳定性，使测量结果与被测电流在光路内的位置有关等。研究表明：光纤的线性双折射效应可分为内在和外在两类。内在线性双折射是由于制备光纤过程中引入的光纤不完备性引起的，诸如纤芯的非圆度和光纤内部非对称性应力等；而外在线性双折射则由光纤的弯曲、环境温度、压力、振动等外部非对称性横向压力引起。可见，产生线性双折射效应的原因是复杂的、多方面的，要建立起完善的光纤线性双折射效应的表达式，克服线性双折射效应的影响是非常困难的。
2.3 如何来解决面临的问题
用光电式电流互感器来取代现有CT的潮流是不可逆转的。通过20多年的研究，国外很多企业都已经制造出了自己的光电互感器产品，而国内的产品还处在试挂网或试运行阶段，主要是我们的产品在测量的准确性和运行的稳定性上还亟待改进［3］。现有的解决方案主要有以下几个：
(1)从传感头和光纤的机理入手，解决双折射的问题。这里一方面涉及到制造工艺的问题另一方面涉及到温度和振动的问题。制造工艺随着技术的不断完善一定会有所突破；而重点是如何来抑制温度的变化和振动，或者说该怎样改善传感头抗温升和振动的能力。
(2)从误差处理和补偿的角度来解决双折射问题，这实际上是一种利用计算机软件的技术。在［5］中作者详细地讨论了这个话题。由于传感头测量误差所涉及到的因素实在太多，建立直观的数学模型比较困难。自20世纪80年代迅速发展的人工神经网络技术，由于具有自学习、自组织和自适应的功能，在处理复杂系统的建模问题上恰恰表现出了它的优越性。神经网络方法实质上是一种不需要选取基函数系的非线性函数逼近方法。已经证明：任何在闭区间的一个连续函数都可以用具有一个隐层的反传(BP)网络来逼近。多层前向网络是一类单方向(前馈)层次型网络，它让网络实现特定的感知、识别和推理功能，通常由输入层、若干隐层和输出层组成，如图3所示。每一层包含有若干个神经元、将神经网络引入光学电流互感器的研究领域，作为一种解决线性双折射效应的方法是行之有效的。它能避免建立数学模型的复杂性，且精度高、简便实用。训练和校验结果表明：用神经网络能实现线性双折射效应的补偿,效果良好。让网[1][2]下一页
