电子式组合互感器的设计
数字调制式电流互感器概念的提出已近半个世纪了，但受元器件的限制一直没有发展起来。近年来ABB公司、德国RITZ公司都有一些不同类型电子式电流互感器和电子式电压互感器产品的报道。研制了220kV/1250A系统的有源电子式电流互感器/电压互感器，样机总体结构如图2所示。
组合互感器系统由电流测量单元和电压测量单元两部分组成。前者采用罗柯夫斯基线圈作为电流传感器，有源电子器件实现信号的数宇调制;后者采用电容分压器作为电压传感器。高压端电子线路电源由-一个辅助电源感应线圈直接从母线上获取。罗氏线圈和电源感应线圈安装在母线上。高压端信号调制和电源调理电路板置于·一个铁磁屏蔽盒中,电流信号在高压端经AD变换、E/O变换后调制成光信号，通过光纤传送到低电位端。根据需要，可以将信号继续用光纤传送到远方的控制室，也可以就地经O/E、D/A变换，放大成模拟电流信号,母线电压经电容分压器变换成低压信号后，调制成光信号，经光纤传送到控制室，也可以就地经校准、温度补偿后，给出模拟电压信号、一个陶瓷套管既用作高压部分元件的绝缘支撑，同时又是传输电流信号的光纤和电容分压器的通道。
3.1组合互感器的电流和电压信号测取
在有源电子式组合互感器中．作为一次电流采样传感头的元件有很多种、有传统的电磁式电流互感器、特别设计的小信号电流互感器、分流电阻器、罗柯夫斯基线圈等。其中罗柯夫斯基线圈以其良好的频率响应、高的测量准确度和结构简单、成本低廉等特性而成为首选。所以基于罗柯夫斯基线圈的有源ETA也就成为最具发展潜力的光电互感器产品，它既可以用作封闭电器GIS、插接式组合电器PASS中的电流测量设备，又可用于敞开式独立有源ETA。罗柯夫斯基线圈是将导线均匀地绕在一个非磁性材料的骨架上制作而成的空心线圈，如图3所示。载流导线从线圈中心穿过，当导线上有电流通过时，在线圈的两端将会产生一个感应电势e，其大小为
式中M——罗氏线圈的互感被测电流信号可由下式表示
由式（2)可见，要得到被测电流信号，必须对线圈的输出电压信号进行积分，这可以通过两种途径实现:采用模拟积分器或采用数字积分。总之，通过后续电路及相关的信号处理，我们可以获得被测电流信号。
在中低压配电领域，精密电阻分压器、电容分压器已经使用得比较多。使用这种电压传感器技术，大大简化了高压传感部分的设计，同时使用光纤传输信号，保留了光纤良好的电气隔离作用，因此在本文的设计中采用了电容分压器作为电压取样元件。
3.2组合互感器的信号处理系统
信号处理过程如下:电流信号在高压侧经取样后．变成数字信号，经过适当的功率股大，驱刚友光二极管变成光信号，用光纤送到互感器下侧低电压端。电压信号经分压器取样后，变成数字信号，局样经过适当的功率放大，驱动发光二极管，也变成光信号。在互感器本体低电位例，已安股光1信亏的电流、电压信号经过光纤传送到变电珀2至3在控制室经O/E变换后，经过适当调理，信号再送入工控机中进行信号解调和处理，解调后的模拟信号可供计鼍和保护用。在信号处理单元中，瞬态信号测量即用于保护电流、电压信号的测量，必须
考虑信号处理单元的响应速度及频带宽度。例如220kV系统暂态恢复电压的最高固有主频为
10kHz，如按1/10区间取样，则E/O变换的工作主频带宽必须大于200kHz、在O/E变换中、则需采用快速光电二极管。
3.3组合互感器的一次侧电子线路供电问题
一次侧电子线路供电问题是有源ETA中的一个关键技术，一次侧电源要给传感元件信号处理部分提供稳定的电源。有两种思路解决这个问题，一是从地面二次侧将能量传送到一次侧提供电源，二是直接从二次侧的母线上取电源。由于一次、二次侧之间要实现完全隔离，所以要将二次侧的能量送到一次侧，最好的办法是通过光电转换，用光纤来传送:光电能量转换一-般用大功率半导体激光二极管来完成。激光二极管作为光源提供驱动光电池的光功率，根据系统总功率需要选用合适的光功率和输出效率的二极管。从光纤传输来的能量直接耦合到一次侧的光电转换器，通常是在光电池中，将光能转换成电能，已经有作为光电转换的商业化的电二极管阵列可供选择。采用地面供能的方法，优点是电源稳定、可靠性好、不受母线电流的影响。但是这个供能方案一般能提供的功率比较小，通常在mW级甚至在pW级。有时这种供能方案无法提供足够的能量给一次侧。另外，大功率、高效率的激光二极管、光电转换器件比较昂贵．在使用寿命方面也没有严格考核的报道。
由于母线电流变化范围很大，以额定电流为1250A的ETA为例，母线稳态电流可以在5%-120%1n(额定电流）内变化，即在62.5-1500A的范围内变化;短路故障情况下、母线暂态电流可以达到201n，甚至更高。在这些情况下都要求能提供一次侧电子线路所需要的稳定电源。鉴于上述要求，提出了从母线上直接取电源的自具型电源方案，设计工作主要集中在从一个大范围内变化的电流源中取出--个具有一定功率稳定输出的电压源。自具型电源的原理图如图4所示、在这里我们采用一个环形带铁心的感应线圈完成从母线上提取电能的功能。
即可输出所需要的恒定电压Ul。因此问题可以转化为设计一个电源感应线圈的负荷阻抗可控电路，当母线电流较小时，等效阻抗较大；当母线电流较大时，等效阻抗较小。合理设计可控阻抗电路，可以实现在大范围母线电流下提供稳定馈电电源的目的。
