專利名稱：一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種一次電流傳感器，尤其涉及一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，屬于高壓直流電流測量技術領域。
背景技術：
隨著直流輸電的發展，高壓直流電流量的測量技術成為新的研究方向。傳統的高壓直流電流傳感器是利用電磁感應原理，需外加輔助電源，其暫態特性差、易受外界電磁場干擾、抗飽和能力差，且隨電壓等級的升高，其絕緣實現的難度和造價成幾何倍數增加，因此研究新型的高壓直流傳感器成為電力發展的需要。結合現代光纖傳導技術的電子式直流電流互感器采用“分流器+羅氏線圈+光纖傳輸”技術，相對傳統電磁感應原理的互感器，存在以下優點①分流器不受外界電磁場干擾，測量精度和穩定度高；②羅氏線圈不受直流分量影響，能有效測量直流系統中的諧波電流；③光纖傳導的技術的應用一方面解決了信號高低壓側隔離的難題，另一方面可以使測量信號無損傳輸，提高了測量精度。以上優點使得這種互感器非常適用于高壓直流輸電系統，其主要由4個部分組成一次電流傳感器、一次轉換器、信號傳輸系統以及合并單元。這種測量系統的核心是一次電流傳感器，其輸出為極其微弱的mV級電壓信號，其結構部分對其輸出精度影響較大，是直流系統測量實現的難題。

發明內容
本發明的目的是提供一種適用于高壓直流系統測量用的一次電流傳感器結構，其克服了傳統傳感器的缺陷，輸出精度高、干擾能力強、結構簡單、體積小、重量輕、制造成本低。為達到本發明的目的，所采用的技術方案是
一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，其特征是，包含向兩端延伸的第一段管型母線和第二段管型母線， 由卡箍固定于所述第二段管型母線上的穿心式的羅氏線圈， 通過信號線與所述羅氏線圈連接的分流器，
所述分流器的一端與所述第一段管型母線剛性連接，另一端通過多根軟銅連接片與所述第二段管型母線連接，所述第一段管型母線與所述第二段管型母線通過多根連接條剛性連接。所述分流器為鼠籠式結構，兩端分別為銅盤，兩個銅盤之間由多根實心錳銅棒連接，一次電流從兩端的所述銅盤的電流接入端接入，輸出信號線從所述銅盤圓心處引出。所述第一段管型母線與所述分流器一端的銅盤通過一法蘭盤剛性連接，所述第二段管型母線與另一法蘭盤剛性連接后再與所述軟銅連接片一端柔性連接，所述軟銅連接片另一端與所述分流器另一端的銅盤柔性連接。所述一法蘭盤與所述另一法蘭盤通過多根連接條剛性連接。
所述羅氏線圈為采用外積分式，鋁殼封裝，通過鋁制卡箍固定在所述第二段管型母線上。所述分流器水平方向設置，位于下方的所述連接條上設有用來支撐所述分流器的柔性連接端的凸臺。還包含一固定于所述一法蘭盤與所述另一法蘭盤上的對傳感器起防護的不銹鋼外罩。還包含兩個鋁制均壓環，所述均壓環固定于所述不銹鋼外罩上。所述信號線通過不銹鋼螺紋管向外引出。所述連接條為不銹鋼連接條。所述管型母線為鋁制管型母線，所述法蘭盤為鋁質法蘭盤，所述分流器兩端為銅盤，所述分流器、所述軟銅連接片與所述法蘭盤連接時，在其結合面設置一銅鋁過渡材料構成的過渡層。本發明的方案要點是①通過分析分流器特性設計了適用于高壓直流測量用的鼠籠型分流器結構；②通過分析了羅氏線圈的測量原理以及制造關鍵工藝設計了外積分式羅氏線圈結構；③將設計好的分流器、羅氏線圈與導電連接部分組合成一次電流傳感器，通過分析溫升影響、外磁場干擾、應力影響、戶外防護等因素對其結構進行優化設計。本發明的特點在于通過“鼠籠型分流器+外積分式羅氏線圈”技術測量電流量， 分流器測直流，羅氏線圈測諧波，軟銅連接吸收應力影響，銅鋁過渡材料的使用，軟銅連接吸收應力。本發明所產生的有益效果
本發明的適用于高壓直流系統測量用的一次電流傳感器結構，具有輸出精度高、干擾能力強、結構簡單、體積小、重量輕、制造成本低等顯著優勢。一次電流傳感器基本結構為兩端采用鋁制管母，分流器連接左側管母和軟銅，軟銅的另一端連接右側管母，穿心式羅氏線圈套在遠離分流器一端的鋁制管母上。基于“鼠籠型分流器+外積分式羅氏線圈”的測量技術，提高了直流測量的抗外磁場干擾能力、抗飽和能力，提升了諧波的測量精度。分流器采用鼠籠型結構的錳銅電阻制造，結構簡單，自然冷卻條件下散熱性能良好，對故障時的諧波集膚效應有較好的抑制作用；羅氏線圈采用外積分式，有效避免了故障電流情況下的磁飽和現象，具有良好的頻響特性；中心引出接線的方式有效避免了高壓側磁場對弱電信號的干擾；軟銅連接的方式很好的吸收了分流器溫升膨脹應力帶來的測量誤差，提高直流測量精度；銅鋁過渡材料的使用有效避免了銅鋁結合面的電化學腐蝕。優化后的一次電流傳感器結構設計，具有穩定的高精度的輸出和良好的穩定性，通過試驗其直流輸出精度達0. 2級，諧波電流輸出精度達1級，滿足高壓直流系統電流量的測量要求。


圖1為鼠籠型分流器結構圖2分流器信號線的中心引出接線方式示意圖； 圖3為羅氏線圈結構示意； 圖4為一次電流傳感器剖面圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。如圖1所示，本發明的直流測量元為錳銅電阻制成的分流器，其具有良好溫度特性，通過電阻分壓原理測直流。本發明的分流器IA設計為4端電阻，其電位端輸出電壓與一次電流成正比，結構為鼠籠型兩端為紫銅盤1，中間為多根實心錳銅電阻棒2。一次電流從兩端銅盤1上的銅盤電流輸入端3接入，二次輸出電壓從兩端銅盤1外側靠近圓心處的電位引出端4引出，其中正極性端的信號線由中心孔5引出。鼠籠型分流器具有以下優點①散熱面積大，散熱效果好；②有效消除故障情況下諧波電流的集膚效應；③適合水平方向安裝，既減小了散熱不均引起的熱電勢誤差，又便于串聯到一次導體回路中；④電感小，階躍響應良好。由于互感器應用場合是戶外高電壓大電流環境中，現場的電磁干擾較為嚴重，為了減小交變磁場對測量精度的影響。采取了以下措施分流器信號線采用屏蔽雙絞線，屏蔽層與一次導體等電位；對易受外磁場干擾的電位引出端4兩端的裸露信號線部分做特殊處理，采用中心引出的接線方式。中心引出的接線方式如圖2所示在分流器中心軸增加一段單端絕緣的走線銅管 15，為防止分流器短路，其靠近分流器正極性端Pl的端口通過聚四氟乙烯絕緣套管13與分流器銅盤1絕緣，屏蔽雙絞線19的紅色芯線11穿過走線銅管15連接到分流器正極性端 P1，屏蔽雙絞線19的黑色芯線17及屏蔽層18連接到分流器的負極性端P2 ；為防止信號線老化失去絕緣，走線銅管15中的信號線部分用黃蠟套管14包裹，其兩端的出線孔位置用環氧樹脂12、16覆蓋。這種中心引出信號線的接線方式可消除交變磁場對信號線的影響，大大提高分流器的抗干擾性。如圖3所示，本發明的諧波測量元為羅氏線圈2A，由漆包線均勻繞制在環形骨架上制成，骨架采用非鐵磁性材料，其相對磁導率與空氣中的相對磁導率相同，這是空心線圈有別于傳統鐵心式線圈的一個顯著特征。由法拉第電磁感應定律可知，當穿過一定面積的線圈的磁通量發生變化時，該線圈上會感應到一定大小的電壓，該電壓的方向與磁通量的變化的方向有關，該感應電壓電壓的大小為(ΙΦ/dt。以圖2所示的結構羅氏線圈為例，其骨架截面為矩形，單匝線圈上的磁通量的和可以用數學表達式表示為
上式中a和b為骨架的內半徑與外半徑；ω為羅氏線圈的厚度；ΒΧ為距離中心軸為χ 的任意一點的磁感應強度；μ ^為真空中的磁導率。 羅氏線圈的繞線匝數為N，則羅氏線圈的感應電壓e可用下式表示，式中M被稱作羅氏線圈的互感系數。 通過對羅氏線圈輸出電壓的積分就可以還原被測電流信號i⑴。
權利要求
1.一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，其特征是，包含向兩端延伸的第一段管型母線和第二段管型母線，由卡箍固定于所述第二段管型母線上的穿心式的羅氏線圈，通過信號線與所述羅氏線圈連接的分流器，所述分流器的一端與所述第一段管型母線剛性連接，另一端通過多根軟銅連接片與所述第二段管型母線連接，所述第一段管型母線與所述第二段管型母線通過多根連接條剛性連接。
2.根據權利要求1所述的一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，其特征是，所述分流器為鼠籠式結構，兩端分別為銅盤，兩個銅盤之間由多根實心錳銅棒連接，一次電流從兩端的所述銅盤的電流接入端接入，輸出信號線從所述銅盤圓心處引出。
3.根據權利要求2所述的一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，其特征是，所述第一段管型母線與所述分流器一端的銅盤通過一法蘭盤剛性連接，所述第二段管型母線與另一法蘭盤剛性連接后再與所述軟銅連接片一端柔性連接，所述軟銅連接片另一端與所述分流器另一端的銅盤柔性連接。
4.根據權利要求3所述的一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，其特征是，所述一法蘭盤與所述另一法蘭盤通過多根連接條剛性連接。
5.根據權利要求1所述的一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，其特征是，所述羅氏線圈為采用外積分式，鋁殼封裝，通過鋁制卡箍固定在所述第二段管型母線上。
6.根據權利要求3所述的一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，其特征是，所述分流器水平方向設置，位于下方的所述連接條上設有用來支撐所述分流器的柔性連接端的凸臺。
7.根據權利要求2或3所述的一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，其特征是，還包含一固定于所述一法蘭盤與所述另一法蘭盤上的對傳感器起防護的不銹鋼外罩。
8.根據權利要求7所述的一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，其特征是，還包含兩個鋁制均壓環，所述均壓環固定于所述不銹鋼外罩上。
9.根據權利要求1所述的一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，其特征是，所述信號線穿過不銹鋼螺紋管向外引出。
10.根據權利要求3所述的一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，其特征是，所述管型母線為鋁制管型母線，所述法蘭盤為鋁質法蘭盤，所述分流器兩端為銅盤，所述分流器、所述軟銅連接片與所述法蘭盤連接時，在其結合面設置一銅鋁過渡材料構成的過渡層。
全文摘要
本發明公開了一種適用于高壓直流測量的一次電流傳感器結構，包含向兩端延伸的第一段管型母線和第二段管型母線，由卡箍固定于第二段管型母線上的穿心式的羅氏線圈，通過信號線與羅氏線圈連接的分流器，分流器的一端與第一段管型母線剛性連接，另一端通過多根軟銅連接片與第二段管型母線連接，第一段管型母線與第二段管型母線通過多根連接條剛性連接。本發明的一次電流傳感器結構輸出精度高、干擾能力強、結構簡單、體積小、重量輕、制造成本低。
文檔編號G01R15/18GK102445582SQ201110367909
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者劉靖, 張陳嘯, 戴振儒, 李巖, 李延新, 李輝, 林浩, 鄭立亮 申請人:南京南瑞集團公司, 國電南瑞科技股份有限公司