电流测量

全光纤电流传感器也称为光纤电流测量装置、全光纤电流互感器或无源电子式电流互感器，基于磁光法拉第效应原理和安培环路定理，在导体通电后，在导体周围的磁场作用下，两束光波的传播方式发生相对变化，即出现相位差，最终表现为探测器处叠加的光强发生变化，通过测量光强的大小，即可测出对应的电流大小。

微型智能电流传感器是一种非侵入式微型电流测量装置，具有小体积、高精度、宽量程、宽频响、自取能、自组网、低成本、即贴即用等特征，适用于电网数字化转型中发、输、配、变、用等环节海量部署，全面采集电网基础运行数据。微型智能电流传感器采用磁阻传感芯片（TMR芯片）作为核心测量元件，支持集成电流监测、故障录波、谐波监测、无线授时、空中升级等特色功能，已用于智能变电站、配电房及户外线路的电流负荷监测。目前已实现量产供货，在粤港澳大湾区、广西、贵州等地规模化推广应用近1.6万余套，有力支撑了能源数字化转型和新型电力系统建设。

架空就地研判型高精度录波故障指示器是北京煜邦电力技术股份有限公司研发的新一代故障指示器，该产品基于高精度无源补偿铁芯开口电流互感器设计，在配电线路电流0-630A均能进行高精度电流测量，采用“暂态+稳态”智能接地研判算法，不依赖主站就地判断接地故障。

变电站是电能汇集和分配的核心节点，国网公司从2019年启动智能变电站建设，其实现了全站信息数字化和共享，由于智能变电站是基于IEC 61850标准并采用大量光缆替代电缆，使得其二次回路（虚端子、虚回路）变成了“黑匣子”，导致整个二次系统深度依赖于变电站系统配置描述文件（SCD），配置流程需从装置模型文件ICD通过虚回路连接配置成SCD，再将SCD导出实例化后装置下装文件CID。这一过程的转变同时带来了建设、运维新的问题如系统文件配置效率和可靠性较低、各环节重复迭代工作量大，传输回路连接质量有待提高、运行维护可视化程度不足，回路状态监测方法缺失等。 研究智能变电站二次系统数字化设计技术及应用，是提高变电站建设效率和质量、贯通各专业各流程、实现电网灵活控制与便利运维的关键。本项目主要从以下难题开展研究：①变电站内百余种功能装置上万个虚端子相互关联，难以通过机器代替人工以数字化手段进行自动关联和追加重构；②变电站内物理回路与逻辑回路并存，难以实现自动匹配、即插即用及可视化直观展示；③变电站内相关二次系统回路复杂，难以实现自动监测、校核动态评估。该项目聚合产学研用单位联合攻关，实现在智能变电站系统文件配置方面，开发了基于模板库的学习型虚回路自动连接软件，开发了基于SED文件的智能变电站改扩建二次系统配置文件自动重构工具，构建了图模库一体化变电站系统文件自动配置平台，实现虚回路自动配置，大幅提升虚回路设计的准确性和高效性；在智能变电站传输回路连接方面，提出了虚实回路的建模方法，发明了基于“面接触”连接技术的高密度集束预制光缆组件，开发了基于“智能标签”的光缆链路数字化解析工具，实现传输回路的即插即用，有效提升了回路连接的可靠性；在智能变电站回路状态监测方面，发明了基于广义变比辨识的电流测量回路极性在线检测技术，开发了工程SCD文件管控工具，构建了基于聚类分析算法的二次系统动态定量评估平台，实现二次回路态势感知及实时控制，全面提升了二次系统的安全运行水平。 依托项目成果研制的预制光缆组件，光配模块、智能标签生成及解析技术，国网基建部以基建技术【2016】49号、【2017】107号等文件纳入新技术推广应用实施目录，在系统内各网省公司新建智能变电站中推广应用。项目共获授权发明专利7项、实用新型专利1项、软件著作权3项，发表学术论文11篇（SCI/EI检索5篇），出版专著6部，编制国家标准1项。

基于硬质磁电层合材料的交流电流传感器实现了与被测对象的电气隔离和无源检测,而且相比于传统的交流电流测量手段,它精度稳定性更好,对工作环境要求却更低。但除磁电材料本体以外,为保证工作性能,传感器还附加了很多其他的部件(如C形磁环、多匝绕线、永磁体等),导致传感器的结构复杂,缺少使用的便利性;其本身携带的高直流偏置磁场也限制了它的广泛应用。提出的基于柔性磁电层合材料的交流电流检测装置能够在继承硬质磁电电流检测器优点的同时,解决上述问题。使用的柔性磁电层合材料由Metglas和PVDF通过刮涂法制备而成,质量轻,柔性好。高磁导率的Metglas材料与环形的结构设计使得检测装置摆脱了磁环或多匝绕线等设置。Metglas材料自带直流偏置磁场的属性使得装置无需配置永磁体。该装置在1kHz频率下测量0~150A交流电流时,输入-输出的线性度能够达到0.99997,灵敏度为0.2131mV/A;它的测量精度能够达到0.63%,滞回仅为0.32%,分辨率为0.4%。

三芯电缆结构为各相线芯绞合而成，相电流互呈120°分布，造成电缆周围某点磁场均为三个空间矢量叠加。目 前由于尚无较为准确的理论计算模型，致使磁传感器测量值与理论计算值相差较大，无法实现对三芯电缆相电流准确测 量与评估。为解决该问题，本文提出一种与三芯电缆结构相符的载流细螺旋线计算模型，推导得知线芯电流与磁场之间 量值关系。通过建立物理数学模型，确定磁传感安装位置为电缆轴心与线芯中心连线两侧各20°范围内，并利用有限元 仿真验证所提方法的正确性。

根据8/20μs雷电流的特性，在分析Rogowski线圈测量原理的基础上，结合对其动态特性的仿真，得出长方形骨架截面比圆形骨架截面误差更小的结论。并设计了骨架截面宽长比为4的自积分Rogoswki线圈，较好的满足了自积分式Rogoswki线圈测量精度的要求，证明了Rogoswki线圈适合于对快速变化的大幅值雷电流的测量。最后分析了造成Rogoswki线圈测量误差的主要原因。

普通漏电流监测传感器多采用硅钢材质铁芯，用其做剩余电流监测时：小电流信号测试灵敏度低，测试精度差。通常这种漏电流类型传感器电流测量范围较小，基本在1A，无法使用于该项目中。因此我们在设计该互感器时选用了纳米晶材质铁芯，其既能保证小电流信号测试精度高，又能保证大电流信号不饱和。设计时在互感器线圈内外侧以及上下面都增加屏蔽措施，保证互感器抗干扰性好，性能稳定，精度高。并且互感器开合处增加了防水胶圈结构，具有防尘、防水、防潮功能。

本项目属电气测量技术及其仪器仪表技术领域。 本项目依托南方电网公司“微型智能传感器关键技术研 究”等项目，组建产学研用团队研制了首套等电位、高精度、 微瓦级、自取能的粘贴型微型电流传感器，建立了覆盖测量 方法、传感芯片、高效集成和规模化应用等方面的完整粘贴 型电流测量技术体系。项目的成功应用标志着我国在自主可控电力智能电流 传感技术领域取得重大突破和国际领先，推动了电流从互感 器模拟测量向芯片数字化测量的跨越式发展，为数字电网和 新型电力系统建设奠定坚实基础