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专利名称：一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种一次电流传感器，尤其涉及一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，属于高压直流电流测量技术领域。
背景技术：
随着直流输电的发展，高压直流电流量的测量技术成为新的研究方向。传统的高压直流电流传感器是利用电磁感应原理，需外加辅助电源，其暂态特性差、易受外界电磁场干扰、抗饱和能力差，且随电压等级的升高，其绝缘实现的难度和造价成几何倍数增加，因此研究新型的高压直流传感器成为电力发展的需要。结合现代光纤传导技术的电子式直流电流互感器采用“分流器+罗氏线圈+光纤传输”技术，相对传统电磁感应原理的互感器，存在以下优点①分流器不受外界电磁场干扰，测量精度和稳定度高；②罗氏线圈不受直流分量影响，能有效测量直流系统中的谐波电流；③光纤传导的技术的应用一方面解决了信号高低压侧隔离的难题，另一方面可以使测量信号无损传输，提高了测量精度。以上优点使得这种互感器非常适用于高压直流输电系统，其主要由4个部分组成一次电流传感器、一次转换器、信号传输系统以及合并单元。这种测量系统的核心是一次电流传感器，其输出为极其微弱的mV级电压信号，其结构部分对其输出精度影响较大，是直流系统测量实现的难题。

发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高压直流系统测量用的一次电流传感器结构，其克服了传统传感器的缺陷，输出精度高、干扰能力强、结构简单、体积小、重量轻、制造成本低。为达到本发明的目的，所采用的技术方案是
一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，其特征是，包含向两端延伸的第一段管型母线和第二段管型母线， 由卡箍固定于所述第二段管型母线上的穿心式的罗氏线圈， 通过信号线与所述罗氏线圈连接的分流器，
所述分流器的一端与所述第一段管型母线刚性连接，另一端通过多根软铜连接片与所述第二段管型母线连接，所述第一段管型母线与所述第二段管型母线通过多根连接条刚性连接。所述分流器为鼠笼式结构，两端分别为铜盘，两个铜盘之间由多根实心锰铜棒连接，一次电流从两端的所述铜盘的电流接入端接入，输出信号线从所述铜盘圆心处引出。所述第一段管型母线与所述分流器一端的铜盘通过一法兰盘刚性连接，所述第二段管型母线与另一法兰盘刚性连接后再与所述软铜连接片一端柔性连接，所述软铜连接片另一端与所述分流器另一端的铜盘柔性连接。所述一法兰盘与所述另一法兰盘通过多根连接条刚性连接。
所述罗氏线圈为采用外积分式，铝壳封装，通过铝制卡箍固定在所述第二段管型母线上。所述分流器水平方向设置，位于下方的所述连接条上设有用来支撑所述分流器的柔性连接端的凸台。还包含一固定于所述一法兰盘与所述另一法兰盘上的对传感器起防护的不锈钢外罩。还包含两个铝制均压环，所述均压环固定于所述不锈钢外罩上。所述信号线通过不锈钢螺纹管向外引出。所述连接条为不锈钢连接条。所述管型母线为铝制管型母线，所述法兰盘为铝质法兰盘，所述分流器两端为铜盘，所述分流器、所述软铜连接片与所述法兰盘连接时，在其结合面设置一铜铝过渡材料构成的过渡层。本发明的方案要点是①通过分析分流器特性设计了适用于高压直流测量用的鼠笼型分流器结构；②通过分析了罗氏线圈的测量原理以及制造关键工艺设计了外积分式罗氏线圈结构；③将设计好的分流器、罗氏线圈与导电连接部分组合成一次电流传感器，通过分析温升影响、外磁场干扰、应力影响、户外防护等因素对其结构进行优化设计。本发明的特点在于通过“鼠笼型分流器+外积分式罗氏线圈”技术测量电流量， 分流器测直流，罗氏线圈测谐波，软铜连接吸收应力影响，铜铝过渡材料的使用，软铜连接吸收应力。本发明所产生的有益效果
本发明的适用于高压直流系统测量用的一次电流传感器结构，具有输出精度高、干扰能力强、结构简单、体积小、重量轻、制造成本低等显著优势。一次电流传感器基本结构为两端采用铝制管母，分流器连接左侧管母和软铜，软铜的另一端连接右侧管母，穿心式罗氏线圈套在远离分流器一端的铝制管母上。基于“鼠笼型分流器+外积分式罗氏线圈”的测量技术，提高了直流测量的抗外磁场干扰能力、抗饱和能力，提升了谐波的测量精度。分流器采用鼠笼型结构的锰铜电阻制造，结构简单，自然冷却条件下散热性能良好，对故障时的谐波集肤效应有较好的抑制作用；罗氏线圈采用外积分式，有效避免了故障电流情况下的磁饱和现象，具有良好的频响特性；中心引出接线的方式有效避免了高压侧磁场对弱电信号的干扰；软铜连接的方式很好的吸收了分流器温升膨胀应力带来的测量误差，提高直流测量精度；铜铝过渡材料的使用有效避免了铜铝结合面的电化学腐蚀。优化后的一次电流传感器结构设计，具有稳定的高精度的输出和良好的稳定性，通过试验其直流输出精度达0. 2级，谐波电流输出精度达1级，满足高压直流系统电流量的测量要求。


图1为鼠笼型分流器结构图2分流器信号线的中心引出接线方式示意图； 图3为罗氏线圈结构示意； 图4为一次电流传感器剖面图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。如图1所示，本发明的直流测量元为锰铜电阻制成的分流器，其具有良好温度特性，通过电阻分压原理测直流。本发明的分流器IA设计为4端电阻，其电位端输出电压与一次电流成正比，结构为鼠笼型两端为紫铜盘1，中间为多根实心锰铜电阻棒2。一次电流从两端铜盘1上的铜盘电流输入端3接入，二次输出电压从两端铜盘1外侧靠近圆心处的电位引出端4引出，其中正极性端的信号线由中心孔5引出。鼠笼型分流器具有以下优点①散热面积大，散热效果好；②有效消除故障情况下谐波电流的集肤效应；③适合水平方向安装，既减小了散热不均引起的热电势误差，又便于串联到一次导体回路中；④电感小，阶跃响应良好。由于互感器应用场合是户外高电压大电流环境中，现场的电磁干扰较为严重，为了减小交变磁场对测量精度的影响。采取了以下措施分流器信号线采用屏蔽双绞线，屏蔽层与一次导体等电位；对易受外磁场干扰的电位引出端4两端的裸露信号线部分做特殊处理，采用中心引出的接线方式。中心引出的接线方式如图2所示在分流器中心轴增加一段单端绝缘的走线铜管 15，为防止分流器短路，其靠近分流器正极性端Pl的端口通过聚四氟乙烯绝缘套管13与分流器铜盘1绝缘，屏蔽双绞线19的红色芯线11穿过走线铜管15连接到分流器正极性端 P1，屏蔽双绞线19的黑色芯线17及屏蔽层18连接到分流器的负极性端P2 ；为防止信号线老化失去绝缘，走线铜管15中的信号线部分用黄蜡套管14包裹，其两端的出线孔位置用环氧树脂12、16覆盖。这种中心引出信号线的接线方式可消除交变磁场对信号线的影响，大大提高分流器的抗干扰性。如图3所示，本发明的谐波测量元为罗氏线圈2A，由漆包线均勻绕制在环形骨架上制成，骨架采用非铁磁性材料，其相对磁导率与空气中的相对磁导率相同，这是空心线圈有别于传统铁心式线圈的一个显著特征。由法拉第电磁感应定律可知，当穿过一定面积的线圈的磁通量发生变化时，该线圈上会感应到一定大小的电压，该电压的方向与磁通量的变化的方向有关，该感应电压电压的大小为(ΙΦ/dt。以图2所示的结构罗氏线圈为例，其骨架截面为矩形，单匝线圈上的磁通量的和可以用数学表达式表示为
上式中a和b为骨架的内半径与外半径；ω为罗氏线圈的厚度；ΒΧ为距离中心轴为χ 的任意一点的磁感应强度；μ ^为真空中的磁导率。 罗氏线圈的绕线匝数为N，则罗氏线圈的感应电压e可用下式表示，式中M被称作罗氏线圈的互感系数。 通过对罗氏线圈输出电压的积分就可以还原被测电流信号i⑴。
权利要求
1.一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，其特征是，包含向两端延伸的第一段管型母线和第二段管型母线，由卡箍固定于所述第二段管型母线上的穿心式的罗氏线圈，通过信号线与所述罗氏线圈连接的分流器，所述分流器的一端与所述第一段管型母线刚性连接，另一端通过多根软铜连接片与所述第二段管型母线连接，所述第一段管型母线与所述第二段管型母线通过多根连接条刚性连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，其特征是，所述分流器为鼠笼式结构，两端分别为铜盘，两个铜盘之间由多根实心锰铜棒连接，一次电流从两端的所述铜盘的电流接入端接入，输出信号线从所述铜盘圆心处引出。
3.根据权利要求2所述的一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，其特征是，所述第一段管型母线与所述分流器一端的铜盘通过一法兰盘刚性连接，所述第二段管型母线与另一法兰盘刚性连接后再与所述软铜连接片一端柔性连接，所述软铜连接片另一端与所述分流器另一端的铜盘柔性连接。
4.根据权利要求3所述的一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，其特征是，所述一法兰盘与所述另一法兰盘通过多根连接条刚性连接。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，其特征是，所述罗氏线圈为采用外积分式，铝壳封装，通过铝制卡箍固定在所述第二段管型母线上。
6.根据权利要求3所述的一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，其特征是，所述分流器水平方向设置，位于下方的所述连接条上设有用来支撑所述分流器的柔性连接端的凸台。
7.根据权利要求2或3所述的一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，其特征是，还包含一固定于所述一法兰盘与所述另一法兰盘上的对传感器起防护的不锈钢外罩。
8.根据权利要求7所述的一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，其特征是，还包含两个铝制均压环，所述均压环固定于所述不锈钢外罩上。
9.根据权利要求1所述的一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，其特征是，所述信号线穿过不锈钢螺纹管向外引出。
10.根据权利要求3所述的一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，其特征是，所述管型母线为铝制管型母线，所述法兰盘为铝质法兰盘，所述分流器两端为铜盘，所述分流器、所述软铜连接片与所述法兰盘连接时，在其结合面设置一铜铝过渡材料构成的过渡层。
全文摘要
本发明公开了一种适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，包含向两端延伸的第一段管型母线和第二段管型母线，由卡箍固定于第二段管型母线上的穿心式的罗氏线圈，通过信号线与罗氏线圈连接的分流器，分流器的一端与第一段管型母线刚性连接，另一端通过多根软铜连接片与第二段管型母线连接，第一段管型母线与第二段管型母线通过多根连接条刚性连接。本发明的一次电流传感器结构输出精度高、干扰能力强、结构简单、体积小、重量轻、制造成本低。
文档编号G01R15/18GK102445582SQ201110367909
公开日2012年5月9日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者刘靖, 张陈啸, 戴振儒, 李岩, 李延新, 李辉, 林浩, 郑立亮 申请人:南京南瑞集团公司, 国电南瑞科技股份有限公司