電子式電流互感器專(zhuān)利技術(shù)淺析

劉飛

【摘 要】電子式電流互感器是集光學(xué)、光通訊、電磁學(xué)、高壓絕緣、電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，為輸變電系統(tǒng)的電氣測(cè)量和電氣保護(hù)提供了更為先進(jìn)更為可靠的安全裝置，符合世界電力電流測(cè)量設(shè)備的發(fā)展方向。本文從專(zhuān)利視角分析了電子式電流互感器不同時(shí)期的技術(shù)發(fā)展，簡(jiǎn)要分析了國(guó)內(nèi)外相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量變化趨勢(shì)，以及從國(guó)內(nèi)外主要申請(qǐng)人作為切入點(diǎn)闡述了行業(yè)寡頭的技術(shù)關(guān)注點(diǎn)，最后對(duì)電子式電流互感器的專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展作了一個(gè)展望。

【關(guān)鍵詞】電子式電流互感器；電氣測(cè)量；專(zhuān)利

0 引言

傳統(tǒng)的電磁式電流互感器[1]己經(jīng)難以滿(mǎn)足現(xiàn)代電力系統(tǒng)在線檢測(cè)、高準(zhǔn)確度故障診斷、計(jì)算機(jī)控制與管理等發(fā)展需要，尋求更理想的新型電流互感器勢(shì)在必行。隨著光電子技術(shù)的迅速發(fā)展，許多科技發(fā)達(dá)國(guó)家己把目光轉(zhuǎn)向利用光學(xué)傳感技術(shù)和電子學(xué)方法來(lái)發(fā)展新型的電子式電流互感器。

電子式電流互感器[2-4]指采用傳統(tǒng)電流互感器、霍爾傳感器、Rogowski線圈或光學(xué)裝置作為一次轉(zhuǎn)換部分，利用光纖作為一次轉(zhuǎn)換器和二次轉(zhuǎn)換器之間的傳輸系統(tǒng)，并且裝有電子器件作測(cè)量信號(hào)的傳輸和放大，其輸出可以是模擬量或數(shù)字量。由于電子式電流互感器采用光纖傳輸不僅可以實(shí)現(xiàn)高低壓側(cè)的電氣隔離，又具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，因此具有廣闊的市場(chǎng)前景，各個(gè)國(guó)家的行業(yè)寡頭紛紛開(kāi)始相關(guān)的專(zhuān)利布局。而對(duì)電子式電流互感器專(zhuān)利申請(qǐng)的分析，能夠了解國(guó)內(nèi)外相關(guān)專(zhuān)利技術(shù)不同時(shí)期的技術(shù)現(xiàn)狀，并對(duì)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)有一定的預(yù)期。

1 電子式電流互感器專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展歷程

作為電磁感應(yīng)式電流互感器的升級(jí)換代產(chǎn)品，電子式電流互感器受到各國(guó)的普遍重視，在20世紀(jì)60年代，國(guó)外就開(kāi)始利用法拉第效應(yīng)從事電子式電流互感器的研究，到60年代末已經(jīng)出現(xiàn)了電子式電流互感器的專(zhuān)利申請(qǐng)。

1.1 起步期：1969-1985

電壓等級(jí)的提高以及能量傳輸容量的加大，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器已經(jīng)不符合市場(chǎng)對(duì)新技術(shù)的需求，電子式電流互感器的專(zhuān)利申請(qǐng)便應(yīng)運(yùn)而生了。初期的電流互感器廣泛使用鐵磁線圈，盡管穩(wěn)態(tài)測(cè)量精度能夠基本滿(mǎn)足電能計(jì)量的要求，然而短路故障時(shí)存在磁路飽和現(xiàn)象，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)測(cè)量能力差，是保護(hù)裝置誤動(dòng)和拒動(dòng)的重要原因。為了保證保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性和實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)可觀測(cè)性，必須提高電流互感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量精度，這是研制電子式電流互感器的最重要驅(qū)動(dòng)力。

1.2 波動(dòng)增長(zhǎng)期：1986-2005

這一階段電子式電流互感器的專(zhuān)利申請(qǐng)量并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)，新的技術(shù)的產(chǎn)生雖然克服了原有電磁式電流互感器的抗諧波干擾能力很差等缺陷，但隨之而來(lái)的電流互感器磁路易飽和等新的技術(shù)問(wèn)題亟待解決，各個(gè)國(guó)家、各大企業(yè)都處于技術(shù)客服攻堅(jiān)階段，因此專(zhuān)利申請(qǐng)量只是波動(dòng)增長(zhǎng)，未能井噴。

隨著光學(xué)電流互感器的開(kāi)始推廣，其實(shí)用性卻受到了普遍的懷疑，原因是測(cè)量精度的溫漂問(wèn)題不能有效解決，光學(xué)電流互感器還存在長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題，技術(shù)上的遲遲不能突破，專(zhuān)利申請(qǐng)量從20個(gè)世紀(jì)90年代后期逐漸進(jìn)入了低潮，甚至在2001年出現(xiàn)了不小的下跌。光學(xué)電流互感器有塊狀玻璃傳感和光纖傳感兩種結(jié)構(gòu)。對(duì)于光纖傳感結(jié)構(gòu)，由于溫度對(duì)線性雙折射的影響更為嚴(yán)重，所以研究工作主要集中在塊狀玻璃結(jié)構(gòu)上。測(cè)量精度的溫漂是個(gè)復(fù)雜的難點(diǎn)問(wèn)題。從各向同性角度出發(fā)的改變材料配方、改進(jìn)退火工藝的各種努力結(jié)果并不理想，測(cè)量精度的溫漂現(xiàn)象不僅與環(huán)境溫度的絕對(duì)值有關(guān)，而且與環(huán)境溫度的變化率有關(guān)，很難找到可靠的溫度補(bǔ)償方案，隔熱方法可以緩解溫度變化梯度的影響，但不能解決絕對(duì)溫度的長(zhǎng)期影響問(wèn)題。

1.3 迅速發(fā)展期：2006年至今

2006年，自適應(yīng)光學(xué)電流互感器研制成功，有效解決了測(cè)量精度的溫漂問(wèn)題和長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性問(wèn)題，這為電子式電流互感器在全世界范圍內(nèi)的廣泛推廣起到了決定性作用，而電子式電流互感器這一時(shí)期專(zhuān)利申請(qǐng)的井噴，主要是由于中國(guó)國(guó)內(nèi)的專(zhuān)利申請(qǐng)量的急劇增長(zhǎng)，由于近年來(lái)國(guó)內(nèi)高壓、超高壓輸電工程的迅速發(fā)展，使得高壓測(cè)量用電流互感器的技術(shù)需求增大，專(zhuān)利申請(qǐng)量陡增。而光電式電流互感器得益于其體積小、測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)得到了很好的發(fā)展。

2 電子式電流互感器行業(yè)展望

目前，新型電流互感器按高、低壓部分的耦合方式，可分為無(wú)線電電磁波耦合式、電容耦合式和光電耦合式。其中，光電式電流互感器[5]性能最佳，光電式電流互感器具有傳統(tǒng)電磁式電流互感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)電流互感器較為理想的替代產(chǎn)品，光電互感器的發(fā)展趨勢(shì)必將是高可靠性、高精度、大動(dòng)態(tài)范圍，可廣泛用于電力工業(yè)領(lǐng)域，未來(lái)這方面相關(guān)的專(zhuān)利申請(qǐng)將適應(yīng)市場(chǎng)需求、呈現(xiàn)占比增多之勢(shì)。預(yù)計(jì)未來(lái)光電式電流互感器會(huì)在各種電壓等級(jí)的電網(wǎng)中大量安裝和使用，除了用在電網(wǎng)中安裝和使用外，以下兩種特點(diǎn)的光電式電流互感器的專(zhuān)利申請(qǐng)也會(huì)逐漸增多：

1）便攜式的光電式電流互感器。因?yàn)楣怆娛诫娏骰ジ衅骱茌p，并可做成類(lèi)似鉗形表式的結(jié)構(gòu)，可易于搬動(dòng)，用于測(cè)量高壓電網(wǎng)中不同地點(diǎn)的電流。

2）測(cè)量高頻電流。因?yàn)楣怆娛诫娏骰ジ衅鞯念l帶很寬，可用于測(cè)量高頻電流。例如測(cè)量高頻淬火爐中頻率為幾十到幾百千周的電流。測(cè)量出這個(gè)電流，就可對(duì)高頻淬火爐進(jìn)行有效的反饋控制，以保證淬火質(zhì)量。這是一項(xiàng)很新的技術(shù)，具有很大的市場(chǎng)前景。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]