羅氏線圈在有源濾波中的應(yīng)用

　　摘要：在有源濾波器的應(yīng)用中，負(fù)載電流的采集是影響濾波效果的重要環(huán)節(jié)。在工程應(yīng)用中，傳統(tǒng)CT面臨著體積大，安裝不便，測量范圍變更帶來的精度變差等問題。萊姆電子的柔性開口羅氏線圈由于精度高，容易安裝，測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)完美解決了以上工程問題。

　　關(guān)鍵詞：有源濾波 羅氏線圈

　　1、引言

　　非線性負(fù)荷在電網(wǎng)中的大量應(yīng)用，帶來了一系列的諧波問題。

　　諧波主要危害包括：

　　增加電力設(shè)施負(fù)荷，降低系統(tǒng)功率因數(shù)，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的有效容量和效率，造成設(shè)備浪費(fèi)、線路浪費(fèi)和電能損失；

　　引起無功補(bǔ)償電容器諧振和諧波電流放大，導(dǎo)致電容器組因過電流或過電壓而損壞或無法投入運(yùn)行；

　　諧波會改變保護(hù)繼電器的動作特性，引起繼電保護(hù)設(shè)施的誤動作，造成繼電保護(hù)等自動裝置工作紊亂。

　　為了消除或減少電網(wǎng)中的諧波，人們提出了無源濾波和有源濾波的解決方案。無源濾波（FC）主要是利用阻容元器件的LC諧振特性，對系統(tǒng)中的某一特定頻率形成一個低阻通道，這個低阻通道與系統(tǒng)阻抗形成并聯(lián)分流關(guān)系，讓諧波成份從濾波系統(tǒng)中流過，達(dá)到對系統(tǒng)濾波的作用。有源濾波（APF）則是利用現(xiàn)代電力電子器件主動產(chǎn)生一個與系統(tǒng)諧波大小相等相位相反的諧波，以“抵消”系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波。

圖1 有源濾波原理圖

　　在圖1的有源濾波原理圖中可以看到，測量負(fù)載電流并輸入到電流跟蹤控制電路是有源濾波的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，測量的精度和響應(yīng)時間會直接影響濾波的效果。

　　2、工程難題

　　有源濾波的應(yīng)用行業(yè)包括電解電鍍企業(yè)、水處理設(shè)備、石化企業(yè)、大型商場及辦公大樓、精密電子企業(yè)、機(jī)場/港口的供電系統(tǒng)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等。負(fù)載電流從幾百安到幾千安不等。通常濾波器廠家采用傳統(tǒng)的CT對負(fù)載電流進(jìn)行測量，但是由于現(xiàn)場情況的不同，面臨著不同的困難。

　　在改造項(xiàng)目中，由于母排或電纜已經(jīng)安裝好，采用穿心式CT必須要進(jìn)行大量的拆卸和安裝工作；

　　有的開關(guān)柜內(nèi)部空間狹窄，母排之間的距離剛剛滿足絕緣需求，CT尺寸大于間隙，難以進(jìn)行安裝?；蛘逤T尺寸適合，但是工程人員現(xiàn)場施工難度非常大；

　　母排的尺寸和形狀差別很大，不同工程項(xiàng)目需要采購不同尺寸的CT，給采購工作帶來很多難題。有的項(xiàng)目甚至要定制CT，不僅成本高，還有可能影響工期；

　　有的項(xiàng)目在最初啟用時負(fù)載很小，隨著時間的發(fā)展，負(fù)載逐漸增加。這樣的項(xiàng)目中，如果選擇小量程的CT，后期由于飽和問題需要更換CT，如果一開始就選擇大量程的CT，在開始階段電流很小，會影響測量精度和濾波效果。

　　3、羅氏線圈簡介

　　羅氏線圈（Rogowski Coil），全稱羅哥夫斯基線圈，由于羅氏線圈不含鐵芯，也稱空心線圈。

　　羅氏線圈是一個均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈。輸出信號是電流對時間的微分。通過一個對輸出的電壓信號進(jìn)行積分的電路，就可以真實(shí)還原輸入電流。

圖2 羅氏線圈原理圖

　　羅氏線圈不含鐵磁性材料，無磁滯效應(yīng)，幾乎為零的相位誤差；無磁飽和現(xiàn)象，因而測量范圍可從數(shù)安培到數(shù)百千安的電流；結(jié)構(gòu)簡單，并且和被測電流之間沒有直接的電路聯(lián)系；響應(yīng)頻帶寬0.1Hz-1MHz。與帶鐵芯的傳統(tǒng)互感器相比，羅氏線圈具有測量范圍寬，精度高，穩(wěn)定可靠，響應(yīng)頻帶寬，同時具有測量和繼電保護(hù)功能，體積小、重量輕、安全且符合環(huán)保要求。

　　羅氏線圈可應(yīng)用于繼電保護(hù)，可控硅整流，變頻調(diào)速，電阻焊等信號嚴(yán)重畸變以及電爐、短路測試、雷電信號采集等大電流的場合。

　　4、工程應(yīng)用

　　萊姆電子生產(chǎn)的羅氏線圈產(chǎn)品ART是一個開口型的柔性線圈，線徑只有6.1mm，孔徑有70mm、125mm、175mm、300mm多種選擇。在接口處采用旋轉(zhuǎn)鎖緊式卡扣，安裝非常方便。

圖3 萊姆電子的ART產(chǎn)品

　　ART的精度可達(dá)0.5級。同時，萊姆公司的“磁套筒”專利技術(shù)大大減少了位置誤差，使得一次導(dǎo)線在線圈內(nèi)部不同位置時導(dǎo)致的位置誤差非常小，解決了羅氏線圈這類產(chǎn)品共同面對的難題。

　　ART的測量范圍非常寬，從幾安培到幾萬安培，幾乎沒有線性誤差。

　　由于萊姆公司的ART的這些優(yōu)點(diǎn)完美解決了有源濾波工程中的所有難題，因此在有源濾波項(xiàng)目中得到了大量應(yīng)用。

　　某公司需要在船上安裝大量有源濾波器，由于船上空間有限，因此終端客戶給濾波器廠家提出了很多尺寸和空間方面的要求，濾波器廠家采用ART作為負(fù)載電流采集元件，滿足了客戶的需求，同時ART的高精度也帶來了很好的濾波效果，獲得最終用戶的高度評價(jià)。

　　5、結(jié)語

　　在有源濾波器的工程應(yīng)用中，安裝問題是濾波器廠家最大的痛點(diǎn)。萊姆公司的羅氏線圈產(chǎn)品ART由于開口，柔性，精度高，測量范圍廣，位置誤差小等優(yōu)點(diǎn)解決了濾波器廠家的痛點(diǎn)。

　　羅氏線圈沒有磁芯，二次輸出是一個很小的電壓信號，容易轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，非常符合未來產(chǎn)品環(huán)?；瑪?shù)字化的技術(shù)趨勢，將來會在越來越多的應(yīng)用中取代傳統(tǒng)的CT產(chǎn)品。

　　萊姆電子（中國）有限公司

　　作者：谷米

　　校對：成秋花 李海瑩

　　參考文獻(xiàn)

　　1. 李震宇，電子式互感器工程應(yīng)用技術(shù)問答。中國電力出版社

　　2. 劉琳，有源濾波技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用?？萍夹畔? 2014 (13) :218-219

　　3. ART Product Data Sheet. Lem Electronics(China) Co., Ltd

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