如何使用智能电表和罗氏线圈进行智能变压器状态监测？

　　本文介绍了Lems的带智能电表的罗氏线圈，用于能源互联网的精确且易于安装的智能电流传感器。

　　城市智能电网

　　智能电网（智能电网）是每个智慧城市的支柱，因为它：

　　告知“产消者”（积极的能源消费者或生产者）他们的能源使用情况，并使他们能够决定如何，何时使用，存储甚至转售电力，就像屋顶上的太阳能电池板一样。这促进了住宅、商业和工业建筑参与节能、效率和需求响应计划。

　　提供分布式可再生能源、储能和电动汽车充电站的可靠集成。这意味着更智能的保护设备和更智能的变电站能够更快地管理故障检测、隔离和恢复。

　　通过更智能的组件（传感器、智能电子设备、智能电表等）改善电网，从而实现控制、自动化、远程监控和实时数据共享。通过协同工作，这些组件为控制中心提供有关电网当前和未来性能的信息以及变压器等关键组件的详细状态。

　　智能变压器=智能电表+罗氏线圈

　　一家领先的计量供应商推出了柔性LEM Rogowski线圈传感器（ART）的使用，智能电表连接到MV /
LV变电站配电变压器的低压（LV）侧。智能电表中的软件根据低压测量信息计算变压器的热模型和电气模型，提供其油温和老化率以及中压电流值和能量流。这是一种创新、更经济的配电网管理方式，无需在中压侧安装额外的传感器。LEM
ART的智能电表整体精度优于1%，优于与0.5类电流互感器（CT）相关的传统0.5级电表。

　　图1：中压/低压变电站

　　在中压/低压变电站内，来自中压侧（1）的输入功率流由中压开关设备（2）管理，然后由变压器（3）转换为低压（6）。安装在低压面板 （4） 中的智能电表
（5） 通过三个独立的电流传感器 – LEM ART （A） 测量变压器 （3） 的健康状况。ART允许在现有的带电变压器上安全调试智能电表。

　　对配电系统运营商的好处包括：

　　每个配电变压器的实时热行为、老化率、有功和无功损耗。

　　用电设备、生产商和变压器的低压负载曲线，允许检测非威廉希尔官方网站 损失。

　　每个MV-LV变压器分配的有功能量的聚合，允许检测电网中压侧的非威廉希尔官方网站 问题。

　　莱姆·罗戈夫斯基线圈

　　LEM开发了ART电流罗氏传感器，能够测量高达10，000A及以上的电流。ART是一种原始线圈，达到IEC 61869
1类精度，无需电阻器或电位计等其他元件，这些元件存在随时间漂移的风险。此外，标有“完美环路”的ART具有独特的专利线圈扣，可固化因对环路内导体位置的敏感性而导致的不准确性。最后，ART具有与分体式电流互感器相同的安装简便性和相同的1级精度。ART在其他罗戈夫斯基线圈播放器中也具有最好的性能。

　　图2：LEM ART的特点和性能与竞争对手的比较

　　什么是罗氏线圈？

　　罗氏线圈用于制造开放式柔性传感器，可轻松缠绕在要测量的导体上。它由一个螺旋线圈组成，引线从一端通过线圈的中心返回另一端，因此两个端子都位于线圈的同一端。根据相关的主电缆直径选择线圈长度，以提供最佳的传输特性。

　　该威廉希尔官方网站 可以非常精确地检测初级电流的变化率（导数），该速率在线圈端子处感应出成比例的电压。这是一种仅适用于交流电流的电流测量威廉希尔官方网站 。通常添加电子积分器电路以将该电压信号转换为与初级电流成比例的输出信号。换句话说，罗氏线圈能够以额外的电子设备和校准为代价制造非常精确的线性电流传感器。

　　罗氏线圈的电感比电流互感器低，因此频率响应更好，因为它使用非磁性磁芯材料。即使在高初级电流下，它也是高度线性的，因为它没有可能饱和的铁芯。因此，这种传感器特别适用于可能承受高电流或快速变化电流的功率测量系统。对于测量大电流，它具有体积小，安装方便的额外优点，而传统的电流互感器又大又重。

　　图3：罗氏线圈原理

　　‘V_（“out”）=M*（（dIP）/dt）’

　　M是初级导体和线圈之间的互感，在某种程度上代表了初级电路和次级电路之间的耦合。

　　这种电流传感器的性能在很大程度上取决于罗氏线圈的制造质量，因为需要等间距的绕组来提供对电磁干扰的高抗扰度;匝数的密度必须均匀，否则系数M可能会随着主器件进入孔径的位置而变化。

　　另一个关键特性是闭合点会导致线圈不连续，从而对外部导体以及被测导体在环路中的位置产生一定的敏感性。锁定或夹紧系统应确保线圈末端的位置非常精确和可重复，并且在将其中一个末端连接到输出电缆的同时保持高度对称。该领域最近出现了一些新威廉希尔官方网站 ，具有特殊的机械和电气特性，可以提高精度和对主电缆定位的免疫力。虽然在50/60Hz频域中，由于主电缆位置引起的误差通常不会优于+/-3%，但在一些最新的罗氏线圈传感器上，误差已降至+/-
1%以下。

　　LEM 如何应对挑战

　　市场上有两种主要威廉希尔官方网站 可以使罗氏线圈精确：

　　第一种是在市场上购买标准绕线，并使回路连接到电阻器，该电阻器将用于精度校准。

　　第二种是所谓的“纯罗氏线圈”，由沿其长度非常精确地缠绕一根规则铜线组成，以确保传感器的最终精度。

　　虽然第一种确实很容易以低成本生产，但它对外部环境高度敏感，精度较低，可靠性较低，因为它引入了更多的组件。

　　另一方面，纯罗氏线圈需要更多的投资和制造过程知识。

　　非常薄的LEM ART Rogowski线圈是第二种方法的一部分，增益为22.5
mV/kA;它包括一个静电屏蔽，以防止外部磁场（LEM专利），优化小电流测量的性能。

　　锁定系统也是实现 1 级精度的关键点。在这方面，LEM必须找到一种有效的设计，以使瓶盖尽可能高效。

　　为了掩盖闭合机制上的缺陷以及传感器二次线的连接，LEM工程师创建了一个充当磁短路（或更准确地说是磁阻短路）的套管，实际上将位于两侧的线圈的两个部分结合在一起。

　　这种方法取得了圆满成功（LEM 专利）——与线圈扣相关的误差几乎可以忽略不计。

　　图 6：罗氏线圈与使用 LEM 专利罗氏线圈扣的罗氏线圈之间的罗氏线圈精度比较，主导体位于环内的不同位置。

　　精度不仅取决于主导体在环路中的位置，还取决于正交性、主导体如何穿过环路、它与罗氏环路轴在 90°、45° 或 0° 或 180° 的位置。

　　同样，ART回路对这种现象不敏感，由于LEM专有威廉希尔官方网站 和专利，这对其准确性没有影响。

　　最后，除了这些高性能之外，产品还必须易于使用、安装并适应任何使用条件。

　　ART系列具有与现有分体式变压器相同的安装便利性，但具有更薄（直径6.1mm）和更灵活的优点。

　　无论选择何种尺寸 - 线圈孔径直径为35至300mm -
ART都可以非常快速地安装，只需将其夹在电缆上即可，这要归功于创新，坚固和快速的扭转和点击闭合方法。无需与电缆接触，ART可确保高水平的安全性，并提供高额定绝缘电压（1000V
Cat III PD2 - 加强），可用于需要高达IP67防护等级的应用。

　　可以使用穿过其预期插槽的电缆扎带来确保将其固定在主电缆上。

　　ART还允许通过使用通过专门设计的插槽的安全密封来检测线圈的断开，使其在与仪表一起使用时非常有用。

　　发电机、家庭能源管理（HEM）、电池监控系统（BMS）、中压/低压变电站、分表、电动汽车站和太阳能发电厂等智能电网（智能电网）应用集成了越来越多的电流传感器，以确保分布式可再生能源、储能、生产和消费的可靠集成。这导致实施更多电流传感器，以允许控制室自动化、远程监控和共享设备的实时数据。

　　为了在智能电网领域实现更多的协调，国际电工委员会（IEC）在每个领域都建立了基础，以提供强大，耐用和安全的电网。该网络中坚固而精确的传感器是应对这种苛刻环境的主要挑战。

　　IEC 61869是传感器的新性能标准，取代了电流互感器的旧IEC 60044标准。ART
Rogowski线圈传感器是根据LEM专家制定的严格表征测试计划设计和测试的，以符合并推动这一发展。由于其在精确测量方面的丰富知识，LEM保证其所有传感器的测量可重复性和符合IEC
61869-2的ART模型的1.0级精度，用于未来的智能城市及其应用。

　　ART系列电流传感器带有CE标志，UL 2808认可并符合IEC 61869，并享有LEM的五年保修。