可饱和电流互感器取能能力的优化设计

0 引言

在电力输配电系统中，继电保护装置是电能传输稳定可靠运行的重要保证。输电线路一旦发生故障，将给国民经济带来巨大损失。因此输电线路的安全在线监测与控制技术得到了越来越多的重视和发展。出于可靠性角度考虑，对其供能系统也提出了很高的要求，基本上要求其在任何条件和环境下都可以为检测与保护系统提供足够的能量。取能技术的研究自然也成为了继保行业的关键技术。

目前电力继保行业主要的取能技术还是太阳能与蓄电池协同供电、激光供电、电压互感器供电、电流互感器供电和无线供电这几大类。太阳能与蓄电池协同供电虽然是在线监测设备应用较多的一种取能技术，但该方式易受天气影响（尤其是南方地区阴雨天气较多，不适用）且夜间完全依靠蓄电池供电，供电可靠性低并且缺乏长期免维护能力；激光供电的特点是高压侧与低压侧无电气连接且供电稳定性不受电网波动的影响，在电子电流互感器和有源型光学电流互感器上得到了应用，但现在仍面临提高光电转换效率，降低造价及如何避免耗时费力的定期检修和维护等一系列问题；电压互感器取能由于受制于可靠性和绝缘的限制，不太适用于在一些有缺相可能性的场合；电流互感器取能供电是利用电磁感应原理直接从其所在输电线路周围电磁场获取能量的一种自取能供电方式，一般直接在导线上套装取能线圈，将导线能量转换到二次侧，实现隔离式供电，这也是在线监测鱼控制设备取能应用最为广泛的一种；无线电能传输技术（磁共振技术为主）是最近几年比较热门的研究方向，但是受制于传输距离、效率、成本和可靠性的影响，目前还没有得到普遍推广，主要停留在实验室阶段。

传统电流互感器取能技术相对比较成熟，应用比较广泛，但是存在体积大、成本高和易饱和的特点，在一些需要低成本、高功率密度和集成度的场合，应用具有一定的局限性。本文主要研究了可饱和电流互感器的优化设计，探讨如何使得其在小电流的场合亦可满足系统的取能要求。

1 可饱和电流互感器的工作原理

传统的电流互感器要保证互感器始终工作于非饱和状态（短路或过载情况下可能饱和），这样会使得其体积和成本过高。而可饱和电流互感器在原边电流很小时即达到饱和状态，并长期工作于饱和状态，其只在电流过零点之后的短暂时间内工作于线性状态，并在此期间提供能量给副边的负载。这样的话可以大大降低电流互感器的体积和成本，并可以降低其绕组损耗。CT的具体工作电流波形，请参考图1。

详细资料见：http://www.big-bit.com/uploadfile/2015/0131/20150131033629952.pdf