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探析电子式电流互感器组合式电源系统：技术、应用与前景

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代电力系统中，电流互感器作为关键设备，承担着将一次侧大电流转换为二次侧小电流，为测量、保护和控制装置提供准确电流信号的重要任务。传统的电磁式电流互感器基于电磁感应原理工作，长期以来在电力系统中发挥了重要作用。然而，随着电力系统朝着高电压、大容量、智能化方向的快速发展，传统电磁式电流互感器逐渐暴露出诸多难以克服的问题。

从绝缘结构来看，传统电磁式电流互感器在高电压等级下，其绝缘结构复杂且成本高昂，随着电压等级的升高，绝缘材料的用量和制造工艺的难度大幅增加，造价呈指数上升，这不仅提高了设备的建设成本，还增加了运行维护的难度和风险。例如在500kV及以上的超高压系统中，其绝缘制造工艺的复杂性使得设备的可靠性和稳定性受到挑战。

传统互感器存在磁饱和与铁磁谐振问题。当系统发生短路故障等大电流冲击时，铁心容易饱和，导致互感器的输出特性发生畸变，无法准确反映一次侧电流的真实情况，进而影响保护和控制装置的正确动作，可能引发电力系统的故障扩大和不稳定运行。

传统电磁式电流互感器的动态测量范围相对较窄，难以满足现代电力系统对宽频带、高精度测量的需求。在一些特殊的运行工况下，如电力电子装置广泛应用带来的谐波含量增加、新能源接入电网导致的电流特性复杂多变等，传统互感器无法准确测量和传输这些复杂的电流信号，限制了电力系统对电能质量的监测和控制能力。

为了有效解决传统电流互感器存在的上述问题，电子式电流互感器应运而生。它基于先进的光学、电子学和传感技术，具有体积小、重量轻、频带响应宽、无饱和现象、抗电磁干扰性能佳等显著优势，能够更好地适应现代电力系统的发展需求，成为电流互感器领域的研究热点和发展方向。

在电子式电流互感器中，组合式电源系统是确保其稳定可靠运行的核心关键技术之一。由于电子式电流互感器的高压侧电子线路需要稳定的电源供应，以保证传感元件和信号处理部分的正常工作，电源系统的性能直接影响到互感器的整体性能和可靠性。组合式电源系统通过综合运用多种供能方式，如取电CT电源、激光电源、蓄电池电源等，充分发挥各供能方式的优势，克服单一供能方式的不足，实现了对高压侧电子线路的高效、稳定供电。

一个性能优良的组合式电源系统能够有效解决取电CT电源在小电流时的死区问题，确保在各种运行工况下都能为互感器提供充足的电能；可以延长激光电源的使用寿命，降低运行成本；还能通过硬件冗余设计，提高电源系统的可靠性，当其中一套电源发生故障时，能够迅速切换到另一套电源，保证互感器的不间断运行。因此，深入研究电子式电流互感器的组合式电源系统，对于推动电子式电流互感器的广泛应用，提升电力系统的智能化水平和运行可靠性，具有至关重要的理论意义和实际应用价值。

1.2国内外研究现状

在国外，电子式电流互感器的研究起步较早，技术相对成熟。早在20世纪80年代，欧美等发达国家的一些知名电气公司，如ABB、西门子等，就开始投入大量资源对电子式电流互感器进行研发。这些公司凭借其在电力设备制造领域深厚的技术积累和强大的研发实力，率先推出了一系列商业化的电子式电流互感器产品，并在实际电力系统中得到了应用。

ABB公司研发的电子式电流互感器采用了先进的罗氏线圈传感技术，具有高精度、宽频带的特点，能够准确测量电力系统中的复杂电流信号，在多个国家的高压输电线路和变电站中稳定运行。西门子公司则在光学电流互感器领域取得了显著成果，其产品利用法拉第磁光效应原理，实现了对电流的无接触式测量，有效避免了电磁干扰，提高了测量的可靠性和稳定性。

国外对于组合式电源系统的研究也较为深入。一些研究致力于优化取电CT电源的设计，通过改进铁心材料和绕组结构，提高取电效率，扩大取电范围，减少小电流时的死区问题。如采用新型的软磁材料，降低铁心的磁滞损耗和涡流损耗，提高取电CT在小电流下的响应灵敏度。同时，在激光电源方面，不断研发新型的激光驱动器和光电池，提高激光电源的转换效率和使用寿命。在电源切换控制策略上，运用智能控制算法，实现电源的快速、无缝切换，确保高压侧电子线路的不间断供电。

国内对电子式电流互感器及其组合式电源系统的研究虽然起步相对较晚，但发展迅速。自20世纪90年代以来，国内众多高校和科研机构，如清华大学、华中科技大学、西安交通大学等，积极开展相关研究工作，在理论研究和工程应用方面取得了一系列重要成果。

在电子式电流互感器方面，国内已掌握了多种传感技术，包括罗氏线圈、低功率电流互感器（LPCT）、光学传感等，并在此基础上开发出了不同类型的电子式电流互感器产品。一些国内企业生产的电子式电流互感器已达到国际先进水平，在国内电网建设中得到了广泛应用，并逐步走向国际