摘要：在有源濾波器的應用中，負載電流的采集是影響濾波效果的重要環(huán)節(jié)。在工程應用中，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)點完美解決了以上工程問題。
關鍵詞：有源濾波 羅氏線圈
1、引言
非線性負荷在電網(wǎng)中的大量應用，帶來了一系列的諧波問題。
諧波主要危害包括：
增加電力設施負荷，降低系統(tǒng)功率因數(shù)，降低發(fā)電、輸電及用電設備的有效容量和效率，造成設備浪費、線路浪費和電能損失；
引起無功補償電容器諧振和諧波電流放大，導致電容器組因過電流或過電壓而損壞或無法投入運行；
諧波會改變保護繼電器的動作特性，引起繼電保護設施的誤動作，造成繼電保護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)分流關系，讓諧波成份從濾波系統(tǒng)中流過，達到對系統(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，測量負載電流并輸入到電流跟蹤控制電路是有源濾波的關鍵環(huán)節(jié)，測量的精度和響應時間會直接影響濾波的效果。
2、工程難題
有源濾波的應用行業(yè)包括電解電鍍企業(yè)、水處理設備、石化企業(yè)、大型商場及辦公大樓、精密電子企業(yè)、機場/港口的供電系統(tǒng)、醫(yī)療機構(gòu)等。負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對負載電流進行測量，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必須要進行大量的拆卸和安裝工作；
有的開關柜內(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，難以進行安裝。或者CT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。有的項目甚至要定制CT，不僅成本高，還有可能影響工期；
有的項目在最初啟用時負載很小，隨著時間的發(fā)展，負載逐漸增加。這樣的項目中，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行積分的電路，就可以真實還原輸入電流。
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，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，響應頻帶寬，同時具有測量和繼電保護功能，體積小、重量輕、安全且符合環(huán)保要求。
羅氏線圈可應用于繼電保護，可控硅整流，變頻調(diào)速，電阻焊等信號嚴重畸變以及電爐、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0.5級。同時，萊姆公司的“磁套筒”專利技術大大減少了位置誤差，使得一次導線在線圈內(nèi)部不同位置時導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，因此在有源濾波項目中得到了大量應用。
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。
5、結(jié)語
在有源濾波器的工程應用中，安裝問題是濾波器廠家最大的痛點。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)點解決了濾波器廠家的痛點。
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)?；?，數(shù)字化的技術趨勢，將來會在越來越多的應用中取代傳統(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?，?/p>
參考文獻
1. 李震宇，電子式互感器工程應用技術問答。中國電力出版社
2. 劉琳，有源濾波技術在智能電網(wǎng)中的應用?？萍夹畔? 2014 (13) :218-219
3. ART Product Data Sheet. Lem Electronics(China) Co., Ltd
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