電子式電流互感器專利技術淺析

劉飛

【摘 要】電子式電流互感器是集光學、光通訊、電磁學、高壓絕緣、電子和計算機技術為一體的高科技產品，為輸變電系統的電氣測量和電氣保護提供了更為先進更為可靠的安全裝置，符合世界電力電流測量設備的發展方向。本文從專利視角分析了電子式電流互感器不同時期的技術發展，簡要分析了國內外相關專利申請量變化趨勢，以及從國內外主要申請人作為切入點闡述了行業寡頭的技術關注點，最后對電子式電流互感器的專利技術發展作了一個展望。

【關鍵詞】電子式電流互感器；電氣測量；專利

0 引言

傳統的電磁式電流互感器[1]己經難以滿足現代電力系統在線檢測、高準確度故障診斷、計算機控制與管理等發展需要，尋求更理想的新型電流互感器勢在必行。隨著光電子技術的迅速發展，許多科技發達國家己把目光轉向利用光學傳感技術和電子學方法來發展新型的電子式電流互感器。

電子式電流互感器[2-4]指采用傳統電流互感器、霍爾傳感器、Rogowski線圈或光學裝置作為一次轉換部分，利用光纖作為一次轉換器和二次轉換器之間的傳輸系統，并且裝有電子器件作測量信號的傳輸和放大，其輸出可以是模擬量或數字量。由于電子式電流互感器采用光纖傳輸不僅可以實現高低壓側的電氣隔離，又具有很強的抗電磁干擾能力，因此具有廣闊的市場前景，各個國家的行業寡頭紛紛開始相關的專利布局。而對電子式電流互感器專利申請的分析，能夠了解國內外相關專利技術不同時期的技術現狀，并對行業的技術發展趨勢有一定的預期。

1 電子式電流互感器專利技術發展歷程

作為電磁感應式電流互感器的升級換代產品，電子式電流互感器受到各國的普遍重視，在20世紀60年代，國外就開始利用法拉第效應從事電子式電流互感器的研究，到60年代末已經出現了電子式電流互感器的專利申請。

1.1 起步期：1969-1985

電壓等級的提高以及能量傳輸容量的加大，傳統的電磁式電流互感器已經不符合市場對新技術的需求，電子式電流互感器的專利申請便應運而生了。初期的電流互感器廣泛使用鐵磁線圈，盡管穩態測量精度能夠基本滿足電能計量的要求，然而短路故障時存在磁路飽和現象，導致動態測量能力差，是保護裝置誤動和拒動的重要原因。為了保證保護裝置動作的可靠性和實現電網的動態可觀測性，必須提高電流互感器的動態測量精度，這是研制電子式電流互感器的最重要驅動力。

1.2 波動增長期：1986-2005

這一階段電子式電流互感器的專利申請量并沒有出現明顯的增長，新的技術的產生雖然克服了原有電磁式電流互感器的抗諧波干擾能力很差等缺陷，但隨之而來的電流互感器磁路易飽和等新的技術問題亟待解決，各個國家、各大企業都處于技術客服攻堅階段，因此專利申請量只是波動增長，未能井噴。

隨著光學電流互感器的開始推廣，其實用性卻受到了普遍的懷疑，原因是測量精度的溫漂問題不能有效解決，光學電流互感器還存在長期運行穩定性問題，技術上的遲遲不能突破，專利申請量從20個世紀90年代后期逐漸進入了低潮，甚至在2001年出現了不小的下跌。光學電流互感器有塊狀玻璃傳感和光纖傳感兩種結構。對于光纖傳感結構，由于溫度對線性雙折射的影響更為嚴重，所以研究工作主要集中在塊狀玻璃結構上。測量精度的溫漂是個復雜的難點問題。從各向同性角度出發的改變材料配方、改進退火工藝的各種努力結果并不理想，測量精度的溫漂現象不僅與環境溫度的絕對值有關，而且與環境溫度的變化率有關，很難找到可靠的溫度補償方案，隔熱方法可以緩解溫度變化梯度的影響，但不能解決絕對溫度的長期影響問題。

1.3 迅速發展期：2006年至今

2006年，自適應光學電流互感器研制成功，有效解決了測量精度的溫漂問題和長期運行的穩定性問題，這為電子式電流互感器在全世界范圍內的廣泛推廣起到了決定性作用，而電子式電流互感器這一時期專利申請的井噴，主要是由于中國國內的專利申請量的急劇增長，由于近年來國內高壓、超高壓輸電工程的迅速發展，使得高壓測量用電流互感器的技術需求增大，專利申請量陡增。而光電式電流互感器得益于其體積小、測量精度高的優點得到了很好的發展。

2 電子式電流互感器行業展望

目前，新型電流互感器按高、低壓部分的耦合方式，可分為無線電電磁波耦合式、電容耦合式和光電耦合式。其中，光電式電流互感器[5]性能最佳，光電式電流互感器具有傳統電磁式電流互感器無法比擬的優點，是傳統電流互感器較為理想的替代產品，光電互感器的發展趨勢必將是高可靠性、高精度、大動態范圍，可廣泛用于電力工業領域，未來這方面相關的專利申請將適應市場需求、呈現占比增多之勢。預計未來光電式電流互感器會在各種電壓等級的電網中大量安裝和使用，除了用在電網中安裝和使用外，以下兩種特點的光電式電流互感器的專利申請也會逐漸增多：

1）便攜式的光電式電流互感器。因為光電式電流互感器很輕，并可做成類似鉗形表式的結構，可易于搬動，用于測量高壓電網中不同地點的電流。

2）測量高頻電流。因為光電式電流互感器的頻帶很寬，可用于測量高頻電流。例如測量高頻淬火爐中頻率為幾十到幾百千周的電流。測量出這個電流，就可對高頻淬火爐進行有效的反饋控制，以保證淬火質量。這是一項很新的技術，具有很大的市場前景。

【參考文獻】

[1]Ward D F，Exon J L T.Using Rogowski coils for transient current measurements [J]. Engineering Science and Education Journal， 1993， 2（3）： 105-113.

[2]申燭，羅承沐（Shen Zhu，Luo Chengmu）.電子式電流互感器的新進展[J].電力系統自動化，2001，25（22）：59-63.

[3]王少奎.電子式電流互感器的發展現狀及研制難點[J].變壓器，2003，40（5）：20-25.

[4]羅蘇南，葉妙元.電子式互感器的研究進展[J].江蘇電機工程，2003（3）：52-54.

[5]喬峨，安作平，羅承沐，等.光電式電流互感器的開發與應用——21世紀互感器技術展望[J].變壓器，2000，37（1）：40-43.

[責任編輯：楊玉潔]