电子式电流互感器专利技术浅析

刘飞

【摘 要】电子式电流互感器是集光学、光通讯、电磁学、高压绝缘、电子和计算机技术为一体的高科技产品，为输变电系统的电气测量和电气保护提供了更为先进更为可靠的安全装置，符合世界电力电流测量设备的发展方向。本文从专利视角分析了电子式电流互感器不同时期的技术发展，简要分析了国内外相关专利申请量变化趋势，以及从国内外主要申请人作为切入点阐述了行业寡头的技术关注点，最后对电子式电流互感器的专利技术发展作了一个展望。

【关键词】电子式电流互感器；电气测量；专利

0 引言

传统的电磁式电流互感器[1]己经难以满足现代电力系统在线检测、高准确度故障诊断、计算机控制与管理等发展需要，寻求更理想的新型电流互感器势在必行。随着光电子技术的迅速发展，许多科技发达国家己把目光转向利用光学传感技术和电子学方法来发展新型的电子式电流互感器。

电子式电流互感器[2-4]指采用传统电流互感器、霍尔传感器、Rogowski线圈或光学装置作为一次转换部分，利用光纤作为一次转换器和二次转换器之间的传输系统，并且装有电子器件作测量信号的传输和放大，其输出可以是模拟量或数字量。由于电子式电流互感器采用光纤传输不仅可以实现高低压侧的电气隔离，又具有很强的抗电磁干扰能力，因此具有广阔的市场前景，各个国家的行业寡头纷纷开始相关的专利布局。而对电子式电流互感器专利申请的分析，能够了解国内外相关专利技术不同时期的技术现状，并对行业的技术发展趋势有一定的预期。

1 电子式电流互感器专利技术发展历程

作为电磁感应式电流互感器的升级换代产品，电子式电流互感器受到各国的普遍重视，在20世纪60年代，国外就开始利用法拉第效应从事电子式电流互感器的研究，到60年代末已经出现了电子式电流互感器的专利申请。

1.1 起步期：1969-1985

电压等级的提高以及能量传输容量的加大，传统的电磁式电流互感器已经不符合市场对新技术的需求，电子式电流互感器的专利申请便应运而生了。初期的电流互感器广泛使用铁磁线圈，尽管稳态测量精度能够基本满足电能计量的要求，然而短路故障时存在磁路饱和现象，导致动态测量能力差，是保护装置误动和拒动的重要原因。为了保证保护装置动作的可靠性和实现电网的动态可观测性，必须提高电流互感器的动态测量精度，这是研制电子式电流互感器的最重要驱动力。

1.2 波动增长期：1986-2005

这一阶段电子式电流互感器的专利申请量并没有出现明显的增长，新的技术的产生虽然克服了原有电磁式电流互感器的抗谐波干扰能力很差等缺陷，但随之而来的电流互感器磁路易饱和等新的技术问题亟待解决，各个国家、各大企业都处于技术客服攻坚阶段，因此专利申请量只是波动增长，未能井喷。

随着光学电流互感器的开始推广，其实用性却受到了普遍的怀疑，原因是测量精度的温漂问题不能有效解决，光学电流互感器还存在长期运行稳定性问题，技术上的迟迟不能突破，专利申请量从20个世纪90年代后期逐渐进入了低潮，甚至在2001年出现了不小的下跌。光学电流互感器有块状玻璃传感和光纤传感两种结构。对于光纤传感结构，由于温度对线性双折射的影响更为严重，所以研究工作主要集中在块状玻璃结构上。测量精度的温漂是个复杂的难点问题。从各向同性角度出发的改变材料配方、改进退火工艺的各种努力结果并不理想，测量精度的温漂现象不仅与环境温度的绝对值有关，而且与环境温度的变化率有关，很难找到可靠的温度补偿方案，隔热方法可以缓解温度变化梯度的影响，但不能解决绝对温度的长期影响问题。

1.3 迅速发展期：2006年至今

2006年，自适应光学电流互感器研制成功，有效解决了测量精度的温漂问题和长期运行的稳定性问题，这为电子式电流互感器在全世界范围内的广泛推广起到了决定性作用，而电子式电流互感器这一时期专利申请的井喷，主要是由于中国国内的专利申请量的急剧增长，由于近年来国内高压、超高压输电工程的迅速发展，使得高压测量用电流互感器的技术需求增大，专利申请量陡增。而光电式电流互感器得益于其体积小、测量精度高的优点得到了很好的发展。

2 电子式电流互感器行业展望

目前，新型电流互感器按高、低压部分的耦合方式，可分为无线电电磁波耦合式、电容耦合式和光电耦合式。其中，光电式电流互感器[5]性能最佳，光电式电流互感器具有传统电磁式电流互感器无法比拟的优点，是传统电流互感器较为理想的替代产品，光电互感器的发展趋势必将是高可靠性、高精度、大动态范围，可广泛用于电力工业领域，未来这方面相关的专利申请将适应市场需求、呈现占比增多之势。预计未来光电式电流互感器会在各种电压等级的电网中大量安装和使用，除了用在电网中安装和使用外，以下两种特点的光电式电流互感器的专利申请也会逐渐增多：

1）便携式的光电式电流互感器。因为光电式电流互感器很轻，并可做成类似钳形表式的结构，可易于搬动，用于测量高压电网中不同地点的电流。

2）测量高频电流。因为光电式电流互感器的频带很宽，可用于测量高频电流。例如测量高频淬火炉中频率为几十到几百千周的电流。测量出这个电流，就可对高频淬火炉进行有效的反馈控制，以保证淬火质量。这是一项很新的技术，具有很大的市场前景。

【参考文献】

[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]申烛，罗承沐（Shen Zhu，Luo Chengmu）.电子式电流互感器的新进展[J].电力系统自动化，2001，25（22）：59-63.

[3]王少奎.电子式电流互感器的发展现状及研制难点[J].变压器，2003，40（5）：20-25.

[4]罗苏南，叶妙元.电子式互感器的研究进展[J].江苏电机工程，2003（3）：52-54.

[5]乔峨，安作平，罗承沐，等.光电式电流互感器的开发与应用——21世纪互感器技术展望[J].变压器，2000，37（1）：40-43.

[责任编辑：杨玉洁]