原文发表在《高压电器》2025年第1期。
https://www.chndoi.org/Resolution/Handler?doi=10.13296/j.1001-1609.hva.2025.01.007
局部放电信号测量的罗氏线圈研究与设计
江进波1，2，陈桂丰2，罗正2，方春华1，2，邹云安3，赵雷3
(1. 三峡大学 湖北省输电线路工程技术研究中心，湖北 宜昌443002；2. 三峡大学 电气与新能源学院， 湖北 宜昌443002；3. 浙江赛禄克电气有限公司，浙江 温州325602)
一 内容简介
针对局部放电信号的在线测量与监测需求，文中研究并设计了一种镍锌铁氧体磁芯的宽频带（100 kHz~50 MHz）、高灵敏度（5.64 V/A）罗氏线圈。首先对罗氏线圈的工作模式和频率特性展开分析，通过公式推导出线圈工作于不同模式的条件，以及自积分模式下线圈的频带和灵敏度影响因素，随后用Pspice建立等效电路模型进行线圈参数扫描并对推导的理论进行验证，通过改变线圈几何参数来简化积分条件，确定磁芯尺寸和线圈匝数以及终端电阻的最优取值。最后加工制作了5个相同参数的线圈并通过信号发生器分析线圈方波响应，对其工作模式进行验证，同时对线圈进行了频带与灵敏度的标定，实验结果表明所设计的罗氏线圈性能良好，可满足高频局放信号的测量需求。
二 主要内容
罗氏线圈作为一种传感器可实现对电力设备局部放电脉冲电流的测量，诊断高压部件是否存在缺陷，在严重损坏之前将其从电网断开，以保障电力系统安全可靠运行。通常，在高压设备发生击穿之前，局部放电率会升高，因此，通过监测局部放电，可以确定设备状态。局放电流信号的测量与监测是目前监测绝缘状态的常见手段，是判断设备绝缘性能的基础。监测系统硬件主要包括传感器、信号调理模块以及数据采集模块。其中传感器部分多采用罗氏线圈，其使用方便且制作成本低，同时具有电气隔离、无损测量、宽频带和响应快等优点。罗氏线圈根据工作模式的不同可分为自积分和外积分模式，自积分模式下可对待测电流按一定比例输出，而外积分模式则需添加积分器或通过数字积分才可输出待测电流波形，否则输出则为电流信号的变化率。基于罗氏线圈的局放电流信号测量目前已有了较多的研究，有作者研制了一种用于局部放电检测的罗氏线圈，但须配合数字积分器和滤波器一同使用。有作者研制了一种具有800 kHz~106 MHz的宽频宽电流线圈测量纳秒放电脉冲，但其灵敏度仅为2.22 V/A。有作者采用基于集总参数模型对罗氏线圈进行了仿真，并通过测量两种不同电气绝缘系统的局部放电进行了验证，并提出一种牺牲灵敏度来改善频率响应的方法，以满足对脉冲电流测量要求。
针对上述文献所涉及的线圈结构简化及兼顾频带和灵敏度等问题，文中通过对磁芯尺寸、线圈参数及相关理论和仿真分析进行了验证，设计并制作了一种工作频带和灵敏度都适用于高频局放信号测量的自积分罗氏线圈。
1 理论分析
1.1 工作模式分析
1.2 频率特性分析
2 线圈设计
2.1 磁芯选择
2.2 线圈参数设计
2.3 线圈屏蔽设计
3 实验标定
3.1 方波响应标定
3.2 频率标定
3.3 局放信号标定
三 结论
文中研制了一种宽频带(100 kHz~50 MHz)、高灵敏度(5.64 V/A)用于局部放电测量的自积分罗氏线圈，并得到以下结论：
1)线圈内部参数以及终端电阻对线圈的幅频特性有影响，根据仿真结果可知减小线圈分布电容和内阻可有效改善线圈高频特性，增大线圈自感可降低低频截频，而减小终端电阻可增大线圈带宽，但灵敏度也随之减小。
2)减小线圈内外径比例可降低线圈测量时偏心的影响，另外为提高灵敏度线圈的匝数不宜过多，且需尽可能增大绕线直径。
3)文中所研制的罗氏线圈结构简单，并在频带和灵敏度上进行了优化，通过方波响应、频率响应和灵敏度定标等实验结果表明，其具有良好的屏蔽效果，可满足高频局部放电信号的测量需求。
作者简介
江进波(1988—)，男，博士，硕士生导师，主要从事高电压与绝缘技术、高压快脉冲测量等方面研究工作(E-mail：jinbojiang@163.com)。
本文索引
江进波，陈桂丰，罗正，等. 局部放电信号测量的罗氏线圈研究与设计[J]. 高压电器，2025, 61(1)：63-71.
JIANG Jinbo，CHEN Guifeng，LUO Zheng，et al. Study and design of Rogowski coil for partial discharge signal measurement[J]. High Voltage Apparatus，2025, 61(1)：63-71.
《高压电器》，CN 61-1127/TM，ISSN 1001-1609，邮发代号：52-36，1958年创刊，月刊，国内外公开发行，刊名由当时的人大常委会副委员长、中国科学院院长郭沫若同志亲笔题写。陕西省科技期刊精品期刊。
《高压电器》入选的数据库有：中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国科学引文数据库（CSCD）核心刊、RCCSE中国核心学术期刊、世界期刊影响力指数（WJCI）报告。另外，《高压电器》还被国际著名的Scopus数据库收录，同时被俄罗斯的《文摘杂志》（AJ，VINITI）、英国的《科学文摘》（SA）及日本科学技术振兴机构数据库（JST）等著名期刊检索机构列为来源期刊。
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