罗氏线圈在有源滤波中的应用

1 引言

非线性负荷在电网中的大量应用，带来了一系列的谐波问题。谐波主要危害包括：

（1）增加电力设施负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失；

（2） 引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大，导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行；

（3）谐波会改变保护继电器的动作特性，引起继电保护设施的误动作，造成继电保护等自动装置工作紊乱；

为了消除或减少电网中的谐波，人们提出了无源滤波和有源滤波的解决方案。无源滤波（FC）主要是利用阻容元器件的LC谐振特性，对系统中的某一特定频率形成一个低阻通道，这个低阻通道与系统阻抗形成并联分流关系，让谐波成份从滤波系统中流过，达到对系统滤波的作用。有源滤波（APF）则是利用现代电力电子器件主动产生一个与系统谐波大小相等相位相反的谐波，以“抵消”系统产生的谐波。

图1有源滤波原理图

在图1的有源滤波原理图中可以看到，测量负载电流并输入到电流跟踪控制电路是有源滤波的关键环节，测量的精度和响应时间会直接影响滤波的效果。

2 工程难题

有源滤波的应用行业包括电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场/港口的供电系统、医疗机构等。负载电流从几百安到几千安不等。通常滤波器厂家采用传统的CT对负载电流进行测量，但是由于现场情况的不同，面临着不同的困难。

（1）在改造项目中，由于母排或电缆已经安装好，采用穿心式CT必须要进行大量的拆卸和安装工作。

（2）有的开关柜内部空间狭窄，母排之间的距离刚刚满足绝缘需求，CT尺寸大于间隙，难以进行安装。或者CT尺寸适合，但是工程人员现场施工难度非常大。

（3）母排的尺寸和形状差别很大，不同工程项目需要采购不同尺寸的CT，给采购工作带来很多难题。有的项目甚至要定制CT，不仅成本高，还有可能影响工期。

（4）有的项目在最初启用时负载很小，随着时间的发展，负载逐渐增加。这样的项目中，如果选择小量程的CT，后期由于饱和问题需要更换CT，如果一开始就选择大量程的CT，在开始阶段电流很小，会影响测量精度和滤波效果。

3 罗氏线圈简介

    罗氏线圈（Rogowski Coil），全称罗哥夫斯基线圈，由于罗氏线圈不含铁芯，也称空心线圈。

罗氏线圈是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。输出信号是电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。

图2 罗氏线圈原理图

罗氏线圈不含铁磁性材料，无磁滞效应，几乎为零的相位误差；无磁饱和象，因而测量范围可从数安培到数百千安的电流；结构简单，并且和被测电流之间没有直接的电路联系；响应频带宽0.1Hz-1MHz。与带铁芯的传统互感器相比，罗氏线圈具有测量范围宽，精度高，稳定可靠，响应频带宽，同时具有测量和继电保护功能，体积小、重量轻、安全且符合环保要求。

罗氏线圈可应用于继电保护，可控硅整流，变频调速，电阻焊等信号严重畸变以及电炉、短路测试、雷电信号采集等大电流的场合。

4 工程应用

莱姆电子生产的罗氏线圈产品ART是一个开口型的柔性线圈，线径只有6.1mm，孔径有70mm到300mm多种选择。在接口处采用旋转锁紧式卡扣，安装非常方便。

图3莱姆电子的ART产品

ART的精度可达0.5级。同时，莱姆公司的“磁套筒”专利技术大大减少了位置误差，使得一次导线在线圈内部不同位置时导致的位置误差非常小，解决了罗氏线圈这类产品共同面对的难题。

ART的测量范围非常宽，从几安培到几万安培都能保证0.5级的测量精度，而且几乎没有线性误差。

由于莱姆公司的ART的这些优点完美解决了有源滤波工程中的所有难题，因此在有源滤波项目中得到了大量应用。

某公司需要在船上安装大量有源滤波器，由于船上空间有限，因此客户给滤波器厂家提出了很多尺寸和空间方面的要求，滤波器厂家利用ART作为负载电流采集元件，满足了客户的需求，同时ART的高精度也带来了很好的滤波效果，获得最终用户的高度评价。

5 结语

在有源滤波器的工程应用中，安装问题是滤波器厂家最大的痛点。莱姆公司的罗氏线圈产品ART由于开口，柔性，精度高，测量范围广，位置误差小等优点解决了滤波器厂家的痛点。

罗氏线圈没有磁芯，二次输出是一个很小的电压信号，容易转变成数字信号，非常符合未来产品环保化，数字化的技术趋势，将来会在越来越多的应用中取代传统的CT产品。