羅氏線圈的電子式電流互感器在電網系統中的應用越來越廣泛，主要針對羅氏線圈實際應用過程中周圍存在非常復雜的試驗環境的問題，研究了羅氏線圈中載流導體偏離線圈中心和線圈周圍存在干擾磁場時對測量結果的影響。首先，在假設線圈繞制完全均勻的前提條件下采用了電磁場理論對這兩種非理想工作情況進行分析計算，然后進行試驗測量，從而驗證理論分析的正確性。理論分析和試驗測量結果一致表明，在繞線完全均勻的條件下，載流導體偏離線圈中心和線圈周圍存在干擾磁場對測量結果沒有影響。

羅氏線圈的基本原理

羅氏線圈的結構原理如圖１所示，其測量原理是處于線圈中心位置的載流導體流過交流電流時，載流導體周圍會激發交變磁場，均勻繞在非磁性骨架上的二次線圈能感生出電壓。

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２　非理想工作情況的理論分析

實際應用中，羅氏線圈周圍環境非常復雜，現場安裝條件往往不太理想，比如載流導體偏離線圈骨架中心、線圈周圍存在干擾磁場等。本文假設線圈均勻繞制，對上述非理想情況進行分析。

２．１　載流導體偏離線圈中心

為了分析方便，載流導體偏離線圈中心時，羅氏線圈傳感頭的機構原理簡化為如圖２所示。

點Ａ的磁場強度Ｈ 的切向分量Ｈｔ和法向分量Ｈｎ分別為：

由羅氏線圈的結構可知，Ｈｎ對二次側線圈的感生電壓不起作用。假設線圈均勻繞制，則線圈周長沿線單位長度的線圈匝數ｎ為：

那么點Ａ 交鏈的磁鏈為：

積分后可得羅氏線圈的二次線圈交鏈的總磁鏈為：

對比式（９）和（４）不難發現，載流導體偏離線圈中心時羅氏線圈交鏈的總磁鏈和居中時相等，因此載流導體偏心不會影響測量結果。

２　線圈周圍存在干擾磁場

實際的電力系統運行環境和電氣參數測量環境存在著復雜的干擾磁場，如圖３所示。

將干擾磁場做正交分解，得到相互垂直的３個分量Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚ，并假定Ｈｘ分量的方向和線圈周長沿線的切線方向一致。由羅氏線圈的結構可知，只有Ｈｘ分量對二次側線圈的感生電壓起作用。為了分析方便，存在干擾磁場時，羅氏線圈傳感頭的機構原理簡化如圖４所示。由２．１節的分析可知，羅氏線圈的二次線圈交鏈的總磁鏈如式（１０）。

由于產生干擾磁場的電流不流經線圈，根據安培環路定律，可得：

因此羅氏線圈的二次線圈和干擾磁場交鏈的總磁鏈為０，這說明干擾磁場不會在線圈中產生感生電壓，不會影響測量結果。

３　非理想工作情況的試驗測量

為了驗證理論分析的正確性，配置了試驗電路進行了測量。試驗測量時選取的羅氏線圈直徑為１８０ｍｍ，線圈靈敏度為１００ｍＶ／Ａ。

３．１　載流導體偏離線圈中心

試驗電流為工頻交流５０Ｈｚ、３０Ａｒ．ｍ．ｓ．，在不同的偏心距離ｄ 下測量并記錄羅氏線圈積分電路的輸出電壓ｕ。試驗電路配置如圖５所示，試驗現場照片如圖６所示，試驗測量結果如表１所示。

在試驗中，取了７個偏心距離，分別是１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０ｍｍ。當偏心距離為７０ｍｍ時，積分電路輸出電壓和載流導體居中時的數值僅僅相差１ｍＶ，且各個不同的偏心距離時的積分電路輸出電壓和載流導體居中時的數值最大相差６ｍＶ，僅為載流導體居中時的積分電路輸出電壓值（３．０１２Ｖ）的１．９９‰。從以上數據可以看出，載流導體偏心時，積分電路輸出電壓和載流導體居中時的數值相差甚小，載流導體偏心不會影響測量結果。

３．２　線圈周圍存在干擾磁場

存在于線圈周圍的干擾磁場由工頻磁場抗擾度試驗線圈產生，試驗線圈采用１ｍ×１ｍ的矩形線圈，將羅氏線圈測量頭置于磁場線圈的中心位置，線圈中心不流過電流。磁場線圈的中心位置處的磁場強度Ｈ 由２０Ａ／ｍ逐步增加至１４０Ａ／ｍ，以２０Ａ／ｍ為步進，每增加一次，測量并記錄羅氏線圈積分電路的輸出電壓ｕ。試驗電路配置如圖７所示，試驗現場照片如圖８所示，試驗測量結果如表２所示。

在試驗中，一共取了７種干擾磁場強度。當磁場強度為１４０Ａ／ｍ時，積分電路輸出電壓和不存在干擾磁場時的數值僅僅相差６ｍＶ，且各種不同的干擾磁場強度時的積分電路輸出電壓和不存在干擾磁場時的數值最大相差９ｍＶ，僅為３０Ａｒ．ｍ．ｓ．試驗電流時的積分電路輸出電壓值（３．０１２Ｖ）的２．９９‰。從以上數據可以看出，存在干擾磁場時，積分電路輸出電壓和不存在干擾磁場時的數值相差甚小，干擾磁場不會影響測量結果。

結論

本文針對羅氏線圈實際應用過程中周圍存在非常復雜的試驗環境的問題，在假設線圈繞制均勻的條件下，采用電磁場理論對線圈的兩種非理想情況進行了分析計算，其中包括載流導體偏離線圈中心和線圈周圍存在干擾磁場。理論計算和試驗測量結果一致表明，當線圈均勻繞制時，這兩種非理想情況對線圈的測量結果沒有影響。當今基于羅氏線圈的電子式電流互感器在電網系統中的應用越來越廣泛，而本文論述的兩種非理想工作情況又普遍存在，因此本文的理論分析原理和試驗研究結果對羅氏線圈的工程應用具有較高的指導價值。