應(yīng)用于智能變電站的電子式互感器選型分析

程 莉

（江蘇省電力設(shè)計院，江蘇南京 211100）

近年來，智能變電站技術(shù)的研究、實踐和試點工作在我國正加速推進。迄今國內(nèi)已經(jīng)試點的智能變電站合計90余座，還不包括部分電氣間隔嘗試IEC61850的站點站。電子式互感器具有傳統(tǒng)電磁式互感器所不具備的眾多優(yōu)點[1，2]，在智能變電站建設(shè)中已經(jīng)嶄露頭角。作為一種新興技術(shù)，電子式互感器的各種性能還待進一步驗證。在智能變電站建設(shè)時，如何合理選擇電子式互感器，實現(xiàn)可靠性、實用性和經(jīng)濟性等關(guān)鍵要素有機結(jié)合和平衡，是當(dāng)前智能變電站建設(shè)不可回避的重要問題。文章通過對已投運智能變電站運行資料的分析，以及工程應(yīng)用中電子式互感器出現(xiàn)的具體問題，結(jié)合電子式互感器的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，從實現(xiàn)原理入手，綜合可靠性和經(jīng)濟性等要素，提出了電子式互感器選型的參考標(biāo)準(zhǔn)。

1 電子式互感器簡介

國際電工委員會（IEC）于1999年和2002年分別制定了 《IEC 60044–7電子式電壓互感器標(biāo)準(zhǔn)》和《IEC 60044–8電子式電流互感器標(biāo)準(zhǔn)》，明確了電子式互感器的技術(shù)規(guī)范，為電子式互感器的研發(fā)和應(yīng)用指明了方向。

1.1 電子式互感器的分類

標(biāo)準(zhǔn)[3，4]定義，電子式電流互感器（ECT）采用低功率線圈（LPCT）、羅氏線圈或光學(xué)材料作為一次傳感器；電子式電流互壓器（EVT）采用電阻/電容分壓器或光學(xué)材料作為一次傳感器，利用光纖進行信號傳輸，通過對測量電量的信號處理，實現(xiàn)數(shù)字量或模擬量的輸出。

在66 kV及以上電壓等級，按電子式互感器的高壓傳感頭是否包含有源采集器，又可分為純光互感器和有源電子式互感器，而35 kV及以下電壓等級則采用弱模小信號互感器。圖1明示了純光互感器和有源電子式互感器的分類。根據(jù)應(yīng)用方式的不同，電子式互感器還可分為獨立式ECT、EVT，及組合式電子式電流電壓組合式互感器（ECVT）、隔離開關(guān)組合式、氣體絕緣組合電器（GIS）嵌入式和變壓器套管式等不同形式。

圖1 電子式互感器的分類框

1.2 電子式互感器的研發(fā)現(xiàn)狀

我國電子式互感器的正式研究起于上世紀(jì)八十年代，目前已有多種產(chǎn)品以多種形式進入工程試運行階段，2004年，南自新寧公司的OET700系列有源型ECT/EVT，率先掛網(wǎng)運行。2007年，南瑞繼保、中德等公司的全光纖式ECT[5]，同維、許繼等公司的磁光玻璃式ECT也先后掛網(wǎng)運行。無源型EVT由于成本太高，沒有推廣和應(yīng)用價值。

2 電子式互感器的選型

2.1 ECT 選型分析[6，7]

電子式電流互感器主要由高壓側(cè)的傳感器、光纖復(fù)合絕緣子，以及低壓側(cè)的數(shù)據(jù)處理單元組成。就實現(xiàn)原理而言，線圈式ECT、全光纖式ECT和磁光玻璃式ECT是目前國內(nèi)66 kV及以上電壓等級以及試運行的3種電子式電流互感器。

2.1.1 技術(shù)比較

有源型ECT仍基于電磁感應(yīng)原理，非周期及直流分量的傳感是其不足。由于高壓側(cè)傳感器包含電子電路，其使用壽命是令人擔(dān)心的部分。電子電路故障時需要間隔停電維修，又是其一大弊端。但其優(yōu)勢在于計量精度高，不需要溫度補償。

純光ECT基于法拉第磁光效應(yīng)，其優(yōu)勢在于：可以檢測非周期及直流分量；良好的動態(tài)測量品質(zhì)和使用壽命；故障維修不需要間隔停電[8]。但計量精度低（僅針對國產(chǎn)純光互感器），需溫度補是其主要技術(shù)缺陷。國產(chǎn)純光互感器，為了減少保偏光纖的長度和熔接成本，采取將采集器安裝于戶外環(huán)境的做法，使純光ECT的使用壽命等同于有源型ECT。

在此詳細說明一下磁光玻璃式ECT和全光纖式ECT的優(yōu)劣對比。磁光玻璃式ECT的磁光玻璃加工精度要求高，磁光玻璃與保偏光纖的連接采用粘接方式，溫度對粘接損耗和精度有很大影響；全光纖式ECT中光纖即作為傳感元件又作為傳輸元件，輸入輸出光路為統(tǒng)一路徑，光學(xué)器件采用線內(nèi)集成方式，溫度對其測量精度的影響遠小于磁光玻璃式。

有源型ECT由于技術(shù)實現(xiàn)較容易，產(chǎn)品試運行較早，試點站多而積累了一些經(jīng)驗，技術(shù)相對成熟是其近階段的優(yōu)勢；無源型ECT試運行時間較短,還有許多需要改進的方面，如計量精度只能滿足0.5級就是其一大缺陷。截止至2009年7月，對國內(nèi)具有代表性的近50座智能變電站進行調(diào)查，其中不同ECT的應(yīng)用情況如圖2所示。

圖2 ECT在我國的應(yīng)用情況

AREVA公司的NXCT系列純光互感器具有國內(nèi)同類產(chǎn)品無法比擬的優(yōu)勢，其一次電流20 A時可實現(xiàn)0.2 S級計量，測量的動態(tài)范圍高達100萬。采集器安裝于控制室，僅需要單模光纖進行信號傳輸。運行業(yè)績有890多套，分布于19個不同國家。這是國內(nèi)目前純光ECT的技術(shù)差距，反之，也是希望和目標(biāo)之所在。

2.1.2 經(jīng)濟性比較

近階段電子式互感器價格比常規(guī)互感器高，主要是因為互感器廠家為了收回前期的研發(fā)投入，隨著技術(shù)的成熟，材料價格和生產(chǎn)成本的下降，3年后，電子式互感器肯定會比常規(guī)互感器便宜。電子式互感器在測量、運行維護、占地面積及工程施工方面體現(xiàn)的優(yōu)勢，會使其應(yīng)用的總成本降低。絕緣、暫態(tài)特性、電磁特性要求越高，電子式互感器的性價比優(yōu)勢就越明顯。鑒于經(jīng)濟性考慮，工程應(yīng)用中，110 kV以上電壓等級采用純光ECT，66 kV、110 kV電壓等級采用有源型ECT，35 kV及以下電壓等級采用弱模小信號互感器。

2.2 EVT選型分析

35 kV及以下電壓等級的EVT目前有3種原理：電阻分壓、電容分壓和電感分壓。電阻分壓原理的EVT的主要缺陷是溫漂高、抗電磁干擾差。溫漂高是由于分壓電阻的阻值相差較大，溫漂的一致性很難做到，大阻值電阻的溫度系數(shù)在200 ppm已經(jīng)很不錯了，難以實現(xiàn)40℃變化范圍內(nèi)維持0.2級誤差精度[9]。此外，由于二次信號輸出功率很小，抗電磁干擾能力較差。電容分壓原理的EVT由于采用的是干式電容，缺陷和電阻分壓原理類似。電感分壓原理則不同，串接電感分壓原理在66 kV等級以上的感應(yīng)式電壓互感器中普遍使用，屬于成熟技術(shù)。由于二次輸出功率遠小于常規(guī)互感器的要求，將串接電感分壓原理應(yīng)用于中低壓場合，體現(xiàn)了體積小、精度高、抗電磁干擾能力強的優(yōu)勢。

66 kV及以上電壓等級的EVT目前主要采用CVT電容分壓原理。CVT屬于成熟原理和成熟產(chǎn)品，EVT只是使用CVT的電容分壓支柱，體積已經(jīng)遠小于CVT，其他特性和CVT相當(dāng)。

無源純光EVT雖然已有成熟產(chǎn)品，但其高昂的生產(chǎn)和制造成本，已使其退出競爭的舞臺。

3 選型參考方案

對于電子式電流互感器，無源純光ECT雖然有很多優(yōu)點，但其較高的價格會限制其在中低壓領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。在高壓特別是直流輸電領(lǐng)域，采用全光纖式ECT有可行性，因為和傳統(tǒng)電磁式互感器相比，價格比較接近，隨著光學(xué)材料價格的下降，純光ECT將越來越有優(yōu)勢，建議220 kV及以上電壓等級采用純光ECT。有源電子式互感器雖然高壓端有采集器和取能的電子電路，業(yè)內(nèi)擔(dān)心其使用壽命。電子電路的簡化設(shè)計和元器件精心選擇必然會提高其可靠性和使用壽命，其節(jié)約的生產(chǎn)和制造成本優(yōu)勢，必然會發(fā)揚和光大在66 kV至220 kV電壓等級的應(yīng)用。35 kV及以下等級電壓建議采用弱模信號輸出的電子式互感器或LPCT原理的電磁式互感器。

電子式互感器作為新技術(shù)應(yīng)用，必然會遇到一些具體問題，不同原理、不同廠家的電子式互感器的特性可能會存在差異，在差動保護應(yīng)用中，應(yīng)該制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范電子式互感器的特性。在特性不明朗時，盡量使用同一種原理的電子式互感器。

4 結(jié)束語

從長遠的角度來看電子式互感器和傳統(tǒng)互感器相比，具有明顯的技術(shù)和價格優(yōu)勢。隨著智能變電站的發(fā)展和運行經(jīng)驗積累，其穩(wěn)定性和測量性能將會顯著提高，最終將徹底取代傳統(tǒng)電磁式互感器。在穩(wěn)步推進電子式互感器的過程中，應(yīng)針對不同原理的電子式互感器，綜合考慮系統(tǒng)的建設(shè)成本，有選擇地應(yīng)用電子式互感器，才能體現(xiàn)電子式互感器應(yīng)用的經(jīng)濟性。

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