電子互感器在數(shù)字化變電站的應(yīng)用

摘要：電子互感器是數(shù)字化變電站的主要配置，科學(xué)合理地選擇電子互感器的類型，能夠確保數(shù)字化變電站的正常運轉(zhuǎn)。文章主要對電子互感器的概念、類型、工作原理以及基本配置方案、存在的不足進(jìn)行闡述，并展示了電子互感器的優(yōu)點，另外還指出了現(xiàn)行電子互感器在數(shù)字化變電站中運用需要優(yōu)化的幾個部分。

關(guān)鍵詞：電子互感器；數(shù)字化變電站；智能電網(wǎng)；繼電保護(hù)裝置；電氣測量儀器

中圖分類號：TM452 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）29-0040-02

科技的發(fā)展速度促使著電網(wǎng)發(fā)展將智能電網(wǎng)列為首要發(fā)展前景，而在智能電網(wǎng)中數(shù)字化變電站是其中最重要的部分，對于智能電網(wǎng)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。電子互感器是數(shù)字化變電站的主要配置，其特性是極佳的線性度、輕便、便捷的數(shù)字化測量、保證各個端口良好?？茖W(xué)合理地選擇電子互感器的類型，能夠確保數(shù)字化變電站的正常運轉(zhuǎn)。

1 電子互感器的概念和類型

1.1 電子互感器的概念

電子互感器主要是供給頻率在15～100Hz之間的繼電保護(hù)裝置以及電氣測量儀器使用的具有模擬量電壓輸出或數(shù)字量輸出的裝置。電子互感器的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)是國際電工委員會制定的，約定其設(shè)計、制造、實驗和運行的整個過程。電子互感器的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主要是電子式電壓互感器標(biāo)準(zhǔn)（IEC60044-7）和電子是電流互感器標(biāo)準(zhǔn)（IEC600448-8）。

1.2 電子互感器的類型

電子互感器即非常規(guī)互感器的總稱，以一次傳感器部分需要提供電源與否為標(biāo)準(zhǔn)，可以將電子電流互感器分為電壓互感器（EVT）、有源式電流互感器（ECT）、電壓互感器（OVT）和無源式電流互感器（OCT）。以測量原理為基準(zhǔn)，可以將電子式電流互感器分為低功率線圈型電流互感器LPCT、羅氏線圈型電流互感器（RCT）和光學(xué)電流互感器OCT（以Faraday磁光效應(yīng)原理為依據(jù)）。電子式電壓互感器主要分為光學(xué)電壓互感器（OVT）（以Pockels晶體縱向電光效應(yīng)原理為基準(zhǔn)）、分壓原理的EVT（以電容、電阻分壓原理為基準(zhǔn)）。電子互感器的具體分類如表1所示：

表1 電子互感器類型

2 電子互感器的工作原理

電子互感器主要由傳輸系統(tǒng)、合并單元、電流或者電壓傳感器以及一次轉(zhuǎn)換器這幾部分構(gòu)成。它具備數(shù)字量輸出和模擬量輸出兩部分，保持15～100Hz的供電頻率的電氣測量儀和使用在繼電保護(hù)裝置的電流互感器和電壓互感器。

就目前來講，在數(shù)字化變電站使用頻率最高的電子式電流互感器的類型主要有LPCT低功率線圈型和RCT羅氏線圈型，就電壓互感器來講都是有電源的，它們的構(gòu)造原理都是站在電阻電壓分壓原理的EVT角度上的。

2.1 電容式分壓電壓互感器

電容直接分壓是此類型互感器的主要傳感單元，工作原理如圖1所示，加載于高壓臂電容器上的主要是高壓U1，和一次高壓成正比的較小的電壓U2是加載在低壓臂上的電壓，漲幅值一般都是低于5V的，所以就可以通過公式得出U2=C1U1/（C1+C2）=KU1，公式中K為分壓器的分壓比即K=C1/（C1+C2），想要需要的分壓比就需要適當(dāng)?shù)貙1、C2做出相應(yīng)的選擇。要保證應(yīng)阻值穩(wěn)定需要保持分壓電容在-40℃～80℃之間的環(huán)境溫度下基本恒定不變，這樣才能保證穩(wěn)定的輸出，再加之屏蔽措施完善，那么就不會受到外界電磁的干擾。

圖1 工作原理圖

2.2 電流互感器——Rogowski線圈型

Rogowski線圈是纏繞在非磁性骨架上二次繞組，垂直穿過線圈中心的被測電流的一空心環(huán)形線圈。計算線圈輸出電壓可以根據(jù)電磁感應(yīng)原理得出，即e=

-μ0NAdI/dt=HdI/dt，N表示匝數(shù)密度，A表示單匝面積，H表示線圈靈敏度，μ0表示真空磁導(dǎo)率。

電流變化率與Rogowski線圈的輸出電壓的關(guān)系是成正比的，以獲取輸出電壓積分來獲取被測一次的電流大小，以光纖傳輸輸出。光圈不會受到非線性影響主要是因為線圈傳感器沒有鐵心，在這樣的情況下也不會出現(xiàn)磁滯和磁飽的問題。

3 電子互感器在數(shù)字化變電站中的配置

以南方電網(wǎng)為例，該項目的愿景和220kV的本期都是屬于雙母接線，這其中有愿景6回和本期4回；110kV的本期是24回的單母線接線，36回的單母線3分段接線為愿景；10kV，24回的單母線接線為本期，36回的單母線分段接線為愿景；以GIS設(shè)備作為一次設(shè)備的是以220kV和110kV的電氣，而10kV的電氣是以戶內(nèi)金屬鎧裝開關(guān)柜作為的一次設(shè)備。10kV電氣的常規(guī)保護(hù)以測量絲和保護(hù)結(jié)合的一個裝置，主要放置在一次開關(guān)柜設(shè)備中。技術(shù)支持只有配置為規(guī)定下的10kV的主變壓器開關(guān)柜電流互感器，而其他變壓器主要采用的是10kV的開關(guān)，在常規(guī)電流范圍內(nèi)的電流互感器配置。

不管是在220kV還是在110kV中，其對線路故障電流的采集數(shù)據(jù)要求是十分精確的，以GIS的結(jié)構(gòu)設(shè)計來判斷，在一次設(shè)備中進(jìn)行一體化配置的裝置主要有斷路器、閘門、電子式互感器。線圈式ECT主要運用在主變壓器的三側(cè)保護(hù)中，這與1進(jìn)2出的3側(cè)保護(hù)電流的一致性要求是吻合的。主要是由于EVT和ECT的結(jié)合配置可以滿足雙重保護(hù)的要求，這種組合型的產(chǎn)品可以有效降低互感器投資費用的33.3%，把ECT和EVT合理的組合配置通過遠(yuǎn)端模塊接收ECT和EVT的輸出信號并對數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理。使ECT和EVT一體化配置要求的途徑是通過共同信號對傳輸及采集和信號處理，使變電站的設(shè)計更加優(yōu)化，節(jié)約了相當(dāng)部分的設(shè)計空間，對于尾纖與光線的使用量也相應(yīng)減少了。

4 電子互感器在數(shù)字化變電站應(yīng)用中存在的問題

4.1 電子互感器運用標(biāo)準(zhǔn)不確定

我國目前還在沿用2007年頒布的兩項互感器標(biāo)準(zhǔn)，電子是電流互感器標(biāo)準(zhǔn)（GB/T20840.8）和電子式電壓互感器標(biāo)準(zhǔn)（GB/T20840.7），到目前為止還沒有形成一套完整體系的電子互感器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，特別是在校驗和驗定方面還需要進(jìn)一步的完善和制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能促進(jìn)電子互感器更加安全、經(jīng)濟(jì)、快捷地運行在電力系統(tǒng)中。

4.2 電子互感器在可靠性問題上需要進(jìn)一步加強(qiáng)

電子互感器的結(jié)構(gòu)上那些比較耗材的部位主要是由光學(xué)和電子器件制造的，在實現(xiàn)原理上存在著很大的差異，也就造成了可靠性的不同，電網(wǎng)的運行是需要建立在可靠基礎(chǔ)之上的，因此電子互感器的安全可靠性也是制約電子互感器發(fā)展的重要因素。就目前來講，并入使用的電子互感器故障頻發(fā)且運行時間不長。所以需要對比電磁式互感器和電子互感器的可靠性的差異來研究探討可靠性的主要環(huán)節(jié)。

4.3 電子互感器的穩(wěn)定性不足

穩(wěn)定性，對于數(shù)字化變電站的運行重要性堪比可靠性。數(shù)字化變電站的測量電壓和電流的基本設(shè)備的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，對于無源式電子互感器，主要存在的問題是供給工作時需要的工作電源，對于互感器使用效果影響最大的是高壓側(cè)電子模塊工作電源的穩(wěn)定性。為了保證Rogowski線圈不受到電磁干擾，在運行中對于傳感線圈的屏蔽應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行。對于無源式互感器來講，一般存在的主要問題是測量精度不穩(wěn)定存在偏差，存在這樣的問題的主要原因是線性雙折射現(xiàn)象和下降的發(fā)光源器件的發(fā)光強(qiáng)度、由光傳輸引起的偏振角變化等造成的偏差。

4.4 電子互感器關(guān)于數(shù)據(jù)同步的問題

數(shù)據(jù)的傳輸主要是從電子互感器上輸出數(shù)字或者模擬量信號，由光纖送入到合并單元，最終傳送到保護(hù)、測量和計量等各個裝置中。造成數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度不高的主要原因是合并單元部分無法同步或者是同步中的誤差無法滿足要求造成的，此外還會造成測控和計量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確、繼電保護(hù)出現(xiàn)誤動作等附加問題，這對于變電站的可靠運行影響巨大，一些重大事故的發(fā)生很多都是由于數(shù)據(jù)不能同步造成的，所以數(shù)據(jù)的同步是數(shù)字化變電站發(fā)展中必須要解決的問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 舒逸石，于培杰，段少輝.淺談電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用[J].華中電力，2012，（2）.

[2] 侯昌明.電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用

[J].電子測試，2013，（20）.

作者簡介：歐峻彰（1978-），男，湖南人，廣東電網(wǎng)公司汕尾供電局工程師，工學(xué)碩士，研究方向：繼電保護(hù)。