淺談數(shù)字化變電站中電子式互感器原理

邵培從

安順電力設(shè)計研究院 貴州安順 561000

摘要：數(shù)字化變電站是指按照DL/T860標(biāo)準(zhǔn)分為站控層、間隔層、過程層構(gòu)建，采用DL/T860數(shù)據(jù)建模和通信服務(wù)協(xié)議，過程層采用電子式互感器等具有數(shù)字化接口的智能一次設(shè)備，以網(wǎng)絡(luò)通信平臺為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了變電站監(jiān)測信號、控制命令、保護(hù)跳閘命令的數(shù)字化采集、傳輸、處理和數(shù)據(jù)共享，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化二次功能、程序化操作、智能化功能等的變電站。數(shù)字化變電站的實(shí)現(xiàn)，就一次設(shè)備而言主要是將以往傳統(tǒng)的互感器更改為電子式互感器，本文將對電子式互感器的功能做其介紹。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；電子式互感器

前言

智能電網(wǎng)是當(dāng)今電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新方向，而數(shù)字化電網(wǎng)是其重要的組成部分。數(shù)字化變電站簡言之就是一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化且符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)從21世紀(jì)初開始對數(shù)字化變電站的技術(shù)研究和探索，經(jīng)過近幾年的發(fā)展已從數(shù)字化變電站的試驗(yàn)研究階段進(jìn)入實(shí)際工程應(yīng)用階段。目前已建成投運(yùn)了一批新建工程或技改工程的數(shù)字化變電站示范站，涵蓋從110kV-500kV電壓等級，還有大量數(shù)字化變電站正在建設(shè)當(dāng)中。而數(shù)字化變電站的實(shí)現(xiàn)離不開負(fù)責(zé)采集、調(diào)理一次側(cè)電壓電流并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電子式互感器，電子式互感器較傳統(tǒng)互感器的主要優(yōu)勢：（1）高低壓完全隔離，絕緣簡單，安全性高；沒有因漏油而潛在的易燃、易爆等危險；（2）不存在磁飽和、鐵磁諧振等問題；（3）頻率響應(yīng)寬，動態(tài)范圍大，精度高，可同時滿足測量和繼電保護(hù)的需要；（4）體積小，重量輕，節(jié)約占地面積；無污染，無噪聲，具有優(yōu)越的環(huán)保性能；（5）不存在CT二次輸出開路及PT二次輸出短路的危害；（6）數(shù)字信號分享更為容易，帶負(fù)載能力強(qiáng)；（7）成本與電壓等級的關(guān)系不大，因此電壓等級越高，經(jīng)濟(jì)性越明顯；（8）方便地實(shí)現(xiàn)電壓電流組合式；（9）適應(yīng)電力系統(tǒng)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需要。電子式互感器分為有源電子式互感器和無源電子式互感器，

1、有源電子式互感器

利用電磁感應(yīng)等原理感應(yīng)被測信號，CT：空心線圈、低功率CT（LPCT）、分流器；PT：電容分壓、電感分壓、電阻分壓；傳感頭部分具有需用電源的電子電路利用光纖傳輸數(shù)字信號。

有源電子式電流互感器工作原理如下：利用空芯線圈及低功率線圈傳感被測一次電流。低功率CT（LPCT）的工作原理與常規(guī)CT的原理相同，只是LPCT的輸出功率要求很小，因此其鐵芯截面就較小?？招揪€圈是一種密繞于非磁性骨架上的螺線管，如圖所示?？招揪€圈不含鐵芯，具有很好的線性度。

空芯線圈的輸出信號e與被測電流i有如下關(guān)系：

其結(jié)構(gòu)如下：

有源電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)：a.絕緣技術(shù)特別是高壓獨(dú)立式互感器的絕緣；b.空芯線圈及電容分壓器的穩(wěn)定性及抗干擾技術(shù)；c.遠(yuǎn)端電子模塊的穩(wěn)定性和可靠性（安置在室外時溫度、電磁干擾等）；d.獨(dú)立型電子式互感器的遠(yuǎn)端模塊取電技術(shù)；e.積分技術(shù)、與保護(hù)的通訊配合

2、無源電子式互感器

無源電子式互感器（光CT、光PT）利用光學(xué)原理感應(yīng)被測信號，CT：Faraday磁光效應(yīng)；PT：Pockels電光效應(yīng)；傳感頭部分不需電子電路及電源 利用光纖傳輸傳感信號。

無源電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)：a.傳感材料（低雙折射）；b.傳感頭的組裝工藝技術(shù)（減小雙折射）；c.信號處理技術(shù)；d.溫度對精度的影響、振動對精度的影響、長期工作的穩(wěn)定性

無源電子式電流互感器的工作原理：

無源電子式電流互感器機(jī)構(gòu)如下：

3、有源電子式互感器與無源電子式互感器的比較

有源電子式互感器的技術(shù)相對較為成熟，其技術(shù)性能已基本可以滿足實(shí)用化要求，國內(nèi)目前建設(shè)的數(shù)字化變電站使用的互感器絕大部分均為有源電子式互感器。

無源電子式互感器的技術(shù)難度較大，其溫度穩(wěn)定性一直是阻礙其實(shí)用化的關(guān)鍵問題，但由于其不需要遠(yuǎn)端電子模塊，可靠性較高，具有很好的應(yīng)用前景，多年來國內(nèi)外有關(guān)單位一直在從事技術(shù)攻關(guān)。近年來，無源電子式互感器的研究取得了較大的進(jìn)展，特別是基于Faraday磁光效應(yīng)的全光纖電流互感器的性能指標(biāo)已基本可以滿足實(shí)用化要求，取得了較好的試驗(yàn)及試運(yùn)行效果，但目前還處于初期應(yīng)用階段。

有源電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)在于電源供電技術(shù)、遠(yuǎn)端電子模塊的可靠性、采集單元的可維護(hù)性。基于傳統(tǒng)互感器的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可不考慮Rogowski線圈和分壓器（電阻、電容或電感）故障的維護(hù)。GIS式電子式互感器直接接人變電站直流電源，不需要額外供電，采集單元安裝在與大地緊密相連的接地殼上。這種方式抗干擾能力強(qiáng)，更換維護(hù)方便，采集單元異常處理不需要一次系統(tǒng)停電。而對于獨(dú)立式電子式互感器，在高壓平臺上的電源及遠(yuǎn)端模塊長期工作在高低溫頻繁交替的惡劣環(huán)境中，其使用壽命遠(yuǎn)不如安裝在主控室或保護(hù)小室的保護(hù)測控裝置，還需要積累實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)；另外，當(dāng)電源或遠(yuǎn)端模塊發(fā)生異常、需要維護(hù)或更換時，需要一次系統(tǒng)停電處理。

無源式電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)在于光學(xué)傳感材料的穩(wěn)定性、傳感頭的組裝技術(shù)、微弱信號調(diào)制解調(diào)、溫度對精度的影響、震動對精度的影響、長期運(yùn)行的穩(wěn)定性。但由于無源電子式互感器的電子電路部分均安裝在主控室或保護(hù)小室，運(yùn)行條件優(yōu)越，更換維護(hù)方便。有源或無源電子式互感器的應(yīng)用，均大大降低了占地面積，減少了傳統(tǒng)互感器的二次電纜連線，是互感器的發(fā)展方向。無源電子式互感器可靠性高、維護(hù)方便，是獨(dú)立安裝的互感器的理想解決方案

結(jié)語

數(shù)字化變電站技術(shù)先進(jìn)成熟，可靠性高，利于降低建設(shè)成本，節(jié)約綜合費(fèi)用。數(shù)字化變電站作為數(shù)字電網(wǎng)的重要單元，應(yīng)用于工程實(shí)踐對促進(jìn)電網(wǎng)的數(shù)字化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化具有重大意義。采用電子式電流互感器和電子式電壓互感器，取代常規(guī)電磁型互感器用少量光纜取代了大量二次電纜，不僅使變電站的信息采集、傳輸、處理、輸出過程全部數(shù)字化，而且具有體積小、重量輕、頻帶響應(yīng)寬、無飽和現(xiàn)象、抗電磁干擾性能佳、無油化結(jié)構(gòu)、絕緣可靠、便于向數(shù)字化、微機(jī)化發(fā)展等諸多優(yōu)點(diǎn)，將在數(shù)字化變電站中廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB_T 20840.7-2007 互感器 第7部分：電子式電壓互感器

[2]GB_T 20840.8-2007 互感器 第8部分：電子式電流互感器

[3]貴州電網(wǎng)數(shù)字化變電站技術(shù)規(guī)范