互感器選型及應(yīng)用研究

趙 亮

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司長(zhǎng)治供電公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

互感器選型及應(yīng)用研究

趙 亮

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司長(zhǎng)治供電公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

文章在廣泛深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)電子式互感器性能檢測(cè)的結(jié)果，從電子互感器的應(yīng)用情況及存在問(wèn)題、實(shí)施措施和運(yùn)行效果進(jìn)行分析，證實(shí)了當(dāng)前電子式互感器在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，均可以通過(guò)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和安裝調(diào)試過(guò)程中采取適當(dāng)措施予以避免。電子式互感器在智能變電站中的應(yīng)用是可靠、安全和可行的。

互感器；選型；應(yīng)用

1 電子式互感器應(yīng)用現(xiàn)狀及原理分析

1.1 電子式互感器簡(jiǎn)介

電子式互感器可以分為無(wú)源式和有源式兩種。分類(lèi)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 電子式互感器分類(lèi)示意圖

1.2 國(guó)內(nèi)電子式互感器的應(yīng)用現(xiàn)狀

截止目前，我國(guó)已投入66kV及以上電壓等級(jí)的電子式互感器約有1800臺(tái)左右，其中組合型互感器250臺(tái)左右、電流式互感器1150臺(tái)左右、電壓式互感器400臺(tái)左右。從原理上看，電子式電流互感器有羅氏線圈、磁光玻璃型和全光纖型三類(lèi)；電子式電壓互感器分為電容和電感分壓兩種；電子式電流互感器有電容分壓和羅氏線圈兩種。

從運(yùn)行中的電子式電流互感器來(lái)看，光學(xué)原理的運(yùn)行年限大概為兩年，所占比列不到15%，羅氏線圈原理的運(yùn)行年限大概為4年，所占比例超過(guò)85%。電力系統(tǒng)中10～750kV各級(jí)電壓等級(jí)中，從投運(yùn)時(shí)間和數(shù)量上來(lái)看，分壓原理和羅氏線圈原理的電子式互感器應(yīng)用更加廣泛，結(jié)構(gòu)和安裝形式具有多樣性。全光纖互感器有著極好的優(yōu)良特性，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足各種安裝需求，但是目前價(jià)位較高，若能將成本降低下來(lái)，將會(huì)有更好的市場(chǎng)前景。

1.3 有源電子式互感器

（1）有源電子式電流互感器。電子式互感器的二次轉(zhuǎn)換器的輸出與一次電流成正比。①原理：利用電磁感應(yīng)等原理感應(yīng)測(cè)量信號(hào)。PT：分壓原理 電容、電感、電阻；CT：空心線圈(RC)；低功率線圈(LPCT)；需要提供電源給傳感頭部位。數(shù)字信號(hào)依靠光纖傳輸。②電流互感器一次電流利用空心線圈及低功率線圈來(lái)測(cè)量。低功率線圈的工作原理與常規(guī)電流互感器的原理較為相似?？招揪€圈的被測(cè)電流i與輸出信號(hào)e關(guān)系（見(jiàn)圖2）。

空芯線圈的輸出信號(hào)e與被測(cè)電流i關(guān)系如下：

（2）有源電子式電壓互感器原理。同樣，電子式電壓互感器的二次電壓同樣正比于一次電壓，相位差在連接方向正確時(shí)接近于0。電容分壓器（見(jiàn)圖3）的輸出信號(hào)uo(t)與被測(cè)電壓ui(t)有如下關(guān)系：

上式中C2為低壓電容，C1為高壓電容。跟據(jù)上式，進(jìn)行積分變換便可求得被測(cè)電壓。

圖3 電容分壓器

1.4 無(wú)源電子式互感器

（1）光學(xué)電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)。光學(xué)電子式電流互感器由光學(xué)電流傳感器、光纖絕緣子、合并單元三個(gè)部分組成：①光學(xué)電流傳感器：光學(xué)電流傳感器位于高壓側(cè)，通過(guò)Faraday磁光效應(yīng)和反射式Sagnacg干涉原理測(cè)量一次電流。②光纖絕緣子：光纖絕緣子為內(nèi)嵌光纖的實(shí)芯支柱式復(fù)合絕緣子，而實(shí)際中使用1根或2根光纖。③合并單元：合并單元下放至現(xiàn)場(chǎng)，用于接收光學(xué)互感器的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行同步并分析。合并單元的接頭為ST型，多模光纖傳送。

圖4 Faraday磁光效應(yīng)原理

（2）光學(xué)電子式電流互感器的原理。Faraday電磁感應(yīng)原理是光學(xué)電流互感器的傳感原理之一（見(jiàn)圖4）。線偏振光通過(guò)磁場(chǎng)中的Faraday材料（磁光玻璃或光纖）后，偏振光的偏振方向?qū)a(chǎn)生正比于磁場(chǎng)平行分量B的旋轉(zhuǎn)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)角度叫Faraday旋光角fffff7，由于磁場(chǎng)與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流成正比，因此Faraday旋光角fffff6與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流成正比。

2 電子式互感器問(wèn)題及解決方案

2.1 電子式互感器與傳統(tǒng)互感器比較

相對(duì)于傳統(tǒng)互感，電子式互感器器的優(yōu)點(diǎn)主要有：①適應(yīng)電力系統(tǒng)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需要；②安全性能高，不存在漏油而導(dǎo)致的易燃、易爆問(wèn)題；③絕緣性能好，高低壓完全隔離；④不存在鐵磁諧振、磁飽和等問(wèn)題；⑤數(shù)字信號(hào)分享更為容易，帶負(fù)載能力強(qiáng)；⑥頻率具有精度高、相應(yīng)寬和動(dòng)態(tài)范圍大等特性；⑦當(dāng)電壓等級(jí)越高時(shí)其經(jīng)濟(jì)特性越顯著；⑧環(huán)保性能優(yōu)越；⑨體積小，重量輕，節(jié)約占地面積；⑩PT二次側(cè)輸出可以短路。CT二次側(cè)輸出可以開(kāi)路。

2.2 方地實(shí)現(xiàn)電壓電流組合式

電子式互感器在投運(yùn)過(guò)程中也存在各種問(wèn)題，比如互感器的抗干擾能力差等問(wèn)題，導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)對(duì)電子式互感器在實(shí)際運(yùn)行中存在的風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)成熟度產(chǎn)生了擔(dān)憂。部分問(wèn)題通過(guò)廠家和相關(guān)單位的努力，已逐步解決并實(shí)現(xiàn)了技術(shù)和產(chǎn)品的完善，部分問(wèn)題有待于技術(shù)上進(jìn)一步突破和完善。

3 結(jié)束語(yǔ)

常規(guī)互感器+合并單元的方式雖可以解決數(shù)字化傳輸?shù)膯?wèn)題，但仍存在傳統(tǒng)互感器自身的缺陷，方案技術(shù)先進(jìn)性不足，同時(shí)也不能通過(guò)改善保護(hù)的速動(dòng)性、選擇性和靈敏性來(lái)提升電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性?；诠鈱W(xué)測(cè)量原理的電子式電流互感器和電壓互感器雖具備更先進(jìn)的測(cè)量特性，能夠更全面更真實(shí)地反映電網(wǎng)電流電壓參數(shù)，技術(shù)先進(jìn)，但價(jià)格較高。分壓原理的電壓互感器和電子式電流互感器，采用羅氏線圈原理的設(shè)備具有很多優(yōu)良的技術(shù)特點(diǎn)：良好的暫態(tài)特性、不容易飽和、頻率響應(yīng)范圍寬等特點(diǎn)，對(duì)于GIS設(shè)備可實(shí)現(xiàn)采集單元和供電模塊地位布置和不停電檢修，可靠性更高，且可一定程度提高了保護(hù)的可靠性，經(jīng)濟(jì)適用，目前技術(shù)和產(chǎn)品相對(duì)成熟，是現(xiàn)階段適宜推廣的產(chǎn)品類(lèi)型。因此，根據(jù)本工程采用GIS組合電器的特點(diǎn)，推薦采用羅氏線圈原理的電子式電流互感器和電容分壓型的電子式電壓互感器及其組合型產(chǎn)品，提升了保護(hù)可靠性，提高了設(shè)備集成度和可靠性，同時(shí)較常規(guī)互感器配置方案本期投資僅增加25%，遠(yuǎn)期僅增加35%，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)，適宜現(xiàn)階段推廣應(yīng)用。

TM45

A

1671-3818（2016）04-0040-02