電子式互感器在氣體絕緣開關設備中的應用

楊曉艷

上海天靈開關廠有限公司 上海 201808

電子式互感器在氣體絕緣開關設備中的應用

楊曉艷

上海天靈開關廠有限公司 上海 201808

介紹了電子式互感器在氣體絕緣開關柜內的安裝及接線。應用電子式互感器可以滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，不僅可以提高系統(tǒng)運行的可靠性，減少和避免長期困擾配電系統(tǒng)的絕緣故障，而且可以節(jié)省維護成本，降低運行風險，提高性價比。

電子式互感器； 氣體絕緣開關設備； 應用； 發(fā)展

數字化變電站是變電站建設和發(fā)展的必然趨勢，隨著計算機、電力電子、網絡和光纖通信技術的不斷成熟和應用，傳統(tǒng)的電磁式電流和電壓互感器難以滿足用計算機技術對電流電壓信息進行數字化處理的要求，也難以實現(xiàn)對電網電量參數的在線監(jiān)測，阻礙了電力系統(tǒng)自動化向更高水平的發(fā)展。因此，尋求一種能與數字化網絡配套使用的新型電流和電壓互感器成為電網安全高效運行的迫切需要。電子式電流和電壓互感器二次輸出既可為模擬量，也可為數字量，可方便地與電子式儀表、微機保護控制設備對接，實現(xiàn)計量、控制、測量、保護和數據傳輸的功能[1-3]。

電子式互感器是智能化變電站中的基礎設備，通常為環(huán)氧樹脂澆注絕緣的全封閉支柱式或母線式結構，大多應用于空氣式絕緣金屬封閉開關設備。氣體絕緣開關柜中使用的互感器等一次主要元器件均采用全絕緣全屏蔽方式，可觸及部分能可靠接地，其中電流互感器多為穿心式，放置在電纜套管或電纜室底板，互感器外置便于現(xiàn)場檢測和參數變更。電壓互感器采用封閉插拔式結構，將所有高壓電場限制在固體絕緣介質中，外殼接地可觸摸，安裝于氣箱的插孔上，插拔連接便于維護更換。根據功能要求，電壓互感器可以安裝在線路側或母線側，也可以安裝于獨立的母線設備柜內。氣體絕緣開關柜是開關柜的發(fā)展方向，也是電力系統(tǒng)提高可靠性和經濟性的方向，不僅可以減少和避免長期困擾配電系統(tǒng)的絕緣故障，而且可以節(jié)省維護成本，降低維護風險，提高性價比。

1 電子式互感器的特點

1.1 高安全性

(1) 電子式互感器二次輸出為低電壓信號，使因電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路所導致的危及設備或人身安全等問題不復存在。

(2) 新型電子式電壓互感器無傳統(tǒng)恒壓變壓器，避免了發(fā)生鐵磁諧振的危險，暫態(tài)性能好。

(3) 以固體絕緣替代了傳統(tǒng)的互感器油，避免了傳統(tǒng)充油互感器滲漏油的現(xiàn)象，固體絕緣保證了互感器絕緣性能更加穩(wěn)定，無需檢漏檢壓，運行過程中免維護。

1.2 高測量精度

(1) 線圈無磁飽和，頻率響應范圍寬，精度高，暫態(tài)特性好，不受環(huán)境因素影響。

(2) 電子式互感器無傳統(tǒng)二次負荷概念，一次模擬采樣值弱信號低功率輸出，可確保達到高精度等級。

(3) 數字信號通過光纖傳輸，增強了抗電磁干擾性能，數據可靠性大大提高[4-5]。

2 電子式互感器的應用

貴州興義阿嘎變、獨山上司變、桐梓鞍山變、上海葉塘變、北京未來城變、重慶大石變、天津高新園變、湖北東擴變等幾個數字化變電站工程中廣泛使用了35kV充氣式智能開關設備。氣體絕緣開關柜的一次主要元器件為斷路器、三工位開關和母線，它們相互連接且密封在經激光焊接氦氣檢漏的不銹鋼氣箱內，柜間母線、電纜及避雷器、互感器等配套件的連接通過插拔式硅橡膠密封絕緣，一次高壓帶電體均密封，不受環(huán)境影響，絕緣、載流可靠性提高。

2.1 電子式電流互感器

電子式電流互感器如圖1所示，側面設有兩個二次輸出端子，分別為測量端、保護1端及保護2端，互感器底部設有4個安裝孔，使用時利用安裝孔用螺栓將互感器與氣體絕緣開關柜內的接地金屬板連接牢固。電流互感器為穿心式，安裝于開關柜電纜室底部,有可靠的支架固定，從柜后看，從左到右依次為C相、B相和A相，如圖2所示。

圖1 電流互感器外形圖

圖2 互感器安裝位置后視圖

氣體絕緣開關柜內使用穿心式電流互感器，應保證選用的互感器內徑大于電纜終端頭(肘型或直插式)外徑，其內孔可為圓形或橢圓形，按柜體額定電流及所配一次電纜的數量而定。電流互感器可安裝在電纜外錐套管或開關柜電纜室底板上，互感器的外形尺寸因氣體絕緣開關柜體積的限制而受到影響，500屏寬的開關柜相間距為150mm，800屏寬的開關柜相間距為 210mm，不同的柜型所選用的互感器外形也隨之不同，高度通常為90～200mm，故對提高互感器的精度有一定的要求。在檢修或更換互感器時只需解下連接開關柜的一次電纜終端，并將一次電纜從互感器內孔中抽出，即可檢修和更換互感器。

互感器二次輸出端子與綜合保護裝置通過雙芯屏蔽電纜連接，一路接測量端，另一路接保護端，電纜屏蔽層應可靠接地[6-8]。屏蔽電纜帶針型插件的一端與互感器相連，另一端為雙芯屏蔽線，紅色導線接正極端，黑色接負極端，與綜合保護MU1、MU2背板對應端子相連。每個互感器二次側通常按測量級和保護級數量配備2～3個針型插件，按雙重化配置計算，互感器Ia、Ib、Ic三相電流保護1端接A套MU1裝置，保護2端接B套MU2裝置，共需9根專用屏蔽電纜分別與MU1、MU2裝置的電流端子連接。電流互感器二次信號通過航空插件輸出，如圖3、圖4所示。5芯航空插件對應保護繞組，插針5與P1為同名端。3芯航空插件對應測量繞組，插針3與P1為同名端。電流互感器的P1與屏蔽雙絞線的紅色導線同極性。測量線圈二次引出線端子采用3芯航空插件，1針接屏蔽雙絞線的黑色導線，3針接屏蔽雙絞線的紅色導線，2針接屏蔽層。電流互感器航空插件的2針接至接地底板。保護線圈二次引出線端子采用5芯航空插件，1針接屏蔽雙絞線的黑色導線，5針接屏蔽雙絞線的紅色導線，3針接屏蔽層。電流互感器航空插件的3針接至接地底板。

圖3 互感器二次出線端子圖

圖4 航空插件示意圖

2.2 電子式電壓互感器

電子式電壓互感器如圖5所示，側面設有二次輸出插座和接地端?；ジ衅鞑捎猛忮F式插拔結構，高壓端直接安插至氣箱接口，N端(在二次引線處)直接引出接地?；ジ衅靼惭b于開關柜氣箱頂部的內錐套管處,從柜后看，從左到右依次為C相、B相和A相，如圖2所示。氣體絕緣開關柜內的電壓互感器熔體為內置式，更換熔體只需拔掉電壓互感器內置的熔體堵頭，再使用專用工具擰開堵頭內的熔體端蓋。

圖5 電子式電壓互感器外形圖

全絕緣插拔式電壓互感器的高壓引出端設置在互感器的一次高壓線圈上，引出端通過氣箱上的內錐套管連接至電源的高壓側或中性點側。根據實際安裝情況的不同與使用時的需要，高壓線圈引出端可以由設置在電壓互感器本體外部的外錐頭或設置在互感器本體內側的內錐頭組成。電壓互感器的高壓引出端有雙外錐、一內錐一外錐、雙內錐等形式，都可按需選用，這樣的結構大大降低了互感器安裝的工作量，也可以在滿足開關柜高壓線圈兩端都能耐受額定對地絕緣水平的前提下，耐受諧振過電壓和超低頻振蕩過電流，提升整個工作電路的使用性能，有效減小系統(tǒng)較高線電壓與內部過電壓對電壓互感器的影響，增加電壓互感器的可靠性，延長使用壽命[9-10]。在保證開關柜額定絕緣水平之余，還可以消除安裝電壓互感器時環(huán)氧樹脂澆鑄的誤差，避免開關柜中內錐套管的安裝誤差，解決一部分由于安裝隱患而產生的使用時的問題。

電壓互感器專用雙芯屏蔽電纜分別將二次輸出插件與數字式儀表或繼電器連接[11-12]。Ua、Ub、Uc三相電壓的互感器測量級共需6根專用屏蔽電纜，分別與MU1、MU2裝置的電壓端子相連。有些綜合保護裝置的電流、電壓對應的接口同樣也是針型插件，只要換為與屏蔽電纜端配套的插件即可。

2.3 合并單元

合并單元為電子式互感器的對外接口，接收并處理電子式互感器遠端模塊傳輸來的數據，同步電流電壓信號，并將測量數據按規(guī)定的協(xié)議輸出供二次設備使用?；ジ衅鞯木鹊燃墶⒍蝹容敵鰠蹬c之相連的二次設備的匹配度和連接方式，是電子式互感器在電力系統(tǒng)中推廣和應用的關鍵所在。電子式互感器將一次電流和電壓轉變?yōu)殡妷耗M量，根據工程應用的不同，電壓模擬量可以由采集器就地轉換成數字信號，通過光纖傳輸至合并單元，或直接接入保護測控裝置。

合并單元的交流模件包括電壓輸入和電流輸入兩部分，不同型號的裝置，其電壓和電流輸入元件的數目也不同。目前國內通過檢測的產品主要有國電南自的PSIU621GU、許繼的DTI-806/SG、南瑞繼保的PCS-222EA-G、思源弘瑞的UDM-502-G、北京四方的CSD-603AG和長園深瑞PRS-7395-G。

因考慮裝置散熱等問題，大多數合并單元及智能終端外形都比較大，適合于在空間充足的中置式開關柜內使用。有些地區(qū)的國網項目中還提出雙套配置合并單元及智能終端的要求，因為氣體絕緣開關柜的優(yōu)勢之一在于它體積小，導致了二次儀表室的空間有限，當遇到大面積保護測控裝置就地安裝時，氣體絕緣開關柜內的二次設備布置就略顯擁擠。為了滿足運行和維護的要求，需要考慮優(yōu)化屏內布局，開發(fā)一次與二次測控保護裝置、合并單元及智能終端等的融合和集成，達到整體向小型化發(fā)展的目標。

3 結束語

隨著電子技術、光纖通信技術、新材料科學的進步與發(fā)展，以光學傳感材料為主體的電子式互感器將占主導地位。電子式互感器的專家診斷系統(tǒng)、校準系統(tǒng)、自診斷功能、自分析技術為我們提供了更智能、更可靠、更穩(wěn)定的一次開關設備。

智能化開關設備是智能電網建設的必要環(huán)節(jié)，全絕緣全封閉充氣柜運行可靠性高，且采用插拔式結構，對互感器提出了特殊要求，電子式互感器在氣體絕緣開關柜內的廣泛應用較好地滿足了電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，給互感器廠家?guī)砹搜邪l(fā)的新課題，推動了二次設備技術優(yōu)化提升及合并單元智能終端裝置的開發(fā)與研究，是可持續(xù)發(fā)展和智能化電網建設的一種探索和嘗試。電子式互感器具有絕緣性能好、抗電流飽和、抗電壓諧振等特點，在智能開關設備中加以推廣和使用是技術發(fā)展的必然趨勢，可以提高供電可靠性，降低維護運行成本。

[1] 劉振亞.智能電網技術[M].北京： 中國電力出版社，2010.

[2] 張文亮，劉壯志，王明俊，等.智能電網的研究進展及發(fā)展趨勢[J].電網技術，2009,33(13)： 1-11.

[3] 段雄英，鄒積巖，張可畏.電壓/電流組合型電子式互感器的研究[J].電工技術雜志，2002(5)： 9-12，16.

[4] 余春雨，李紅斌，葉國雄，等.電子式互感器數字輸出特性與通訊技術[J].高電壓技術，2003，29(6)： 7-8，11.

[5] 程云國，劉會金，李云霞，等.光學電壓互感器的基本原理與研究現(xiàn)狀[J].電力自動化設備，2004，24(5)： 87-90.

[6] 李紅斌，劉延冰，吳伯華.電子式互感器的使用現(xiàn)狀及應用前景[J].電力設備，2007，8(1)： 103-104.

[7] 徐大可，趙建寧，張愛祥，等.電子式互感器在數字化變電站中的應用[J].高電壓技術，2007，33(1)： 78-82.

[8] 邢立功，黃毅，葉罕罕，等.數字化變電站中保護裝置與電子式互感器的接口方式[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32(16)： 94-97.

[9] 郭志忠.電子式互感器評述[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2008,36(15)： 1-5.

[10] 劉孝先，曾清，鄒曉莉，等.電子式互感器的應用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2010,22(1)： 133-137.

[11] 于立濤，李海渤.電子式互感器在午山220kV數字化變電站中的應用[J].電力建設，2010，31(11)： 57-59.

[12] 吳明波，梁振飛，李鵬.電子式互感器對電力系統(tǒng)的應用分析[J].中國電力教育，2011(12)： 92-93.

An introduction was given on installation and wiring of the electronic instrument transformer in the gas insulated switch gear panel. Application of electronic instrument transformer can satisfy the requirements of the development of the power system, not only it can improve system reliability, reduce and avoid the long-standing insulation faults in the distribution system, but also save maintenance costs, reduce operating risk and improve the cost-effective ratio.

Electronic Instrument Transformer； GIS； Application； Development

2016年1月

楊曉艷(1976— )，女，本科，工程師，主要從事電氣設計工作， E-mail： tl_1222@126.com

TM45

B

1674-540X(2016)03-073-04