電氣系統(tǒng)中互感器可靠性分析

王楠

（華晨寶馬汽車有限公司 遼寧 沈陽 110143）

摘 要：本文主要對(duì)有源電子式互感器的供能電路進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了懸浮取能的整體方案，對(duì)其中關(guān)鍵器件電路進(jìn)行了介紹和研究。本文重點(diǎn)研究了懸浮供能在線供能方式，針對(duì)其兩個(gè)難點(diǎn)，其一：當(dāng)線路電流處于小電流狀態(tài)時(shí)，要保證電源的供應(yīng)；其二：當(dāng)一次電路發(fā)生短路或是某種原因引起的電流變大超過額定電流時(shí)，如何保護(hù)供能電路免受過電壓的傷害而輸出穩(wěn)定的電壓。給出解決方案，協(xié)調(diào)兩者的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：電子式互感器；小電流；額定電流

電網(wǎng)電壓等級(jí)越來越高，數(shù)字化變電站越來越普及，電流互感器的應(yīng)用就越來越廣泛。而電流互感器高壓側(cè)供能問題一直是各個(gè)科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)廠家及高校的研究熱點(diǎn)，本文研究的主要內(nèi)容是：首先對(duì)大量的國(guó)內(nèi)外電子式互感器設(shè)備生產(chǎn)制造情況進(jìn)行收集、調(diào)研；在此基礎(chǔ)上，分析研究了電子式互感器工作原理，并對(duì)不同電子式互感器的性能進(jìn)行了比較和分類；接著又提出了自勵(lì)源與扼流線圈相結(jié)合的供能的方法，并利用特殊磁芯的電磁轉(zhuǎn)化效應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而降低了供能裝置的啟動(dòng)電流，使得供能裝置在異常大電流狀態(tài)下不受過電壓以及溫升影響，保護(hù)裝置性能完好不易被破壞。

1、電子式互感器的構(gòu)成

電子式互感器一般由傳感模塊和吞并單元兩部分構(gòu)成（吞并單元但是互感器的一個(gè)組件，也但是一個(gè)獨(dú)立的單元），傳感模塊又稱遠(yuǎn)端模塊，安裝在高壓一次側(cè)，擔(dān)任搜集、調(diào)度一次側(cè)電壓電流并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。吞并單元安裝在二次側(cè)，擔(dān)任對(duì)各相遠(yuǎn)端模塊傳來的信號(hào)做同步吞并處理。

IEC規(guī)范界說了接口的重要構(gòu)成部分-----兼并單元MU，并嚴(yán)厲規(guī)范了它與維護(hù)測(cè)控設(shè)備的接口方法。兼并單元的主要功能是同步收集多路ECT/EVT輸出的數(shù)字信號(hào)并依照規(guī)范規(guī)則的格式發(fā)送給維護(hù)測(cè)控設(shè)備。兼并單元的主要特點(diǎn)有：

（1）MU到IED設(shè)備之間采納高速單向數(shù)據(jù)銜接；

（2）選用CRC的數(shù)字電路完成采樣數(shù)據(jù)校驗(yàn)；

（3）具有高速采樣率，每周波采樣頻率達(dá)80或256點(diǎn)；

（4）物理層選用光纖；

（5）數(shù)據(jù)層支撐100Mb/s以太網(wǎng)

2、電子式互感器對(duì)故障測(cè)距的影響及對(duì)策分析

鑒于行波測(cè)距裝置測(cè)量和定位的準(zhǔn)確度較高，目前國(guó)內(nèi)采用的故障測(cè)距裝置大多是基于行波測(cè)距原理的。智能化變電站行波測(cè)距裝置在測(cè)距原理上與傳統(tǒng)變電站沒有區(qū)別，主要差異是信號(hào)提取方式的不同，傳統(tǒng)變電站主要是利用電磁式CT/PT獲取行波信息，智能化變電站如何從電子式互感器提取行波信息是實(shí)現(xiàn)行波測(cè)距的關(guān)鍵?，F(xiàn)有羅氏線圈型電流互感器采樣頻率主要滿足保護(hù)等功能需求，其采樣頻率基本在10kHz以內(nèi)，完全能夠滿足保護(hù)等設(shè)備的要求，但對(duì)于上兆赫茲的行波信號(hào)，羅氏線圈型電流互感器則無法采集到，因而不能滿足行波測(cè)距和行波保護(hù)的要求。

其改進(jìn)方案有如下三種：

（1）在現(xiàn)有輸出不變的前提下，另外增加一路光輸出信號(hào)（采樣應(yīng)不小于1MHz），具體做法是在不改變互感器特性和不影響數(shù)據(jù)采集的情況下，增加一塊高速數(shù)據(jù)采集單元，用于采Rogowski線圈中的高頻行波信號(hào)，其原理如圖1所示：

（2）對(duì)原有的Rogowski 線圈及采集單元不做改動(dòng)，另外增加一個(gè)Rogowski 線圈和一塊高速數(shù)據(jù)采集單元，做到雙線圈互不干擾，采集板互不影響的前提下，就保證了低頻率信號(hào)和高頻行波信號(hào)完全經(jīng)由各自的通道，分別采集和處理，完成各自的任務(wù)。如圖2所示：

（3）將羅氏線圈型電流互感器中原有的低頻信號(hào)采集線路板更換為可同時(shí)采集低頻信號(hào)和高頻行波信號(hào)的通用高速數(shù)據(jù)采集單元，所有的信號(hào)經(jīng)該采集單元采集后經(jīng)由不同通道傳輸。如圖3所示：

三種方案比較分析如下：

方案一：在原有的羅氏線圈型電流互感器中僅增加一塊高速數(shù)據(jù)采集單元，在做到兩個(gè)采集模塊互不影響的情況下，既能夠保證低頻率信號(hào)的輸出，也可以滿足行波信號(hào)的采集。該方式對(duì)羅氏線圈型電流互感器的原有結(jié)構(gòu)改動(dòng)較小，可行性較高。

方案二：在原有的羅氏線圈型電流互感器中增加一個(gè)羅氏線圈和一塊高速數(shù)據(jù)采集單元，從源頭上做到了高頻與低頻的完全分離，信號(hào)的可靠性更高，但此方案對(duì)原有羅氏線圈型電流互感器的結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，對(duì)于220kV 及以上電壓等級(jí)的羅氏線圈型電流互感器，內(nèi)部已含有兩套傳感元件，若再增加一個(gè)羅氏線圈，必然會(huì)增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及互感器內(nèi)部的電磁干擾，同時(shí)也會(huì)大大增加互感器的制造成本。

3、對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的影響與改進(jìn)

由于電子傳感器具有數(shù)字輸出、接口方便、通訊能力強(qiáng)的天然特性，其運(yùn)用將直接改動(dòng)變電站通訊系統(tǒng)的通訊辦法，特別是一次設(shè)備與間隔層二次設(shè)備間的通訊辦法。運(yùn)用電子互感器輸出的數(shù)字信號(hào)，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技能完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)/多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或進(jìn)程總線通訊辦法，將徹底代替許多的二次電纜線，徹底解決二次接線雜亂的表象，可以簡(jiǎn)化丈量或維護(hù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，削減誤差源，有利于提高全部系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，完成真實(shí)意義上的信息同享。

對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的影響也體現(xiàn)在對(duì)通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響。非常規(guī)互感器的運(yùn)用對(duì)通訊系統(tǒng)的影響和改進(jìn)首要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）信息通訊辦法的改動(dòng)使得距離層和進(jìn)程層的聯(lián)接辦法更加敞開敞開和活絡(luò)。由于傳統(tǒng)電磁式互感器傳送的是模擬信號(hào)，當(dāng)多個(gè)不一樣設(shè)備需要同一個(gè)互感器信號(hào)的時(shí)分，就需要進(jìn)行雜亂的二次接線。

（2）對(duì)通訊體系構(gòu)造的影響IEC61850規(guī)范系列將變電站通訊體系分為三層：變電站層、距離層、進(jìn)程層。站控層總線處理變電站層和距離層的通訊，進(jìn)程層總線處理距離層和進(jìn)程層的通訊以及合并單元與二次設(shè)備之間的串行單向多點(diǎn)通訊。

參考文獻(xiàn)：

[1]張貴新，趙清姣，羅承沐.電子式互感器的現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].電力設(shè)備.2006（4）.