淺談數(shù)字化變電站中電子互感器的應(yīng)用及前景

朱勝龍 俞登洋 李堅(jiān)林 葉劍濤 楊為 李賓賓 陳忠

摘 要： 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化變電站在各種相關(guān)新技術(shù)的不斷發(fā)展下得到快速發(fā)展，特別是光電互感器的應(yīng)用，更使數(shù)字化變電站得到快速的發(fā)展。

筆者從電子式互感器的原理以及性能特點(diǎn)等相關(guān)概念出發(fā)，分析了電子互感器的運(yùn)用對(duì)數(shù)字化變電站產(chǎn)生的影響，并闡述了電子互感器應(yīng)用于數(shù)字化變電站存在的技術(shù)問題，最后對(duì)電子式互感器的應(yīng)用現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展前景進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞： 電子式互感器；數(shù)字化變電站；前景

1. 電子式互感器概述

為了更好的使讀者能夠?qū)?shù)字化變電站的定義和光電互感器有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，以下將從數(shù)字化變電站的定義、電子式互感器的定義、電子式互感器的基本原理以及電、電子式互感器的性能特點(diǎn)這四個(gè)方面來(lái)對(duì)電互感器作概要性說(shuō)明。

1.1電子式互感器的定義

所謂的電子式互感器，通俗的理解就是利用光纖傳感以及光電子技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電流和電壓測(cè)量的一種新型的數(shù)據(jù)測(cè)量設(shè)備，它是光學(xué)電流互感器、光學(xué)電壓互感器以及光學(xué)組合式互感器的通稱。

1.2電子式互感器的基本原理

電子式互感器主要分為有源型和無(wú)源型這兩種類型，以下就分別對(duì)這兩種不同類型的電子式互感器作詳細(xì)說(shuō)明。

（1）有源型電子式互感器的基本原理，有源型電子式互感器的基本原理是高壓電位側(cè)的電流信號(hào)通過互感器的線圈將電信號(hào)傳遞給發(fā)光元件，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)向光信號(hào)的轉(zhuǎn)變，由光纖將光信號(hào)傳遞到低電位側(cè)，并進(jìn)光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的逆轉(zhuǎn)變化后，將強(qiáng)度增強(qiáng)的電信號(hào)傳送出去的一種工作原理。

（2）無(wú)源型電子式互感器的基本原理，無(wú)源型光電互感器的基本原理則是有效利用了物理學(xué)中法拉第電磁效應(yīng)，其工作原理是將光信號(hào)通過電磁場(chǎng)中的磁光材料，使光信號(hào)的偏振面在一定程度上發(fā)生旋轉(zhuǎn)，通過測(cè)算通流導(dǎo)體周圍光信號(hào)偏振面的旋轉(zhuǎn)角度，來(lái)推算導(dǎo)體中的電流值。

1.3電子式互感器的性能特點(diǎn)

總結(jié)一下，電子式互感器具有如下幾個(gè)方面的性能特點(diǎn)：（1）絕緣性能非常好，由于不含鐵芯其造價(jià)也比較低，而且不存在鐵磁諧振和鐵芯飽和等其他相關(guān)問題；（2）安全性能比較高，不會(huì)因充油等問題發(fā)生易燃、易爆等危險(xiǎn)現(xiàn)象；（3）低壓側(cè)與高壓側(cè)的二者之間不存在開路高壓的危險(xiǎn)；（4）通信能力比較強(qiáng)，可以很好的滿足智能化、數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的需要；（5）暫態(tài)響應(yīng)速度十分迅速而且頻率響應(yīng)范圍也比較寬；（6）具有體積小、重量輕和裝置結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)；（7）各項(xiàng)功能模塊相對(duì)獨(dú)立，易于安裝和維護(hù)；（8）不易受電磁信號(hào)的干擾，信號(hào)傳輸距離比較遠(yuǎn)；（9）固態(tài)精度和穩(wěn)態(tài)精度都比較高。

2. 電子式互感器的運(yùn)用對(duì)數(shù)字化變電站產(chǎn)生的影響

2.1電子式互感器的運(yùn)用有效改進(jìn)了數(shù)字化變電站的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于電子式互感器具有通信能力強(qiáng)、數(shù)字信號(hào)接收和輸出以及接口方便的優(yōu)良特性，將電子式互感器應(yīng)用于數(shù)字化變電站可以有效改變數(shù)字化變電站通信機(jī)制的通信方式。它可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同裝置在共享同一個(gè)互感器信號(hào)時(shí)，可以將互感器信號(hào)和電子式互感器裝置構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源的共享，進(jìn)而可以有效改進(jìn)數(shù)字化變電站的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.2電子式互感器的運(yùn)用有效降低了數(shù)字化變電站的運(yùn)行費(fèi)用

與傳統(tǒng)電磁式互感器相比，電子式互感器接收和傳遞的是數(shù)字信號(hào)，不需要使用多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、采樣保持以及A/D轉(zhuǎn)化等設(shè)備，即可直接提供所需的數(shù)字信號(hào)，這樣就可以有效簡(jiǎn)化數(shù)字變電站中相關(guān)設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以有效降低數(shù)字化變電站的運(yùn)行費(fèi)用。

3. 電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用

3.1電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用

現(xiàn)代的數(shù)字化變電站主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備之間的信息共享和互相操作。數(shù)字化變電站主要可以分為三層：一次電力裝備的過程層、間隔層以及變電站的站控層。數(shù)字化變電站在工作過程中的第一步就是要在過程層實(shí)現(xiàn)測(cè)量輸出數(shù)字化，而因此在數(shù)字化變電站中使用電子式互感器輸出數(shù)字信號(hào)最合適不過了。

通過查閱電子式互感器在數(shù)字化變電站中的結(jié)構(gòu)分布圖可以得知：分布于過程層的電流互感（ECT）和電壓互感器（EVT）可以向分布于間隔層的合并單元（MU）傳輸電流和電壓測(cè)量所得的數(shù)據(jù)，然后合并單元（MU）再將測(cè)量所得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖Ｗo(hù)控制裝置，最后傳輸?shù)秸究貙?。根?jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，在數(shù)字化變電站中，每個(gè)間隔之間要包含七路電流測(cè)量和5路電壓測(cè)量。電子式互感器與合并單元（MU）在進(jìn)行光纖通信時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況采用過程總線的傳輸方式或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式。

3.2電子式互感器在數(shù)字化變電站中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

3.2.1測(cè)量精度高

傳統(tǒng)的電磁式互感器在測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的誤差會(huì)根據(jù)二次回路負(fù)荷的改變而改變，因此會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)計(jì)的誤差。而電子式互感器所傳輸?shù)男盘?hào)為數(shù)字信號(hào)，在信號(hào)的傳輸過程中不會(huì)有其他的誤差產(chǎn)生，因此測(cè)量精度會(huì)比較高。

3.2.2 二次設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化

現(xiàn)代數(shù)字化變電站使用的大部分都是數(shù)字設(shè)備，而傳統(tǒng)的電磁式互感器只能輸出模擬信號(hào)，模擬信號(hào)要傳送到這些數(shù)字設(shè)備需要經(jīng)過小電流互感器、小電壓互感器、采樣保持、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，二次設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。而電子式互感器傳輸?shù)臑閿?shù)字信號(hào)，不需要經(jīng)過上述的環(huán)節(jié)，可以直接傳輸?shù)綌?shù)字設(shè)備，從而大大的簡(jiǎn)化了二次設(shè)備結(jié)構(gòu)。

3.2.3 提高了間隔層和過程層連接的靈活性

傳統(tǒng)的電磁式互感器傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，并且信號(hào)是通過同軸電纜傳輸?shù)?。如果遇到多個(gè)裝置需要同一個(gè)互感器傳輸信號(hào)的情況，就需要進(jìn)行二次接線，過程比較復(fù)雜，同時(shí)還會(huì)受到電磁場(chǎng)的干擾作用。在電力系統(tǒng)中可以首先構(gòu)造一個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)，總線網(wǎng)絡(luò)主要由電子式互感器和使用電子式互感器傳輸信號(hào)的裝置構(gòu)成，這樣就可以使得數(shù)據(jù)的傳輸變得很方便，輕松地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

3.2.4 保護(hù)裝置的性能得到明顯提高

作為科技研究前沿的電子式互感器，它為基于高頻暫態(tài)信號(hào)的保護(hù)創(chuàng)造了可行的條件，這樣一來(lái)就明顯地提高了保護(hù)裝置的快速性、靈敏度以及準(zhǔn)確性。

3.2.5 實(shí)現(xiàn)有效的故障錄波

在現(xiàn)實(shí)生活中，故障錄波最難解決的問題就是由于內(nèi)部分量電流使得小電流互感器飽和，進(jìn)而使記錄的數(shù)據(jù)失去準(zhǔn)確性。電子式的互感器它的本身就是不飽和的，而且它所輸出的是數(shù)字信號(hào)，在結(jié)構(gòu)上就省去了小電流互感器這一裝置，從而使故障錄波的高保真成為了可能。

4.電子式互感器的應(yīng)用前景

兩種電子互感器相比，無(wú)源電子式互感器一次側(cè)不需供電電源，比較具有優(yōu)勢(shì)，但是其光學(xué)裝置的制作過程比較復(fù)雜，并且并能不太穩(wěn)定。而目前在有源電子式互感器的研究上已經(jīng)具有了比較成熟的技術(shù)，隨著大量的研制成果被運(yùn)用于實(shí)際，有源電子式互感器會(huì)得到進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。

5.結(jié)語(yǔ)

電子互感器是互感器傳感的準(zhǔn)確化、傳輸光纖化和輸出數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)的必然結(jié)果。隨著微機(jī)保護(hù)的應(yīng)用，二次保護(hù)設(shè)備不再需要高功率的輸出信號(hào)。光電互感器以其高精度、高可靠性、寬頻帶等特點(diǎn)和在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)的優(yōu)良特性表明：ETA/ETV完全能夠適應(yīng)電力計(jì)量和繼電保護(hù)數(shù)字化、自動(dòng)化變電站的發(fā)展潮流，并將成為未來(lái)互感器發(fā)展的主流方向。

參考文獻(xiàn)

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