應用于智能變電站的電子式互感器選型分析

程 莉

（江蘇省電力設計院，江蘇南京 211100）

近年來，智能變電站技術(shù)的研究、實踐和試點工作在我國正加速推進。迄今國內(nèi)已經(jīng)試點的智能變電站合計90余座，還不包括部分電氣間隔嘗試IEC61850的站點站。電子式互感器具有傳統(tǒng)電磁式互感器所不具備的眾多優(yōu)點[1，2]，在智能變電站建設中已經(jīng)嶄露頭角。作為一種新興技術(shù)，電子式互感器的各種性能還待進一步驗證。在智能變電站建設時，如何合理選擇電子式互感器，實現(xiàn)可靠性、實用性和經(jīng)濟性等關(guān)鍵要素有機結(jié)合和平衡，是當前智能變電站建設不可回避的重要問題。文章通過對已投運智能變電站運行資料的分析，以及工程應用中電子式互感器出現(xiàn)的具體問題，結(jié)合電子式互感器的研究和應用現(xiàn)狀，從實現(xiàn)原理入手，綜合可靠性和經(jīng)濟性等要素，提出了電子式互感器選型的參考標準。

1 電子式互感器簡介

國際電工委員會（IEC）于1999年和2002年分別制定了 《IEC 60044–7電子式電壓互感器標準》和《IEC 60044–8電子式電流互感器標準》，明確了電子式互感器的技術(shù)規(guī)范，為電子式互感器的研發(fā)和應用指明了方向。

1.1 電子式互感器的分類

標準[3，4]定義，電子式電流互感器（ECT）采用低功率線圈（LPCT）、羅氏線圈或光學材料作為一次傳感器；電子式電流互壓器（EVT）采用電阻/電容分壓器或光學材料作為一次傳感器，利用光纖進行信號傳輸，通過對測量電量的信號處理，實現(xiàn)數(shù)字量或模擬量的輸出。

在66 kV及以上電壓等級，按電子式互感器的高壓傳感頭是否包含有源采集器，又可分為純光互感器和有源電子式互感器，而35 kV及以下電壓等級則采用弱模小信號互感器。圖1明示了純光互感器和有源電子式互感器的分類。根據(jù)應用方式的不同，電子式互感器還可分為獨立式ECT、EVT，及組合式電子式電流電壓組合式互感器（ECVT）、隔離開關(guān)組合式、氣體絕緣組合電器（GIS）嵌入式和變壓器套管式等不同形式。

圖1 電子式互感器的分類框

1.2 電子式互感器的研發(fā)現(xiàn)狀

我國電子式互感器的正式研究起于上世紀八十年代，目前已有多種產(chǎn)品以多種形式進入工程試運行階段，2004年，南自新寧公司的OET700系列有源型ECT/EVT，率先掛網(wǎng)運行。2007年，南瑞繼保、中德等公司的全光纖式ECT[5]，同維、許繼等公司的磁光玻璃式ECT也先后掛網(wǎng)運行。無源型EVT由于成本太高，沒有推廣和應用價值。

2 電子式互感器的選型

2.1 ECT 選型分析[6，7]

電子式電流互感器主要由高壓側(cè)的傳感器、光纖復合絕緣子，以及低壓側(cè)的數(shù)據(jù)處理單元組成。就實現(xiàn)原理而言，線圈式ECT、全光纖式ECT和磁光玻璃式ECT是目前國內(nèi)66 kV及以上電壓等級以及試運行的3種電子式電流互感器。

2.1.1 技術(shù)比較

有源型ECT仍基于電磁感應原理，非周期及直流分量的傳感是其不足。由于高壓側(cè)傳感器包含電子電路，其使用壽命是令人擔心的部分。電子電路故障時需要間隔停電維修，又是其一大弊端。但其優(yōu)勢在于計量精度高，不需要溫度補償。

純光ECT基于法拉第磁光效應，其優(yōu)勢在于：可以檢測非周期及直流分量；良好的動態(tài)測量品質(zhì)和使用壽命；故障維修不需要間隔停電[8]。但計量精度低（僅針對國產(chǎn)純光互感器），需溫度補是其主要技術(shù)缺陷。國產(chǎn)純光互感器，為了減少保偏光纖的長度和熔接成本，采取將采集器安裝于戶外環(huán)境的做法，使純光ECT的使用壽命等同于有源型ECT。

在此詳細說明一下磁光玻璃式ECT和全光纖式ECT的優(yōu)劣對比。磁光玻璃式ECT的磁光玻璃加工精度要求高，磁光玻璃與保偏光纖的連接采用粘接方式，溫度對粘接損耗和精度有很大影響；全光纖式ECT中光纖即作為傳感元件又作為傳輸元件，輸入輸出光路為統(tǒng)一路徑，光學器件采用線內(nèi)集成方式，溫度對其測量精度的影響遠小于磁光玻璃式。

有源型ECT由于技術(shù)實現(xiàn)較容易，產(chǎn)品試運行較早，試點站多而積累了一些經(jīng)驗，技術(shù)相對成熟是其近階段的優(yōu)勢；無源型ECT試運行時間較短,還有許多需要改進的方面，如計量精度只能滿足0.5級就是其一大缺陷。截止至2009年7月，對國內(nèi)具有代表性的近50座智能變電站進行調(diào)查，其中不同ECT的應用情況如圖2所示。

圖2 ECT在我國的應用情況

AREVA公司的NXCT系列純光互感器具有國內(nèi)同類產(chǎn)品無法比擬的優(yōu)勢，其一次電流20 A時可實現(xiàn)0.2 S級計量，測量的動態(tài)范圍高達100萬。采集器安裝于控制室，僅需要單模光纖進行信號傳輸。運行業(yè)績有890多套，分布于19個不同國家。這是國內(nèi)目前純光ECT的技術(shù)差距，反之，也是希望和目標之所在。

2.1.2 經(jīng)濟性比較

近階段電子式互感器價格比常規(guī)互感器高，主要是因為互感器廠家為了收回前期的研發(fā)投入，隨著技術(shù)的成熟，材料價格和生產(chǎn)成本的下降，3年后，電子式互感器肯定會比常規(guī)互感器便宜。電子式互感器在測量、運行維護、占地面積及工程施工方面體現(xiàn)的優(yōu)勢，會使其應用的總成本降低。絕緣、暫態(tài)特性、電磁特性要求越高，電子式互感器的性價比優(yōu)勢就越明顯。鑒于經(jīng)濟性考慮，工程應用中，110 kV以上電壓等級采用純光ECT，66 kV、110 kV電壓等級采用有源型ECT，35 kV及以下電壓等級采用弱模小信號互感器。

2.2 EVT選型分析

35 kV及以下電壓等級的EVT目前有3種原理：電阻分壓、電容分壓和電感分壓。電阻分壓原理的EVT的主要缺陷是溫漂高、抗電磁干擾差。溫漂高是由于分壓電阻的阻值相差較大，溫漂的一致性很難做到，大阻值電阻的溫度系數(shù)在200 ppm已經(jīng)很不錯了，難以實現(xiàn)40℃變化范圍內(nèi)維持0.2級誤差精度[9]。此外，由于二次信號輸出功率很小，抗電磁干擾能力較差。電容分壓原理的EVT由于采用的是干式電容，缺陷和電阻分壓原理類似。電感分壓原理則不同，串接電感分壓原理在66 kV等級以上的感應式電壓互感器中普遍使用，屬于成熟技術(shù)。由于二次輸出功率遠小于常規(guī)互感器的要求，將串接電感分壓原理應用于中低壓場合，體現(xiàn)了體積小、精度高、抗電磁干擾能力強的優(yōu)勢。

66 kV及以上電壓等級的EVT目前主要采用CVT電容分壓原理。CVT屬于成熟原理和成熟產(chǎn)品，EVT只是使用CVT的電容分壓支柱，體積已經(jīng)遠小于CVT，其他特性和CVT相當。

無源純光EVT雖然已有成熟產(chǎn)品，但其高昂的生產(chǎn)和制造成本，已使其退出競爭的舞臺。

3 選型參考方案

對于電子式電流互感器，無源純光ECT雖然有很多優(yōu)點，但其較高的價格會限制其在中低壓領(lǐng)域的推廣和應用。在高壓特別是直流輸電領(lǐng)域，采用全光纖式ECT有可行性，因為和傳統(tǒng)電磁式互感器相比，價格比較接近，隨著光學材料價格的下降，純光ECT將越來越有優(yōu)勢，建議220 kV及以上電壓等級采用純光ECT。有源電子式互感器雖然高壓端有采集器和取能的電子電路，業(yè)內(nèi)擔心其使用壽命。電子電路的簡化設計和元器件精心選擇必然會提高其可靠性和使用壽命，其節(jié)約的生產(chǎn)和制造成本優(yōu)勢，必然會發(fā)揚和光大在66 kV至220 kV電壓等級的應用。35 kV及以下等級電壓建議采用弱模信號輸出的電子式互感器或LPCT原理的電磁式互感器。

電子式互感器作為新技術(shù)應用，必然會遇到一些具體問題，不同原理、不同廠家的電子式互感器的特性可能會存在差異，在差動保護應用中，應該制定相關(guān)的標準，規(guī)范電子式互感器的特性。在特性不明朗時，盡量使用同一種原理的電子式互感器。

4 結(jié)束語

從長遠的角度來看電子式互感器和傳統(tǒng)互感器相比，具有明顯的技術(shù)和價格優(yōu)勢。隨著智能變電站的發(fā)展和運行經(jīng)驗積累，其穩(wěn)定性和測量性能將會顯著提高，最終將徹底取代傳統(tǒng)電磁式互感器。在穩(wěn)步推進電子式互感器的過程中，應針對不同原理的電子式互感器，綜合考慮系統(tǒng)的建設成本，有選擇地應用電子式互感器，才能體現(xiàn)電子式互感器應用的經(jīng)濟性。

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