電子式互感器在智能變電站的應用研究

韓亮 崔紹軍 宋宇

摘要：電子式互感器相較傳統互感器有著很多優點，是未來的發展方向。本文以智能化變電站內的電子式互感器為切入點，論述了電子式互感器的原理、特點、優點及其在智能變電站內的應用。

關鍵詞：電子式互感器；智能變電站

引言

智能變電站是由智能化一次設備和網絡化二次設備分層構建，建立在IEC61850通信規范基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站。電子式互感器是智能一次設備的重要部分，是一次設備電流電壓轉化為二次測控、保護用電流電壓的關鍵所在。

為了保證電力系統安全經濟的運行，需要對電力系統及其中各電力設備的相關參數進行測量，以便對其進行必要的計量、監控和保護。通常的測量和保護裝置不能直接連到高電壓、大電流的二次回路上，而需將這些高電壓端的電力參數按比例變換成低電壓端的參數或信號，以供給測量儀器、儀表、繼電保護和其他類似的設備使用。互感器是電力系統中用于電能計量和繼電保護的重要設備之一，其測量準確度及可靠性對電力系統的安全、穩定和經濟地運行有著重要的影響。

電力互感器按量測參數類別通常可分為兩大類：一類是電流互感器；另一類是電壓互感器。電流互感器是將一次回路的大電流成比例的變換為二次回路小電流。電壓互感器是將一次回路的高電壓成比例的變換為低電壓。電力互感器還可以按電流變換原理分為電磁式互感器和新型互感器。傳統的CT、VT屬于電磁式互感器，根據電磁感應原理傳感電流、電壓的變化；新型互感器一般基于光電技術和電子技術，因此，根據國際電工委員會標準，新型互感器被統稱為電子式互感器，代表了電力互感器的發展方向。2002年，根據電子式互感器的研究和發展情況，國際上制定頒布了IEC60044-7《電子式電壓互感器標準》和IEC60044-8《電子式電流互感器標準》以及IEC61850《變電站通信網絡和系統協議》，對電子式互感器的特點、性能指標和檢定原則進行了規范，為電子式互感器的推廣應用奠定了基礎。

以國網公司2010年新建的220kV西涇變電站為例，它作為國網公司第一個220kV智能化變電站，在220kV、110kV全部采用GIS設備的情況下，大量應用了OCT（光學電子式電流互感器）、EVT（電子式電壓互感器）這兩類電子互感器。

設計規范要求，110kV、220kV智能變電站的110、220kV電壓等級宜采用電子式互感器。西涇變在220kV、110kV、主變三側應用了全光纖型電子式電流互感器，其原理采用賽格耐克效應，所有OCT均采用雙A/D采樣，其中220kV、主變三側采用“4敏感環+4A/D”模式，110kV采用“2敏感環+2A/D”模式，所有GIS全光纖型OCT均采用氣室外安裝；全站220kV、110kV電壓互感器均采用EVT，均采用雙A/D采樣，采用獨立罐體安裝；所有OCT、EVT采用一體化設計、一體化安裝。

GIS電子式互感器的原理是利用空芯線圈及鐵心線圈式低功率電流傳感器(LPCT)傳感被測一次電流，利用同軸電容分壓器傳感被測一次電壓，利用遠端模塊將空芯線圈、LPCT及電容分壓器輸出的模擬信號就地轉換為數字信號通過光纖輸出。GIS電子式互感器按照出廠檢驗規程檢驗合格后出廠并發運至GIS廠，GIS廠負責將電子式互感器裝配于相關間隔的GIS中并隨GIS一起進行有關試驗（耐壓、氣密、局放等）。

OCTEVT將電壓電流采集過來之后，需要一個裝置處理這些信息并將其上傳到保護測控裝置或者是到網絡上。合并單元適用于電子式互感器數據合并，完成一個線路間隔全部模擬量采集。一個線路間隔所有模擬量采集可以通過合并單元靈活擴展給多個保護和測控裝置提供數據。通過兩臺合并單元則可以實現一個雙重化配置且互相完全獨立的線路間隔模擬量采集系統。

傳統的電流互感器在應用時有很多問題，比如絕緣要求高、重量支撐結構復雜，且固有的磁飽和現象等，當磁飽和嚴重時造成保護的拒動或誤動。另外，對于傳統的電流互感器來說，二次絕對不允許開路，以防止損壞設備，但是對于OCT來說沒有這種限制，EVT它同樣可以解決傳統的電壓互感器的絕緣要求高、動態響應范圍窄、磁飽和、二次怕短路等問題。

與傳統電磁式互感器相比，電子式互感器主要有以下特點：

①電子式互感器可從實現原理上根本地避免磁路飽和、鐵磁諧振等問題，提高采集精度。

②頻率響應寬，動態范圍大，可有效進行高頻大電流的測量，基于光學原理的電子式電流互感器還可進行直流的測量。

③沒有電磁式互感器因采用油絕緣而導致的易燃易爆等缺陷，二次信號通過光纖傳輸，也沒有電磁式互感器二次側開路和短路等危險。

④二次側信號通過光纖傳輸，也沒有電纜傳輸方式的電磁干擾問題。

⑤絕緣結構簡單，一次高壓與二次設備通過光纖連接，無電磁式互感器的絕緣問題。

⑥體積小、重量輕、造價低，隨著電壓等級的升高這些優勢更加明顯。

⑦二次側可直接輸出數字信號與其他智能電子設備接口，滿足數字化智能變電站的要求。

結論

這樣在數字化智能變電站，大量采用OCT、EVT等智能一次設備后，體積小、重量輕、造價低，直接輸出數字信號，沒有了傳統互感器容易飽和、怕短路、絕緣易產生異常等問題，西涇變全站使用光纜約16公里，二次控制電纜約17公里，二次電力電纜約6公里，電纜用量較同規模常規站減少約82公里。智能化的一次設備，給測控、保護等設備提供了數字化的一次設備信息，西涇變在應用電子式互感器方面取得了巨大的成功，給后續其他新建智能變電站提供了寶貴的經驗。

當然在本次工程中，由于廠家原因，EVT與OCT合并單元規約不互通，最終EVT采用獨立的合并單元進行規約轉換后接入OCT合并單元，今后應對OCT和EVT的合并單元硬件整合，利用公共的合并單元采集電流電壓信號，互感器輸出規約按統一規約建模。這樣，將能夠將全站的裝置再減少20%，還能節省大量電纜線材。

參考文獻

[1] 梁曉華 GIS用電子式電流電壓互感器的應用研究

[2] 智能變電站設計規范 國家電網公司企業標準

作者簡介：

韓亮（1982年—），男，江蘇無錫人，本科，變電運行助理工程師，從事變電運行管理工作。

崔紹軍（1975年—），男，江蘇無錫人，本科，變電運行技師，從事變電運行管理工作。

宋宇（1980年—），男，江蘇無錫人，本科，變電運行助理工程師，從事變電運行管理工作。