高電壓互感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢探究

摘 要：隨著智能化電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對電力系統(tǒng)中的互感器有了更高的要求。傳統(tǒng)的電流、電壓互感器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段電力系統(tǒng)中的互感器要求而逐步淘汰掉，將會有新的電流、電壓互感器所取代，進(jìn)而適應(yīng)智能化電網(wǎng)的發(fā)展。文章主要論述了高電壓互感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)水平對互感器的發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高電壓；互感器技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢；探究

1 高電壓互感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段在高電壓互感器的使用上主要是電子式高電壓互感器。電子式電流互感器和電壓互感器技術(shù)已經(jīng)成熟，被廣泛的應(yīng)用于電網(wǎng)中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子式高電壓互感器產(chǎn)生了不同種類的互感器應(yīng)用于不同的輸電網(wǎng)絡(luò)中，以下是集中較為常見的電子式高電壓互感器的基本情況。

1.1 霍爾效應(yīng)電流互感器

（1）霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)反映出了感應(yīng)電壓與磁場之間的關(guān)系，當(dāng)在磁場中的導(dǎo)體中通上電流，磁場會對導(dǎo)體中運(yùn)動的電子產(chǎn)生向上的作用力，隨著一端電子的聚集就會使得導(dǎo)體兩端存在電壓差，這種效應(yīng)在半導(dǎo)體中表現(xiàn)的更為突出，這種感應(yīng)和傳統(tǒng)的感應(yīng)效果是有很大區(qū)別的。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了一種高強(qiáng)度的磁體，并且也產(chǎn)生了一種作用于小電壓輸出信號的調(diào)節(jié)電路，這就使得霍爾效應(yīng)互感器在電力系統(tǒng)電流的測定中得到了廣泛的應(yīng)用。

（2）霍爾效應(yīng)電流互感器原理及技術(shù)特點(diǎn)

霍爾效應(yīng)電流互感器主要是利用感應(yīng)電流來進(jìn)行電流測量，圖1是霍爾效應(yīng)電流互感器的基本原理圖。

霍爾效應(yīng)電流互感器的測量頻率的范圍是很廣的，可以直接測量直流電流的大小，并且測量的靈敏度很高，非線性度也比傳統(tǒng)電流互感器要好很多。此外這種互感器的體積小、質(zhì)量輕，適合電網(wǎng)輸電使用。但是它也存在著電壓溫度系數(shù)高和性能易受溫度和工藝的影響。為此，只能應(yīng)用于次高壓智能設(shè)備的電流的測量，對于在高電壓智能設(shè)備中應(yīng)用還需要進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)。

1.2 光纖式電流互感器

光纖式電流互感器主要是基于法拉第磁光感應(yīng)的，主要是將信號光源進(jìn)行調(diào)制，使得電流產(chǎn)生的磁場和信號光源之間相互作用，進(jìn)而改變光源信號的特性參數(shù)，主要是改變光的波長、強(qiáng)度和相位，然后再將調(diào)制后的光信號通過光纖傳輸?shù)焦馓綔y器，最后經(jīng)過解調(diào)光信號后獲得被測電流的大小。在光纖式電流互感器中，傳感頭是最為重要的部件，是整個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵。

光纖式電流互感器具有絕緣結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、線性度好的特點(diǎn)。此外輸出的信號可以直接與計(jì)算機(jī)計(jì)量和繼電保護(hù)設(shè)備的相關(guān)接口直接相連，進(jìn)而獲得需要測量的電流。雖然這種互感器對溫度比較敏感，但隨著OFCT技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)解決了這一技術(shù)難題。

2 高電壓互感器技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

隨著智能化電網(wǎng)的興起，傳統(tǒng)的高電壓互感器已經(jīng)不能夠滿足電網(wǎng)輸電的要求。雖然近年來，出現(xiàn)了一些新型的高電壓互感器技術(shù)，這些技術(shù)的出現(xiàn)也推動互感器產(chǎn)品的快速發(fā)展，但是基于這些新型技術(shù)的互感器測量的準(zhǔn)確度難以達(dá)到相關(guān)的技術(shù)要求。

由于智能電網(wǎng)的興起，不僅對電流、電壓的測量精度有了更高的要求，也對高電壓互感器技術(shù)提出全新的挑戰(zhàn)。像現(xiàn)今的一些新型的高電壓互感器只能夠適用于超高壓、高壓和特高壓電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)，而不能夠進(jìn)行電能的計(jì)量。由于我國的電網(wǎng)和輸變線路的信號傳遞和保護(hù)都是通過復(fù)合地線中的光纖進(jìn)行信號的傳輸，使得電力系統(tǒng)對于電容式電壓互感器的二次輸出容量的大小和通信方式需要進(jìn)行改革，也對電容式電壓互感器技術(shù)提出了更高的要求。一般的高電壓互感器的測量精度只能達(dá)到0.5級，有的只能達(dá)到1.0級，只有很少一部分的測量精度能夠達(dá)到0.2級，面對日益發(fā)展的電網(wǎng)智能化，要求測量精度至少要0.2級以內(nèi)，這樣才能滿足智能化的要求，這也是高電壓互感技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。此外，多數(shù)的高電壓互感器測量的效果很容易受到溫度的影響，使得測量結(jié)果往往達(dá)不到預(yù)期的效果，只有進(jìn)一步的進(jìn)行技術(shù)研究，找到一種能夠解決溫度影響的互感器，這樣才能夠滿足智能化電網(wǎng)發(fā)展的要求。這也是高電壓互感器技術(shù)面臨的另一挑戰(zhàn)。

3 高電壓互感器技術(shù)的發(fā)展趨勢

為了滿足智能化電網(wǎng)發(fā)展的要求，高電壓互感器技術(shù)也在不多的進(jìn)行革新，逐步向著適合在智能化電網(wǎng)中使用的方向發(fā)展。以下是高電壓互感技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)方向：

3.1 電阻分壓式LPV

電阻分壓式LPV在智能電網(wǎng)的在發(fā)展中可以滿足其發(fā)展的要求。這種互感器在使用的時(shí)候需要滿足負(fù)載的阻抗要大于100千歐，微機(jī)的輸入端的阻抗需要確保在100千歐左右，由于分壓會比較大，會使得低壓臂的電阻值會比較小，不能夠很好的滿足二次負(fù)載阻抗的要求。在今后的發(fā)展中需要采取新的技術(shù)和措施將低壓臂的電阻值增大，并且處理好低壓臂與電纜連接處的電容，這樣才能夠提高互感器的測量精度。這種互感器不僅能夠?qū)y量精度控制在0.2級以內(nèi)，并且溫度對其測量結(jié)果的影響很小。為此，這種互感器技術(shù)是今后重點(diǎn)發(fā)展的對象。

3.2 電容式電壓CVT

隨著CVT技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，相繼開發(fā)出了0.2級/400VA和0.2級/500VA等不同類型的高電壓互感器。由于CVT具有絕緣強(qiáng)度高、造價(jià)低、無鐵磁諧振、能夠有效的降低雷擊沖擊波頭陡度等優(yōu)點(diǎn)，在智能化電網(wǎng)發(fā)展中得到了廣泛的應(yīng)用。由于對計(jì)量準(zhǔn)確度和測量設(shè)備可靠性要求的不斷提高，傳統(tǒng)的微機(jī)使得CVT上的二次負(fù)荷有了明顯的降低，這樣不利于電力系統(tǒng)對諧波的監(jiān)測，掌握電壓的情況。電容式電壓CVT不僅能夠抑制溫度對測量結(jié)果的影響，并且在測量精度上也有了大幅度的提高，基本上可以確保在0.2級內(nèi)，同時(shí)也不會受到計(jì)量設(shè)備和計(jì)量準(zhǔn)確度的影響，能夠準(zhǔn)確的測量定出高壓線路中的電壓。雖然現(xiàn)今已經(jīng)在高電壓輸電網(wǎng)絡(luò)中得以應(yīng)用，但是還是存在著一些問題，只有在原有基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，才能夠使得這種互感器技術(shù)日益完善，制造出更加適合智能化電網(wǎng)發(fā)展的需要。在今后的發(fā)展過程中將會逐步趨向全膜介質(zhì)方向研究，進(jìn)而生產(chǎn)出性能更好的電容式電壓CVT，逐步的推動智能化電網(wǎng)的發(fā)展。

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，許多高電壓互感器技術(shù)也得到發(fā)展，也生產(chǎn)出了很多新型的高電壓互感器。雖然這些互感器在測量精度、電磁兼容和溫度特性方面能夠滿足智能化電網(wǎng)發(fā)展的要求，但是運(yùn)行的可靠性還需要在電力系統(tǒng)的不同工況下進(jìn)行測試，只有經(jīng)過測試才能夠了解這種高電壓互感器的性能特性。智能化電網(wǎng)發(fā)展步伐的加快，需要高電壓互感器技術(shù)也要不斷的革新，不斷的研發(fā)出新的高電壓互感，進(jìn)而推動我國智能化電網(wǎng)的快速發(fā)展。

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作者簡介：陳超（1979，12-），男，漢，陜西人，本科學(xué)歷，助理工程師。