電子式互感器在數字化變電站中的應用及前景研究

馬同新++畢欣

摘 要：隨著近年來人們的用電量逐漸地增加，小型化、智能化、可靠性高的新型電子式互感器在今后的電力系統中得到廣泛的應用。文章首先對電子式互感器的工作原理、分類及其與常規互感器的比較進行了概述，然后對電子式互感器在數字化變電站中的應用進行了研究，最后對電子式互感器的應用現狀以及今后的發展前景進行了分析。

關鍵詞：電子式互感器；數字化變電站；無源電子式互感器；有源電子式互感器

電子式互感器具有體積質量小、絕緣體結構簡單、無鐵芯、線性度好等優點，同時可直接與微機化計量及保護設備的接口相連接，這些優點促使了新型的電子互感器在不就的將來必將會取代傳統常規的電子互感器在電力系統中的應用。

1 電子式互感器的基本概述

1.1 電子式互感器的基本簡介

常規電子式互感器輸出為小電壓模擬信號和數字信號的電流，這類互感器仍存在常規互感器所存在的一些缺點，所以在新型電子互感器中，都是采用光纖輸出數字信號，文章主要對光纖輸出的電子互感器進行研究和討論。

1.2 電子式互感器的類別

1.2.1 有源電子式互感器

在IEC規定的電子式互感器的通用結構中主要包括三部分：一次部分、二次部分和傳輸系統。在有源電子式互感器中，電流互感器采用的Rogowski線圈，電壓互感器采用的是電容、電阻、電感的分壓，這些裝置可以利用電磁感應原理來感應被測信號。有源電子式互感器的高壓平臺傳感頭的部分電子電路需要電源供電，模擬量的數值采樣在一次平臺上完成，然后通過光纖將數字信號傳輸到二次系統，包括保護系統、計量系統、測控系統等等。

有源電子式互感器可以分為獨立式和封閉式氣體絕緣組合電器（GIS）式。獨立式電子互器由于絕緣的要求，采集單元安裝在絕緣瓷柱上，在實際的電力系統中，采集單元所使用的供電電源主要有激光、小電流互感器、分壓器、光電池等等。GIS電子式互感器的絕緣問題可以由GIS解決，采集模塊安裝在了遠端的接地外殼上，因此可以實現直接使用變電站的220V＼110V電壓進行供電。

1.2.2 無源電子式互感器

無源電子式互感器又稱為光學互感器，其傳感頭部分有塊狀玻璃和全光纖兩種材質。無源電子式互感器實現信號的測量主要是基于Pockels電光效應，其傳感頭部分不需要安裝電源裝置。無源電子式互感器通過光纖將電流和電業的信號傳輸到主控室進行調制解調，然后再將數字信號輸出到合并單元（MU）。無源電子式互感器的傳感頭部分的機構系統比較復雜，同時很容易受到溫度、震動等外界因素的影響，使得無源電子式互感器在實際的推廣和應用具有一定的困難。

2 電子式互感器在數字化變電站中的應用

2.1 電子式互感器在數字化變電站中的應用

現代的數字化變電站主要是用來實現智能設備之間的信息共享和互相操作。數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。數字化變電站在工作過程中的第一步就是要在過程層實現測量輸出數字化，而因此在數字化變電站中使用電子式互感器輸出數字信號最合適不過了。

通過查閱電子式互感器在數字化變電站中的結構分布圖可以得知：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）傳輸電流和電壓測量所得的數據，然后合并單元（MU）再將測量所得的數據傳輸到保護控制裝置，最后傳輸到站控層。根據IEC標準中的規定，在數字化變電站中，每個間隔之間要包含七路電流測量和5路電壓測量。電子式互感器與合并單元（MU）在進行光纖通信時可以根據實際情況采用過程總線的傳輸方式或者點對點的傳輸方式。

2.2 電子式互感器在數字化變電站中應用的優勢

2.2.1 測量精度高

傳統的電磁式互感器在測量時產生的誤差會根據二次回路負荷的改變而改變，因此會產生不可預計的誤差。而電子式互感器所傳輸的信號為數字信號，在信號的傳輸過程中不會有其他的誤差產生，因此測量精度會比較高。

2.2.2 二次設備結構簡化

現代數字化變電站使用的大部分都是數字設備，而傳統的電磁式互感器只能輸出模擬信號，模擬信號要傳送到這些數字設備需要經過小電流互感器、小電壓互感器、采樣保持、多路轉換開關、A/D轉換等環節，二次設備結構比較復雜。而電子式互感器傳輸的為數字信號，不需要經過上述的環節，可以直接傳輸到數字設備，從而大大的簡化了二次設備結構。

2.2.3 提高了間隔層和過程層連接的靈活性

傳統的電磁式互感器傳輸的是模擬信號，并且信號是通過同軸電纜傳輸的。如果遇到多個裝置需要同一個互感器傳輸信號的情況，就需要進行二次接線，過程比較復雜，同時還會受到電磁場的干擾作用。在電力系統中可以首先構造一個總線網絡，總線網絡主要由電子式互感器和使用電子式互感器傳輸信號的裝置構成，這樣就可以使得數據的傳輸變得很方便，輕松地實現數據的共享。

2.2.4 保護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，它為基于高頻暫態信號的保護創造了可行的條件，這樣一來就明顯地提高了保護裝置的快速性、靈敏度以及準確性。

2.2.5 實現有效的故障錄波

在現實生活中，故障錄波最難解決的問題就是由于內部分量電流使得小電流互感器飽和，進而使記錄的數據失去準確性。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字信號，在結構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。

3 電子式互感器的應用現狀及前景分析

3.1 電子式互感器的生產及應用現狀

國際上開始對電子式互感器進行研究開始于30多年前，許多公司已經逐步實現了電子式互感器的產品化和市場化。

ABB公司是世界上標準化光學電流和電壓傳感器設備生產的領先者，該公司已經研制和生產出了多種有源電子式互感器和無源電子式互感器，主要應用于插接式智能組合電器、高壓直流以及中低壓開關柜中等等。法國的AREVA公司是一家主要研究和生產無源電子式互感器的公司，該公司生產的無源電子式互感器像CTO、VTO和CMO等，已經被美國、法國、英國、加拿大等多個國家的變電站所使用。除此之外，日本的三菱公司、美國的Photonic Power Systems公司、加拿大的NxtPhase公司、德國的RITZ互感器公司都在進行一系列的關于電子式互感器方面的研究。

在我國，研究電子式互感器的主要有清華大學、西安交通大學、華中科技大學等高等院校以及武漢高壓研究所、電力科學研究院等研究機構和沈陽變壓器制造有限公司、上海互感器廠等互感器生產公司，這些單位已經研制出了多種樣機，并進行了試運行。

3.2 電子式互感器的發展前景

兩種電子互感器相比，無源電子式互感器一次側不需供電電源，比較具有優勢，但是其光學裝置的制作過程比較復雜，并且并能不太穩定。而目前在有源電子式互感器的研究上已經具有了比較成熟的技術，隨著大量的研制成果被運用于實際，有源電子式互感器會得到進一步的推廣和應用。

4 結語

電子式互感器特有的技術優勢和價格優勢促使其在未來的電力系統中必將發揮著重要的作用，電子式互感器的推廣和應用會促進電力系統朝著數字化和自動化的方向全面發展，為經濟的發展提供可靠的基礎，為人們的生活帶來巨大的便利。

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