電子式互感器設計及其在智能變電站中的應用

段程煜

貴州電網有限責任公司畢節供電局

電子式互感器設計及其在智能變電站中的應用

段程煜

貴州電網有限責任公司畢節供電局

電子式互感器作為智能變電站的關鍵技術之一，具有著傳統互感器無法比擬的優勢，與此同時在電網動態觀測以及提升機電保護可靠性上有著十分重要的作用。本文在闡述電子式互感器設計的基礎上論述了其在智能變電站中的應用。

電子式互感器；智能變電站；應用

引言

目前，國內外對電子式互感器的研究多集中在采用羅氏線圈的電流互感器和電容分壓式電壓互感器上，這是因為上述兩種互感器的結構比較簡單，并且均進入了實用化階段。

1 、電子式互感器的工作原理

羅氏線圈電流互感器。對于光電電流互感器而言，其傳感頭采用的是羅氏線圈，它對電流互感器的測量性能具有非常重要的作用。羅氏線圈具有如下特點：測量線性度好、無飽和、反應速度快、被測電流的位置對線圈本身的影響較小，也基本不會出現飽和現象。采用羅氏線圈可以對變化速度較快的大電流進行準確測量，正是因為它的這一特點，使其在高壓側電流檢測與保護中獲得了廣泛應用。相關研究結果表明，電子設備對溫度變化十分敏感，無論是高溫或是低溫都會對其性能造成影響，如長時間的高溫會使半導體元件損壞。

2 、電子式互感應用中常見的問題及相應措施

2.1 由自取能與光供能構成的混合型

供能稱作有源電流互感器，此類型互感器容易產生供能轉換失敗，往往會造成保護跳閘。有源電流互感器運行中，利用合并單元判別供能措施，當電流互感器的電流處于某個固定范圍內時，高壓側的轉換元件在工作時是利用取能線圈而開展，電流大于該范圍的時候，高壓側的轉換元件則依靠激光供能進行工作。根據目前智能變電站的穩定發展現狀，國產激光器件性能不能滿足其要求，如果電流出現突變，合并單元難以控制，從而使自取能和光功能無法實現正常切換。然而，現場切斷合并單元和供能間的通信光纖，使自取能和光供能達到同時工作的狀態，可以確保供能元件的可靠性，為電流互感器穩定運行提供更好的保障。

2.2 電子式互感器采集器缺少抗干擾能力，易損壞

安裝于高壓側的獨立支柱互感器采集器，抗電磁干擾水平不高，會因大雨、雷電等天氣而發生保護跳閘。據統計，曾在1年內，有4個廠家互感器因采集器感應尖頂波而發生誤跳閘。高壓側電路板里存有獨立支柱互感器的采集器，容易出現損壞，直接影響在線監測系統和監控的質量。保護跳閘常常受到刀閘的影響，因此在操作中務必確保合閘，目的是防止分閘致保護誤跳閘；電子互感器中的抗干擾水平需要進一步加強，確保互感器穩定、長期運行。

2.3 合并單元存在裝置不穩定、抗干擾水平弱以及散熱能力差

一些生產廠家的合并單元，投運后因散熱問題導致保護裝置報采樣數據無效，對于此問題，我們更換了合并單元散熱板，采取光纖外置散熱，屏柜敞開通風等措施。許繼合并單元FT3發送模塊數據緩沖區不夠，當到達發送時間時，有可能數據還未準備好。從而導致合并單元輸出地FT3數據有丟幀現象，致使相關保護閉鎖，經廠家升級后問題消除。

3 、電子式互感器在智能變電站中的應用

3.1 從技術經濟角度合理選配

電子式互感器從大量的文獻資料和實踐工作經驗可知：對于電子式互感器而言，無源純光電子式互感器相比有源互感器具有非常多的優點，但由于其結構緊湊且復雜，技術要求較高，相應價格也較高，目前，在低壓供配電網絡中推廣應用受到很大限制。而對于高壓電力系統尤其是直流高壓電力系統而言，選用全光纖式ECT/ EVT電子式互感器，其可以有效提高系統的綜合自動化水平，且應用經濟效益較為明顯，同時設備價格也同常規高壓電磁式互感器非常接近，尤其在近年來隨光學材料價格的降低其性價比越來越高，純光ECT/EVT電子式互感器其在高壓智能變電站系統中應用性能非常優越。筆者結合多年實踐工作經驗，建議對于220kV及以上電壓等級的高壓智能變電站而言，推薦采用全光纖式ECT/EVT電子式互感器；而對于110kV變電站則推薦采用光電、線圈式的電子式互感器相互搭配，其運行效果和綜合經濟效益較好；而對于35kV及以下智能變電站而言，則推薦采用具備弱模信號輸出的線圈電子式互感器。以某220kV變電站系統技術升級改造為例：變電站220kV和110kV全部采用GIS金屬封閉組合式開關設備，其中與之相互搭配全部采用光纖電子式互感器，且在每個間隔中配置一組測控保護線圈、一組計量監測線圈，線路的間隔配置低功率電子式互感器，以模擬量輸出為主，其額定一次電流為500A。計量監測互感器其額定二次輸出的電壓為150mV額定的電流設計為500A，測量的二次輸出為01CF，工作精度為0.5級；而測控保護其額定二次輸出為2D41，工作精度為5P；低壓35kV主要設備全部采用室內開關柜，將低功率電子式互感器集成安裝在開關柜內，因其體積小且緊湊運行維護較為方面。

3.2 電子式互感器MU合并單元的優化配置

在智能變電站系統中，電子式互感器設備其MU合并單元優化配置過程中，應嚴格按照對應數據信號采集單元進行優化配置。對于雙母線、雙母線帶旁路母線的變電站而言，除了設備對應的MU合并單元外，還應設置專門MU合并單元以確保變電站電壓并列的準確可靠性，以便變電站在調控運行過程中某間隔MU合并單元的切換退出運行后，由專門的MU合并單元向變電站系統中的其他測控、保護、計量等IED智能電子設備提高相應的電壓、電流信號，實現同期操控功能。對于220kV及以上電壓等級的變電站間隔，其MU合并單元通常應根據間隔布置獨立設置MU合并單元屏，而對于110kV間隔而言，其MU合并單元可獨立配設合并單元屏，也可與其他IED智能電子設備相互組屏；而對于35kV及以下變電站系統，則推薦將MU合并單元應設置在開關柜中，以實現變電站自動化系統的集成智能化等功能，同時便于后期的運行維護。

4 、結語

電子式互感器在技術、占地面積、暫態特性及絕緣結構等方面具有顯著優勢，制備電子式互感器的產生成本相對較小，可進行批量生產，同時還擁有良好的實用性、適用性和穩定性。同步電子式互感器的相關開發和研究以及其運行管理等經驗在智能變電站的速設和運營口中發揮著重要的作用。

[1]楊衛星.智能變電站技術方案研究[D].浙江大學，2011.

[2]陳勇.電子式互感器實用化相關問題研究[D].華中科技大學，2013.