電氣系統中互感器可靠性分析

王楠

（華晨寶馬汽車有限公司 遼寧 沈陽 110143）

摘 要：本文主要對有源電子式互感器的供能電路進行了研究，設計了懸浮取能的整體方案，對其中關鍵器件電路進行了介紹和研究。本文重點研究了懸浮供能在線供能方式，針對其兩個難點，其一：當線路電流處于小電流狀態時，要保證電源的供應；其二：當一次電路發生短路或是某種原因引起的電流變大超過額定電流時，如何保護供能電路免受過電壓的傷害而輸出穩定的電壓。給出解決方案，協調兩者的關系。

關鍵詞：電子式互感器；小電流；額定電流

電網電壓等級越來越高，數字化變電站越來越普及，電流互感器的應用就越來越廣泛。而電流互感器高壓側供能問題一直是各個科研機構、生產廠家及高校的研究熱點，本文研究的主要內容是：首先對大量的國內外電子式互感器設備生產制造情況進行收集、調研；在此基礎上，分析研究了電子式互感器工作原理，并對不同電子式互感器的性能進行了比較和分類；接著又提出了自勵源與扼流線圈相結合的供能的方法，并利用特殊磁芯的電磁轉化效應進行設計，從而降低了供能裝置的啟動電流，使得供能裝置在異常大電流狀態下不受過電壓以及溫升影響，保護裝置性能完好不易被破壞。

1、電子式互感器的構成

電子式互感器一般由傳感模塊和吞并單元兩部分構成（吞并單元但是互感器的一個組件，也但是一個獨立的單元），傳感模塊又稱遠端模塊，安裝在高壓一次側，擔任搜集、調度一次側電壓電流并轉換成數字信號。吞并單元安裝在二次側，擔任對各相遠端模塊傳來的信號做同步吞并處理。

IEC規范界說了接口的重要構成部分-----兼并單元MU，并嚴厲規范了它與維護測控設備的接口方法。兼并單元的主要功能是同步收集多路ECT/EVT輸出的數字信號并依照規范規則的格式發送給維護測控設備。兼并單元的主要特點有：

（1）MU到IED設備之間采納高速單向數據銜接；

（2）選用CRC的數字電路完成采樣數據校驗；

（3）具有高速采樣率，每周波采樣頻率達80或256點；

（4）物理層選用光纖；

（5）數據層支撐100Mb/s以太網

2、電子式互感器對故障測距的影響及對策分析

鑒于行波測距裝置測量和定位的準確度較高，目前國內采用的故障測距裝置大多是基于行波測距原理的。智能化變電站行波測距裝置在測距原理上與傳統變電站沒有區別，主要差異是信號提取方式的不同，傳統變電站主要是利用電磁式CT/PT獲取行波信息，智能化變電站如何從電子式互感器提取行波信息是實現行波測距的關鍵。現有羅氏線圈型電流互感器采樣頻率主要滿足保護等功能需求，其采樣頻率基本在10kHz以內，完全能夠滿足保護等設備的要求，但對于上兆赫茲的行波信號，羅氏線圈型電流互感器則無法采集到，因而不能滿足行波測距和行波保護的要求。

其改進方案有如下三種：

（1）在現有輸出不變的前提下，另外增加一路光輸出信號（采樣應不小于1MHz），具體做法是在不改變互感器特性和不影響數據采集的情況下，增加一塊高速數據采集單元，用于采Rogowski線圈中的高頻行波信號，其原理如圖1所示：

（2）對原有的Rogowski 線圈及采集單元不做改動，另外增加一個Rogowski 線圈和一塊高速數據采集單元，做到雙線圈互不干擾，采集板互不影響的前提下，就保證了低頻率信號和高頻行波信號完全經由各自的通道，分別采集和處理，完成各自的任務。如圖2所示：

（3）將羅氏線圈型電流互感器中原有的低頻信號采集線路板更換為可同時采集低頻信號和高頻行波信號的通用高速數據采集單元，所有的信號經該采集單元采集后經由不同通道傳輸。如圖3所示：

三種方案比較分析如下：

方案一：在原有的羅氏線圈型電流互感器中僅增加一塊高速數據采集單元，在做到兩個采集模塊互不影響的情況下，既能夠保證低頻率信號的輸出，也可以滿足行波信號的采集。該方式對羅氏線圈型電流互感器的原有結構改動較小，可行性較高。

方案二：在原有的羅氏線圈型電流互感器中增加一個羅氏線圈和一塊高速數據采集單元，從源頭上做到了高頻與低頻的完全分離，信號的可靠性更高，但此方案對原有羅氏線圈型電流互感器的結構改動較大，對于220kV 及以上電壓等級的羅氏線圈型電流互感器，內部已含有兩套傳感元件，若再增加一個羅氏線圈，必然會增加結構的復雜性以及互感器內部的電磁干擾，同時也會大大增加互感器的制造成本。

3、對變電站自動化系統的影響與改進

由于電子傳感器具有數字輸出、接口方便、通訊能力強的天然特性，其運用將直接改動變電站通訊系統的通訊辦法，特別是一次設備與間隔層二次設備間的通訊辦法。運用電子互感器輸出的數字信號，運用現場總線技能完成點對點/多個點對點或進程總線通訊辦法，將徹底代替許多的二次電纜線，徹底解決二次接線雜亂的表象，可以簡化丈量或維護的系統結構，削減誤差源，有利于提高全部系統的準確度和穩定性，完成真實意義上的信息同享。

對變電站自動化系統的影響也體現在對通訊系統結構的影響。非常規互感器的運用對通訊系統的影響和改進首要體現在以下幾個方面：

（1）信息通訊辦法的改動使得距離層和進程層的聯接辦法更加敞開敞開和活絡。由于傳統電磁式互感器傳送的是模擬信號，當多個不一樣設備需要同一個互感器信號的時分，就需要進行雜亂的二次接線。

（2）對通訊體系構造的影響IEC61850規范系列將變電站通訊體系分為三層：變電站層、距離層、進程層。站控層總線處理變電站層和距離層的通訊，進程層總線處理距離層和進程層的通訊以及合并單元與二次設備之間的串行單向多點通訊。

參考文獻：

[1]張貴新，趙清姣，羅承沐.電子式互感器的現狀與發展前景[J].電力設備.2006（4）.