數字化變電站技術及電子互感器技術研究

于明光，王 強

（國網遼寧省電力有限公司本溪供電公司，遼寧 本溪 117000）

1 數字化變電站的技術特點分析

1.1 層次化

數字化變電站為三層結構，包括過程層、間隔層、站控層。三層之間借助高速網絡實現相互通信。電氣設備智能化部分位于過程層，主要負責測量電氣量參數、監測設備運行、驅動操作控制。相較傳統變電站而言，數字化變電站實現了統一的模型建設，利用間隔層可對通信信息進行分層次傳輸，并且形成了標準的通信接口，可實現與智能化設備的無縫對接[1]。

1.2 層間無縫通信

數字化變電站中，各層之間利用高速網絡實現變電站與控制系統的通信，大幅提升了信息傳遞效率和共享水平。數字化變電站在具備傳統變電站監測、保護、控制等功能的基礎上，還借助標準化的操作平臺，實現了動態監測、故障診斷、電能質量監測、遙視、仿真模擬等功能[2]。標準化操作平臺依靠站控層中的計算機系統進行運行，利用計算機系統可即時處理各類對象模型，提高數字化變電站的運行維護工作效率。

1.3 設備關聯程度高

數字化變電站中，各類設備相互關聯的程度相對較高。在網絡運行條件下，變電站的保護設備、監測設備、通訊設備、控制設備等均在同一網絡下運行，使得一次設備和二次設備實現了網絡化、智能化管理。

2 電子互感器技術在數字化變電站中的應用

2.1 電子互感器的原理

電子互感器歸屬于電氣測量儀器的范疇，由互感器測量所得的電氣量，可以傳給控制裝置。電流互感器和電壓互感器是電子式互感器中最常見的兩種類型。雖然這兩種類型的互感器在功能上有所差別，但它們的基本原理沒有顯著差異，具體的工作原理如圖1所示。

圖1 電子互感器的工作原理

通過對圖1進行分析可知，當電子互感器中的一次傳感器接收到相關的信號后，會經過處理后傳給一次轉換器，隨后再傳給傳輸系統，最終利用二次轉換器將信號轉換為電氣量，并提供給繼電保護等裝置，為監控、保護功能的實現提供可靠依據[3]。

2.2 具體應用

數字化變電站中，對電子互感器進行具體應用時，互感器的配置是關鍵環節。配置的合理與否，直接影響電子互感器功能和作用的發揮。在對電子式互感器進行配置的過程中，應對如下要點加以注意。

雙重化標準。可以按照電壓等級對電子互感器進行合理選擇，并利用光纖進行連接，據此實現對控制室內合并單元信號的傳輸。在信號通道配置上，應當按照雙重化標準進行配置。

范圍控制。對于電壓等級為110 kV的變電站，在對電子互感器進行配置的過程中，信號應當輸入到控制室內的合并單元，并且不得超出這個范圍，以免引起設備異常。

按組屏方式安排。在電壓等級為10 kV的數字化變電站中，可在開關柜的內部選擇一個適宜的位置對電子互感器進行配置?；ジ衅鞯陌才?，可按照開關柜的組屏方式確定。如果開關柜采用的是集中組屏方式，電子互感器的輸出信號經過數字化處理后，會傳給位于控制室內的合并單元，而合并單元輸出的信號，則會傳給位于間隔層內的數字化終端。

設置輸入通路。在對電子互感器進行配置時，應針對其上的合并器增設一條輸入通路。對于電流相對較小的接地選線，則可通過零序互感器實現[4]。

變壓器測溫。電子互感器在進行信號傳輸時，通常依托光纖線路。對于檢測到變壓器的溫度信息，可通過模擬電流輸出到控制室的合并單元，從而實現對變壓器的溫度監控。

2.3 應用優勢

通過研究電子互感器在數字化變電站中的應用發現，電子互感器具有諸多應用優勢，具體體現在如下幾個方面。

提升保護裝置的正確率。數字化變電站中，通過電子互感器的應用，大幅提升了保護裝置動作的正確率。由于電子互感器中沒有鐵芯，不存在磁飽和的隱患問題，且互感器還具有良好的暫態性，對于設備故障的反應不但及時而且準確。這些性能指標，滿足了數字化變電站內以暫態信號作為判斷參量的微機保護裝置的動作要求[5]。通過對某數字化變電站應用電子互感器前后的數據進行對比分析后發現，在沒有應用電子互感器前，全年誤動作的次數在10～12次，由此引起的大范圍停電事故2起，造成了巨大的經濟損失。應用電子互感器后，繼電保護裝置未出現過誤動作的情況。

抗干擾能力增強。電子互感器在數字化變電站的應用，可以有效消除鐵磁諧振，由此進一步增強了抗干擾能力[6]。例如，某數字化變電站原本采用的是電磁式電壓互感器，某一次側熔斷器保險絲熔斷，引起電壓減載保護和低頻保護動作，斷路器跳閘，引發大范圍停電事故。通過對這次事故的成因進行分析后發現，是因為鐵磁諧振產生的過電壓導致熔絲熔斷。由于電子互感器不會出現鐵磁諧振情況，所以運行過程中不會出現過電壓?？梢?，它的應用能夠有效解決該問題。

降低成本低。在數字化變電站中，電子式互感器與傳統變電站的電磁式互感器相比，具備體積小、功耗小、質量輕、節能性好等優勢。電子式互感器采用的絕緣材料為結構簡單的玻璃纖維，可有效降低電子式互感器的成本。電子式互感器的各個電子器件損壞率較低，使用壽命較長，可減少運行維護階段的成本支出。調查資料顯示，應用傳統的電磁式繼電器，每年需要付出的維修費用為12萬元。而應用電子式繼電器，每年維修費用不足3萬元，成本控制效果明顯。此外，電子式互感器的耗電量較小，僅為傳統電磁式繼電器耗電量的1/7左右。

節約人力資源。數字化變電站中，借助高速網絡可實現電子式互感器的數字信號快速傳遞，提高數據通信速率。在變電站數據通信要求下，還可以構建現場總線網絡，實現互感器數據的高度共享。數字化變電站可依靠遠程操作系統進行自動化操作和遠程操作，實現對變電站設備運行的狀態監測，大幅減少運維人員的工作量，甚至能夠實現無人值班，有效節省人力資源配置。根據調查資料顯示，數字化變電站在應用電子式互感器后，與傳統的變電站相比，可節省40%的人員配置。

減少故障發生。數字化變電站中，智能化設備的故障發生率明顯降低。這是因為電子式互感器利用光纖連接高壓側與低壓側實現信號傳輸，可有效避免高壓回路和二次回路對信號傳輸造成干擾，消除設備誤動作現象。此外，電子式互感器具備測量精度高、穩定性強、適應范圍廣等優勢，可彌補傳統電磁式互感器依靠補償元件提高測量精度的弊端。這種情況能夠減少元件之間的連接故障，使電子式互感器利用自身功能便可以滿足變電站的運行要求，無需借助其他元件設備。調查資料顯示，數字化變電站應用電子式互感器可明顯降低繼電保護裝置的故障率，降低幅度高達80%。

3 結 論

綜上所述，在數字化變電站中，通過對電子互感器的合理配置和應用，提高了變電站的運行穩定性，充分體現了電子互感器的優勢。為推動數字化變電站的發展，應對電子互感器進行大范圍推廣使用。同時，業內的專家學者應在現有的基礎上，加大對電子互感器技術的研究力度，通過不斷改進、優化，完善電子互感器的性能，從而使其更好地為數字化變電站服務。

[1] 和前偉.電子式互感器在數字化變電站的應用[J].云南電力技術，2012，40（3）：67-69.

[2] 班正超.電子式互感器在數字化變電站中的應用[J].電子測試，2012：410.

[3] 馬同新，畢 欣.電子式互感器在數字化變電站中的應用及前景研究[J].無線互聯科技, 2015，（3）：147-148.

[4] 姜立憲，劉慶剛.電子式互感器在數字化變電站中的應用[J].中小企業管理與科技，2015，（11）：231-232.

[5] 舒逸石，于培杰，段少輝.淺談電子式互感器在數字化變電站中的應用[J].華中電力，2012，25（2）：103-105.

[6] 侯昌明.電子式互感器在數字化變電站中的應用[J].電子測試，2013，（20）：66-67.