应用于智能变电站的电子式互感器选型分析

程 莉

（江苏省电力设计院，江苏南京 211100）

近年来，智能变电站技术的研究、实践和试点工作在我国正加速推进。迄今国内已经试点的智能变电站合计90余座，还不包括部分电气间隔尝试IEC61850的站点站。电子式互感器具有传统电磁式互感器所不具备的众多优点[1，2]，在智能变电站建设中已经崭露头角。作为一种新兴技术，电子式互感器的各种性能还待进一步验证。在智能变电站建设时，如何合理选择电子式互感器，实现可靠性、实用性和经济性等关键要素有机结合和平衡，是当前智能变电站建设不可回避的重要问题。文章通过对已投运智能变电站运行资料的分析，以及工程应用中电子式互感器出现的具体问题，结合电子式互感器的研究和应用现状，从实现原理入手，综合可靠性和经济性等要素，提出了电子式互感器选型的参考标准。

1 电子式互感器简介

国际电工委员会（IEC）于1999年和2002年分别制定了 《IEC 60044–7电子式电压互感器标准》和《IEC 60044–8电子式电流互感器标准》，明确了电子式互感器的技术规范，为电子式互感器的研发和应用指明了方向。

1.1 电子式互感器的分类

标准[3，4]定义，电子式电流互感器（ECT）采用低功率线圈（LPCT）、罗氏线圈或光学材料作为一次传感器；电子式电流互压器（EVT）采用电阻/电容分压器或光学材料作为一次传感器，利用光纤进行信号传输，通过对测量电量的信号处理，实现数字量或模拟量的输出。

在66 kV及以上电压等级，按电子式互感器的高压传感头是否包含有源采集器，又可分为纯光互感器和有源电子式互感器，而35 kV及以下电压等级则采用弱模小信号互感器。图1明示了纯光互感器和有源电子式互感器的分类。根据应用方式的不同，电子式互感器还可分为独立式ECT、EVT，及组合式电子式电流电压组合式互感器（ECVT）、隔离开关组合式、气体绝缘组合电器（GIS）嵌入式和变压器套管式等不同形式。

图1 电子式互感器的分类框

1.2 电子式互感器的研发现状

我国电子式互感器的正式研究起于上世纪八十年代，目前已有多种产品以多种形式进入工程试运行阶段，2004年，南自新宁公司的OET700系列有源型ECT/EVT，率先挂网运行。2007年，南瑞继保、中德等公司的全光纤式ECT[5]，同维、许继等公司的磁光玻璃式ECT也先后挂网运行。无源型EVT由于成本太高，没有推广和应用价值。

2 电子式互感器的选型

2.1 ECT 选型分析[6，7]

电子式电流互感器主要由高压侧的传感器、光纤复合绝缘子，以及低压侧的数据处理单元组成。就实现原理而言，线圈式ECT、全光纤式ECT和磁光玻璃式ECT是目前国内66 kV及以上电压等级以及试运行的3种电子式电流互感器。

2.1.1 技术比较

有源型ECT仍基于电磁感应原理，非周期及直流分量的传感是其不足。由于高压侧传感器包含电子电路，其使用寿命是令人担心的部分。电子电路故障时需要间隔停电维修，又是其一大弊端。但其优势在于计量精度高，不需要温度补偿。

纯光ECT基于法拉第磁光效应，其优势在于：可以检测非周期及直流分量；良好的动态测量品质和使用寿命；故障维修不需要间隔停电[8]。但计量精度低（仅针对国产纯光互感器），需温度补是其主要技术缺陷。国产纯光互感器，为了减少保偏光纤的长度和熔接成本，采取将采集器安装于户外环境的做法，使纯光ECT的使用寿命等同于有源型ECT。

在此详细说明一下磁光玻璃式ECT和全光纤式ECT的优劣对比。磁光玻璃式ECT的磁光玻璃加工精度要求高，磁光玻璃与保偏光纤的连接采用粘接方式，温度对粘接损耗和精度有很大影响；全光纤式ECT中光纤即作为传感元件又作为传输元件，输入输出光路为统一路径，光学器件采用线内集成方式，温度对其测量精度的影响远小于磁光玻璃式。

有源型ECT由于技术实现较容易，产品试运行较早，试点站多而积累了一些经验，技术相对成熟是其近阶段的优势；无源型ECT试运行时间较短,还有许多需要改进的方面，如计量精度只能满足0.5级就是其一大缺陷。截止至2009年7月，对国内具有代表性的近50座智能变电站进行调查，其中不同ECT的应用情况如图2所示。

图2 ECT在我国的应用情况

AREVA公司的NXCT系列纯光互感器具有国内同类产品无法比拟的优势，其一次电流20 A时可实现0.2 S级计量，测量的动态范围高达100万。采集器安装于控制室，仅需要单模光纤进行信号传输。运行业绩有890多套，分布于19个不同国家。这是国内目前纯光ECT的技术差距，反之，也是希望和目标之所在。

2.1.2 经济性比较

近阶段电子式互感器价格比常规互感器高，主要是因为互感器厂家为了收回前期的研发投入，随着技术的成熟，材料价格和生产成本的下降，3年后，电子式互感器肯定会比常规互感器便宜。电子式互感器在测量、运行维护、占地面积及工程施工方面体现的优势，会使其应用的总成本降低。绝缘、暂态特性、电磁特性要求越高，电子式互感器的性价比优势就越明显。鉴于经济性考虑，工程应用中，110 kV以上电压等级采用纯光ECT，66 kV、110 kV电压等级采用有源型ECT，35 kV及以下电压等级采用弱模小信号互感器。

2.2 EVT选型分析

35 kV及以下电压等级的EVT目前有3种原理：电阻分压、电容分压和电感分压。电阻分压原理的EVT的主要缺陷是温漂高、抗电磁干扰差。温漂高是由于分压电阻的阻值相差较大，温漂的一致性很难做到，大阻值电阻的温度系数在200 ppm已经很不错了，难以实现40℃变化范围内维持0.2级误差精度[9]。此外，由于二次信号输出功率很小，抗电磁干扰能力较差。电容分压原理的EVT由于采用的是干式电容，缺陷和电阻分压原理类似。电感分压原理则不同，串接电感分压原理在66 kV等级以上的感应式电压互感器中普遍使用，属于成熟技术。由于二次输出功率远小于常规互感器的要求，将串接电感分压原理应用于中低压场合，体现了体积小、精度高、抗电磁干扰能力强的优势。

66 kV及以上电压等级的EVT目前主要采用CVT电容分压原理。CVT属于成熟原理和成熟产品，EVT只是使用CVT的电容分压支柱，体积已经远小于CVT，其他特性和CVT相当。

无源纯光EVT虽然已有成熟产品，但其高昂的生产和制造成本，已使其退出竞争的舞台。

3 选型参考方案

对于电子式电流互感器，无源纯光ECT虽然有很多优点，但其较高的价格会限制其在中低压领域的推广和应用。在高压特别是直流输电领域，采用全光纤式ECT有可行性，因为和传统电磁式互感器相比，价格比较接近，随着光学材料价格的下降，纯光ECT将越来越有优势，建议220 kV及以上电压等级采用纯光ECT。有源电子式互感器虽然高压端有采集器和取能的电子电路，业内担心其使用寿命。电子电路的简化设计和元器件精心选择必然会提高其可靠性和使用寿命，其节约的生产和制造成本优势，必然会发扬和光大在66 kV至220 kV电压等级的应用。35 kV及以下等级电压建议采用弱模信号输出的电子式互感器或LPCT原理的电磁式互感器。

电子式互感器作为新技术应用，必然会遇到一些具体问题，不同原理、不同厂家的电子式互感器的特性可能会存在差异，在差动保护应用中，应该制定相关的标准，规范电子式互感器的特性。在特性不明朗时，尽量使用同一种原理的电子式互感器。

4 结束语

从长远的角度来看电子式互感器和传统互感器相比，具有明显的技术和价格优势。随着智能变电站的发展和运行经验积累，其稳定性和测量性能将会显著提高，最终将彻底取代传统电磁式互感器。在稳步推进电子式互感器的过程中，应针对不同原理的电子式互感器，综合考虑系统的建设成本，有选择地应用电子式互感器，才能体现电子式互感器应用的经济性。

[1]王 鹏，罗承沐，张贵新.基于低功率电流互感器的电子式电流互感器[J].电力系统自动化，2006，30（4）：98-101.

[2]李九虎，郑玉平，古世东，等.电子式互感器在智能变电站的应用[J].电力系统自动化，2007，31（7）：94-98.

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