数字式光电电流互感器在变电站中的实际应用

孙 涛

（四川省电力公司达州电业局，四川 达州 635000）

随着我国经济的不断发展，电力系统也得到了飞速发展，对于发电与输电的容量要求越来越大，为了确保其运行的可靠、稳定性能，改善应用传统的电磁式电流互感器的不足，加强系统运行的自动化，缩小变电站用地面积以及建设空间，相关设计的电流互感器一定要达到“智能化、光纤化、数字化”的要求。其中数字化指的就是尽可能的淘汰指针式读数盘的传统模拟信号方式，用相应的数字式仪表替代，降低由于人为读数而造成误差的可能性。所以，为了使变电站的运行情况更加可靠、稳定，一定要加大对数字式光电电流互感器的研究力度。

一、电磁式电流互感器的概述

（一）工作原理

我国现阶段变电站中使用均是电磁式电流互感器，以前将其称之为CT，现在已经改称TA，其工作原理与电磁感应的原理相似。由于绕组匝数比较少，所以，一次绕组中的电流通常是取决于被测电路的相关负荷电流，一般与二次电流无关；二次绕组通常是与继电器以及测量仪表等相关电流线圈进行串联的，因为两者电流线圈的阻抗均比较小，电流互感器的运行状态通常是维持在近乎于短路的情况中；在电流互感器的运行过程中，是不允许出现二次侧开路的情况，假如出现了二次侧开路的情况，一次侧电流是保持不变的，二次侧电流就会变为零，此时需要利用全部的一次侧电流进行电流互感器的励磁，相应的铁芯中磁通量的密度也会有所增加，导致铁芯中有用功的损耗量不断增大，使铁芯发热，最终就会损坏电流互感器，除此之外，因为铁芯中磁通量密度的不断增加，在二次绕组中电流互感器所能感应出来的电压值非常高，其最高值可以达到上千伏。所以，在实际应用中，为了避免出现二次侧开路的情况，一定要保持二次绕组的短路状态。

（二）应用运行中存在的问题

1 绝缘结构方面的问题

随着电压等级的不断提高，通常情况下选用的绝缘方式为气体绝缘与油纸绝缘这两种方式，在超高的电压条件下，电磁式电流互感器所选用的绝缘方式就是串级绝缘法。由此可以看出，电压的等级越高，所选用的绝缘结构也就越复杂，在制造方面也就越难，相应的造价也就越高，甚至达到了电压等级的三次方倍，在应用运行中是一个存在比较普遍的问题。

2 测量准确度的问题

因为一次线圈同高压母线的电位是一致的，二次线圈的低压侧同相应的低压设施连接，这两者之间的线圈是通过铁芯进行联通的。随着电压等级的不断加强，低、高压之间的绝缘距离也就相对的有所增加，此时也只有通过增加磁路的方式加强一、二次线圈之间的联通。由于测量误差值同电流互感器磁路的平均长度之间是成正比的关系，所以，在增加磁路长度的时候，相应的测量误差值也会跟着增加。通常情况下，电力系统中对于电流互感器测量的准确度大致可以达到0.3级，并且还存在着一定的影响因素，相应的测量准确度也会受到不同程度的影响，导致其更加的不准确。

3 机械设施方面的问题

因为电磁式电流互感器设施的体积一般都比较大，质量也比较大，对于运输、安装方面都存在着一定的不便，并且在运行作业的时候，还需要使用一些绝缘支架进行一定的支撑，进而给相应的维修工作带来很大的不便。

4 潜在危险的问题

电磁式电流互感器是利用电磁变换的原理完成一、二次线圈之间的能量传递过程，所以，在一、二次线圈之间一直都会存在着一些电磁联通。假如二次线圈因为某种情况发生了开路情况，一次线圈中的所有电流就会成为励磁电流，在二次线圈当中感应出非常高的电压值，并且会危及到设施、人员生命的安全。除此之外，在系统中还存在着由于绝缘击穿以及突发性爆炸而导致的单相对地短路等不确定问题。

（三）改进措施

1 降低二次负载

对于电磁式电流互感器中的继电保护装置一定要选用交流功率消耗比较小的，并且尽量将继电保护装置进行就地安装，尤其是环境气候相对比较恶劣的条件下。除此之外，也可以通过降低二次额定电流的方式予以实现，因为电流互感器的功率消耗是同电流的平方成正比关系的，所以，降低二次额定电流，并且在保持负载阻抗不变的基础之上，减少了二次回路的功率消耗。

2 选用适当继电保护装置

对于电磁式电流互感器中的继电保护装置而言，一定要具备较强的抗饱和能力，进而在运行作业的过程中，充分的利用不饱和段的信息，在一段时间内确保继电保护装置的正常运行。与此同时，一定要采取快速的保护判断标准，对电流饱和之前的情况进行准确的判断。

3 应用数字式光电电流互感器

应用数字式光电电流互感器可以有效的解决电磁式电流互感器中继电保护装置精度不高以及容易饱和等一系列问题，并且还具备绝缘性能良好、体积比较小、数字化以及不存在开路危险等一些特点。所以，在技术方面而言，数字式光电电流互感器完全可以代替电磁电流互感器进行应用。

二、数字式光电电流互感器的概述

（一）结构及其特点

数字式光电电流互感器主要是由传感器单元以及合并器单元共同构成的，它们之间均是通过光缆进行连接的，同时利用串联感应分压器与“罗氏线圈”达到混合交流电压电流目的的互感器。其中，传感器单元的主要作用就是对一次线圈的模拟量实行一定的转换以及数字化处理，同时将相应的数字信号通过光缆传输到合并器中，之后合并器将得到的数字信号与电磁式电流互感器中的模拟信号实行合并处理，最后将相应的信号以光信号的形式传递给其它的二次设施，为其运行提供一定的数据参考。该类结构具有的特点主要有：外绝缘材料通常使用的都是硅橡胶有机复合材料，进而加强了设施抵抗外部环境变化的能力；整个结构的信号柱以及传感器使用的均是特种绝缘脂的真空灌封，具有非常强的绝缘能力；具有非常强的抗电磁干扰的能力，数据的可靠性非常高。

（二）优势

数字式光电电流互感器具有较高的精度、较好的暂态特性、无磁饱和以及较宽的频率范围等优势。数字式光电电流互感器采取的是串联式的感应分压器，具有非常高的测量精度，可以有效的解决电磁式电流互感器中存在的铁磁谐振的现象。在低、高压部分进行了相应的光电隔离，进而不会发生电压互感器二次侧短路以及电流互感器二次侧开路等一些可能会影响设施以及人员生命安全的问题。在设施中使用光缆，完全代替传统上的电缆，这样不仅可以在一定程度生减少光电互感器实际使用的相关成本，还可以加强设施的抗电磁干扰能力，进而提升设施相关的传输容量，以及增强设施的可靠性。在光电互感器中使用的绝缘材料大多数都是合成材料，完全代替了传统上使用SF6绝缘结构或者电瓷加油方式，并且光电互感器的体积相对比较小，质量也较传统互感器轻上许多，性能也相对更加稳定、可靠，并且避免出现漏气、漏油的情况，在运行作业的过程中完全可以达到免维护的阶段。除此之外，光电互感器还具有完善的自检功能，完全可以自行判断出互感器的异常现象，可以及时予以相应的处理。

三、实际应用的方案

（一）节俭方案

在电压等级比较低的变电站中应用数字式光电电流互感器的时候，相对而言，投资比较少。互感器一、二次侧线圈之间的绝缘条件也比较容易满足相关的设计要求，节省了合并器以及采集器的应用，可以直接通过电缆将电流模拟信号传输到相应的保护装置或者仪表中。

（二）结合传统电磁式互感器的方案

对于半智能的变电站而言，可能需要同时从传统电磁式互感器与数字式光电互感器上获取相关的信息，在这样情况之下，就可以充分利用合并器的采集通道，进行传统互感器模拟信号的接收工作，并且与采集器中得到了数字信号进行合并，之后传输给二次设施。

（三）应用于110kV变电站的方案

通过对110kV内桥接线变电站的分析、研究，可以看出，110kV进线电流互感器同本单元变压器低压侧与间隙互感器一起使用一个合并器，之后桥间间隔互感器的合并器就会输出相应的信息，而互感器的保护装置完全可以利用相关的软件予以实现。桥间隔设施可以自行接收互感器合并器以及110kV电压互感器合并器所传输出来的信息，并且该部分还具有桥开关保护的作用。除此之外，相应的保护装置应当放置在开关柜中，并且具有测控与仪表的性能，通常情况下与罗氏线圈的距离比较近，所以，可以直接采集输出的信息，不需要另设采集器以及合并器。

结语

总而言之，我国现阶段对于数字式光电电流互感器应用的技术还是处在初级阶段，有待进一步的加强，因此，对于光电互感器的生产、监控设施、二次保护以及电能计量表等相关技术，一定要加强分析、研究力度，制定统一的规范标准，提高相应设施的使用效率，完善数字式光电电流互感器的应用技术，进而加大其应用的范围。

[1]赵雪丽.数字式光电电流互感器在变电站中的实际应用[J].中国科技博览，2013（14）.

[2]王志刚，张杰辉.数字式光电互感器的结构设计[J].中国新技术新产品，2008（08）.