电子互感器在数字化变电站的应用

摘要：電子互感器是数字化变电站的主要配置，科学合理地选择电子互感器的类型，能够确保数字化变电站的正常运转。文章主要对电子互感器的概念、类型、工作原理以及基本配置方案、存在的不足进行阐述，并展示了电子互感器的优点，另外还指出了现行电子互感器在数字化变电站中运用需要优化的几个部分。

关键词：电子互感器；数字化变电站；智能电网；继电保护装置；电气测量仪器

中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）29-0040-02

科技的发展速度促使着电网发展将智能电网列为首要发展前景，而在智能电网中数字化变电站是其中最重要的部分，对于智能电网的发展起着至关重要的作用。电子互感器是数字化变电站的主要配置，其特性是极佳的线性度、轻便、便捷的数字化测量、保证各个端口良好。科学合理地选择电子互感器的类型，能够确保数字化变电站的正常运转。

1 电子互感器的概念和类型

1.1 电子互感器的概念

电子互感器主要是供给频率在15～100Hz之间的继电保护装置以及电气测量仪器使用的具有模拟量电压输出或数字量输出的装置。电子互感器的生产标准是国际电工委员会制定的，约定其设计、制造、实验和运行的整个过程。电子互感器的依据标准主要是电子式电压互感器标准（IEC60044-7）和电子是电流互感器标准（IEC600448-8）。

1.2 电子互感器的类型

电子互感器即非常规互感器的总称，以一次传感器部分需要提供电源与否为标准，可以将电子电流互感器分为电压互感器（EVT）、有源式电流互感器（ECT）、电压互感器（OVT）和无源式电流互感器（OCT）。以测量原理为基准，可以将电子式电流互感器分为低功率线圈型电流互感器LPCT、罗氏线圈型电流互感器（RCT）和光学电流互感器OCT（以Faraday磁光效应原理为依据）。电子式电压互感器主要分为光学电压互感器（OVT）（以Pockels晶体纵向电光效应原理为基准）、分压原理的EVT（以电容、电阻分压原理为基准）。电子互感器的具体分类如表1所示：

表1 电子互感器类型

2 电子互感器的工作原理

电子互感器主要由传输系统、合并单元、电流或者电压传感器以及一次转换器这几部分构成。它具备数字量输出和模拟量输出两部分，保持15～100Hz的供电频率的电气测量仪和使用在继电保护装置的电流互感器和电压互感器。

就目前来讲，在数字化变电站使用频率最高的电子式电流互感器的类型主要有LPCT低功率线圈型和RCT罗氏线圈型，就电压互感器来讲都是有电源的，它们的构造原理都是站在电阻电压分压原理的EVT角度上的。

2.1 电容式分压电压互感器

电容直接分压是此类型互感器的主要传感单元，工作原理如图1所示，加载于高压臂电容器上的主要是高压U1，和一次高压成正比的较小的电压U2是加载在低压臂上的电压，涨幅值一般都是低于5V的，所以就可以通过公式得出U2=C1U1/（C1+C2）=KU1，公式中K为分压器的分压比即K=C1/（C1+C2），想要需要的分压比就需要适当地对C1、C2做出相应的选择。要保证应阻值稳定需要保持分压电容在-40℃～80℃之间的环境温度下基本恒定不变，这样才能保证稳定的输出，再加之屏蔽措施完善，那么就不会受到外界电磁的干扰。

图1 工作原理图

2.2 电流互感器——Rogowski线圈型

Rogowski线圈是缠绕在非磁性骨架上二次绕组，垂直穿过线圈中心的被测电流的一空心环形线圈。计算线圈输出电压可以根据电磁感应原理得出，即e=

-μ0NAdI/dt=HdI/dt，N表示匝数密度，A表示单匝面积，H表示线圈灵敏度，μ0表示真空磁导率。

电流变化率与Rogowski线圈的输出电压的关系是成正比的，以获取输出电压积分来获取被测一次的电流大小，以光纤传输输出。光圈不会受到非线性影响主要是因为线圈传感器没有铁心，在这样的情况下也不会出现磁滞和磁饱的问题。

3 电子互感器在数字化变电站中的配置

以南方电网为例，该项目的愿景和220kV的本期都是属于双母接线，这其中有愿景6回和本期4回；110kV的本期是24回的单母线接线，36回的单母线3分段接线为愿景；10kV，24回的单母线接线为本期，36回的单母线分段接线为愿景；以GIS设备作为一次设备的是以220kV和110kV的电气，而10kV的电气是以户内金属铠装开关柜作为的一次设备。10kV电气的常规保护以测量丝和保护结合的一个装置，主要放置在一次开关柜设备中。技术支持只有配置为规定下的10kV的主变压器开关柜电流互感器，而其他变压器主要采用的是10kV的开关，在常规电流范围内的电流互感器配置。

不管是在220kV还是在110kV中，其对线路故障电流的采集数据要求是十分精确的，以GIS的结构设计来判断，在一次设备中进行一体化配置的装置主要有断路器、闸门、电子式互感器。线圈式ECT主要运用在主变压器的三侧保护中，这与1进2出的3侧保护电流的一致性要求是吻合的。主要是由于EVT和ECT的结合配置可以满足双重保护的要求，这种组合型的产品可以有效降低互感器投资费用的33.3%，把ECT和EVT合理的组合配置通过远端模块接收ECT和EVT的输出信号并对数据进行同步处理。使ECT和EVT一体化配置要求的途径是通过共同信号对传输及采集和信号处理，使变电站的设计更加优化，节约了相当部分的设计空间，对于尾纤与光线的使用量也相应减少了。

4 电子互感器在数字化变电站应用中存在的问题

4.1 电子互感器运用标准不确定

我国目前还在沿用2007年颁布的两项互感器标准，电子是电流互感器标准（GB/T20840.8）和电子式电压互感器标准（GB/T20840.7），到目前为止还没有形成一套完整体系的电子互感器技术标准，特别是在校验和验定方面还需要进一步的完善和制定相应的标准，只有这样才能促进电子互感器更加安全、经济、快捷地运行在电力系统中。

4.2 电子互感器在可靠性问题上需要进一步加强

电子互感器的结构上那些比较耗材的部位主要是由光学和电子器件制造的，在实现原理上存在着很大的差异，也就造成了可靠性的不同，电网的运行是需要建立在可靠基础之上的，因此电子互感器的安全可靠性也是制约电子互感器发展的重要因素。就目前来讲，并入使用的电子互感器故障频发且运行时间不长。所以需要对比电磁式互感器和电子互感器的可靠性的差异来研究探讨可靠性的主要环节。

4.3 电子互感器的稳定性不足

稳定性，对于数字化变电站的运行重要性堪比可靠性。数字化变电站的测量电压和电流的基本设备的稳定性是至关重要的，对于无源式电子互感器，主要存在的问题是供给工作时需要的工作电源，对于互感器使用效果影响最大的是高压侧电子模块工作电源的稳定性。为了保证Rogowski线圈不受到电磁干扰，在运行中对于传感线圈的屏蔽应该严格执行。对于无源式互感器来讲，一般存在的主要问题是测量精度不稳定存在偏差，存在这样的问题的主要原因是线性双折射现象和下降的发光源器件的发光强度、由光传输引起的偏振角变化等造成的偏差。

4.4 电子互感器关于数据同步的问题

数据的传输主要是从电子互感器上输出数字或者模拟量信号，由光纤送入到合并单元，最终传送到保护、测量和计量等各个装置中。造成数据准确程度不高的主要原因是合并单元部分无法同步或者是同步中的误差无法满足要求造成的，此外还会造成测控和计量数据的不准确、继电保护出现误动作等附加问题，这对于变电站的可靠运行影响巨大，一些重大事故的发生很多都是由于数据不能同步造成的，所以数据的同步是数字化变电站发展中必须要解决的问题。

参考文献

[1] 舒逸石，于培杰，段少辉.浅谈电子式互感器在数字化变电站中的应用[J].华中电力，2012，（2）.

[2] 侯昌明.电子式互感器在数字化变电站中的应用

[J].电子测试，2013，（20）.

作者简介：欧峻彰（1978-），男，湖南人，广东电网公司汕尾供电局工程师，工学硕士，研究方向：继电保护。