电子式互感器的分类和原理综述

金世鑫，李 华，戴晓宇

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015）

电子式互感器的分类和原理综述

金世鑫1，李 华2，戴晓宇2

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015）

为了减小变电站的建筑空间和占地面积，提高电力系统的自动化程度，满足“智能化、数字化、一体化、光纤化”的要求，新型的电子式电流互感器将取代传统的电磁式电流互感器。阐述了电子式电流互感器的分类、特点、应用情况和存在的问题，对比了几种电子式电流互感器的优缺点，以期能对电子式电流互感器的发展有所借鉴。

电子式电流互感器；磁光效应；分类

1 电子式互感器概述

随着电力系统的发展，发电和输变电的容量不断增加，为了减小变电站的占地面积和建设空间，提高电力系统的自动化程度，现阶段设计的电流互感器需要满足“智能化、数字化、一体化、光纤化”的要求［1］。智能化是指增加网络和微机在电气测量中的运用，赋予互感器一定的自我判断和识别能力，主要通过在外围的电路上作一些改进及在软件上进行优化。数字化是指要尽量减少传统的模拟信号指针式读数盘的使用，采用数字式的仪表，减小测量中因读数不准而引起的人为误差。一体化是指将多相电流互感器甚至是多相电流互感器和电压互感器做成成套设备，这样可以减少一次设备的体积，节约大量的人力、物力。光纤化是指在测量系统中，采用光纤传输信息，消除电磁场对测量结果的影响。针对目前电力系统的发展趋势可以预测，在不久的将来，新型实用电子式互感器将取代传统的电磁式互感器，电子式电流互感器就是其中的代表，它完全可满足上述的要求。

2 电子式电流互感器分类

基于磁光效应的电子式电流互感器发展到现在，按其原理与结构可分为无源型、有源型及全光纤型3类。

2.1 有源型

有源型电子式电流互感器的原理是将高压侧电流信号，通过采样绕组将电信号传递给发光元件变成光信号，再通过光纤传递到低压侧，进行逆变，变换成电信号后放大输出。高压侧电子器件的电源来源于母线电流供电方式、超声电源供电方式以及光供电方式［2］。其结构如图1所示。有源型电子式互感器是较早期的结构，其优点是结构简单、稳定性好、可靠性高。其缺点是采样信号的顶部结构较为复杂。

图1 有源型电子式电流互感器结构

2.2 无源型

无源型电子式电流互感器的传感头不需要采用供电电源。传感头一般采用法拉第电磁感应原理制成，位于低电位的光源发出偏振光通过光纤传递到高压侧，并通过处于被测一次电流产生的磁场［3］。偏振光的偏振面在磁光玻璃的磁场中发生旋转，光波被电流信号通过偏振调制。带电流信号的光波经光纤传到低电位侧，经光－电变换后放大输出。其结构如图2所示。无源结构的优点是结构简单，并且不采用传统的电磁感应元件，不存在饱和问题，充分发挥了电子式电流互感器的特点，尤其是高压侧采用的无源电子器件，不存在温度稳定问题，互感器运行周期较长。其缺点是磁光玻璃电子式电流互感器所采用的光学精密元器件制造难度较大，很难长期稳定运行，测量精度难以达到。

2.3 全光纤型

全光纤型电子式电流互感器实际上也属于无源型电子式互感器，只是传感头是由光纤本身制成，其余组成部分与无源型完全相同。其结构如图3所示。全光纤型电子式电流互感器的优点是传感头结构较为简单，比磁光玻璃更容易制造，其精度、寿命、可靠性都比磁光玻璃电子式电流互感器要高。缺点是这种互感器所采用的传感光纤为保偏光纤，比无源型和有源型2种电子式电流互感器采用的普通光纤品质要求都高，造价较为昂贵，且生产工艺要求高，因此制造稳定性和可靠性高的保偏光纤非常困难。

图2 无源型电子式电流互感器结构

图3 全光纤型电流互感器结构

3 电子式电流互感器优点

电子式电流互感器不采用铁芯，不存在磁耦合，因此消除了磁饱和和铁磁谐振的现象，互感器运行稳定性高、暂态特性好，从而保证了其在电网中运行的可靠性。

电磁感应式电流互感器的二次回路不能开路，如果在一次系统带负荷运行时电流互感器二次测开路，会在二次侧产生过电压，危及设备和人员的安全。因此低压侧存在因开路而引起的过电压隐患［4］。由于电子式电流互感器的低压侧和高压侧之间只有光纤联系，没有磁耦合，消除了电磁干扰对互感器性能的影响，且光纤具有良好的绝缘性能，因此可以保证二次回路与一次回路在电气上完全隔离，二次侧不存在因开路而产生过电压的危险。

电网正常运行时，电流互感器流过的电流并不大，因此互感器二次侧输出的采样值满足测量精度要求，但在发生短路时，由于短路电流非常大。电磁式电流互感器因存在磁饱和问题，二次输出的电流会因互感器饱和而失真，当产生的饱和二次波形失真较严重、线性度较低时，甚至会造成区外故障发生时保护装置误动作，因此难以实现在一个通道同时满足继电保护计算和高精度测量的需要，无法进行大范围测量［5］。而电子式电流互感器有的动态响应范围很宽，过电流达到几万A时测量电流仍不会失真；电子式电流互感器可以精确测量出高压电力网和电力线路上的谐波，而电磁式电流互感器难以进行这方面的工作；电子式互感器不再用油绝缘介质，不存在因充油而产生的易爆、易燃等危险，其采用的玻璃和光纤由绝缘材料做成，结构简单、绝缘性能高、造价较低，电磁式电流互感器绝缘结构复杂，电压等级越高，造价越高；电子式电流互感器重量轻，体积小，便于运输和安装，适应了保护自动化、微机化、数字化的发展潮流。

4 电子式电流互感器应用现状

1994年ABB公司推出有源型电子式电流互感器，其额定电流为600～6 000 A，电压等级为72.5～765 kV。日本除研究500 kV、1 000 kV高压电网计量用的电子式电流互感器外，还进行500 kV以下直到6.6 kV电压等级的GIS用电子式电流互感器研究。近些年，我国在电子式电流互感器的研究方面也取得了一定进展，在吸收国外先进经验的基础上，已有许多厂家和高校生产出了相关产品。目前所生产的电子式电流互感器已经可以替代体积大且笨重的电磁式电流互感器，并可与断路器组装成一体，从而实现结构一体化、设备小型化。

在高压直流电力网输电方面，直流测量用电子式电流互感器较之传统的电磁式电流互感器有更大的优势，其重量仅为同电压等级直流电流互感器的1／40，无铁磁损耗和电磁干扰，可与电力自动化系统的网络相互兼容。例如我国常州至三峡的500 kV直流输电系统就采用了ABB公司生产的电子式电流互感器，用于线路的直流电流及谐波电流，交流侧的桥臂电流、不平衡电流等电气量的测量。除了在电网中使用外，电子式电流互感器还可做成钳形表式的结构，便于移动，可用来测量电网中不同地点的电流。

5 结束语

目前国内在电子式电流互感器的研究方面，尤其是在高电压等级电力系统中的应用还面临一些问题，如温度和应力产生的双折射现象，长期运行时的精度和稳定性还需进一步试验和现场考验，另外由于电子式互感器的采集器采样频率有限，造成采用电子式互感器的智能化变电站存在行波测距技术无法应用的问题。本文阐述了电子式电流互感器的分类、特点和应用情况，对比了几种电子式电流互感器的优缺点，综上所述，电子式电流互感器较传统电磁式电流互感器有许多优势，随着技术的不断发展，将会逐渐解决电子式互感器存在的各种问题，使得互感器技术的发展进入一个崭新时代。

［1］平绍勋，黄仁山.光电式互感器原理和结构［J］.变压器，2000，37（9）：18－22.

［2］周有庆，刘 琨，吴桂清，等.基于Rogowski线圈电子式电流互感器的研究［J］.电力电气，2006，25（6）：106－110.

［3］徐大可，赵建宁，张爱祥，等.电子式互感器在数字化变电站中的应用［J］.高电压技术，2007，33（1）：78－82.

［4］朱 鹏，李开成，孙 健，等.电子式互感器相位补偿方法的研究和比较［J］.电测与仪表，2014，51（12）：7－11，28.

［5］延 勇，刘毅敏.220 kV智能变电站继电保护调试关键问题分析及建议［J］.东北电力技术，2014，35（11）：22－25.

Electronic Transformers Overview

JIN Shi⁃xin1，LI Hua2，DAI Xiao⁃yu2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Economic Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China）

In order to reduce building space and floor area，improve automation level of power system and meet the requirement of＂intelligent，digital，integrated，optical fiber＂，the new electronic current transformer replaces the traditional electromagnetic current transformer.In this paper，the classification，characteristics，application and existing problems of electronic current transformer are de⁃scribed and the advantages and disadvantages of several electronic current transformers are compared.It has directive significance to the development of electronic current transformer.

Electronic current transformer；Magneto⁃optical effect；Classification

TM452

A

1004－7913（2016）03－0029－03

金世鑫（1985—），男，硕士，工程师，从事继电保护与智能电网研究工作。

2015－11－26）