电子式互感器设计及其在智能变电站中的应用

段程煜

贵州电网有限责任公司毕节供电局

电子式互感器设计及其在智能变电站中的应用

段程煜

贵州电网有限责任公司毕节供电局

电子式互感器作为智能变电站的关键技术之一，具有着传统互感器无法比拟的优势，与此同时在电网动态观测以及提升机电保护可靠性上有着十分重要的作用。本文在阐述电子式互感器设计的基础上论述了其在智能变电站中的应用。

电子式互感器；智能变电站；应用

引言

目前，国内外对电子式互感器的研究多集中在采用罗氏线圈的电流互感器和电容分压式电压互感器上，这是因为上述两种互感器的结构比较简单，并且均进入了实用化阶段。

1 、电子式互感器的工作原理

罗氏线圈电流互感器。对于光电电流互感器而言，其传感头采用的是罗氏线圈，它对电流互感器的测量性能具有非常重要的作用。罗氏线圈具有如下特点：测量线性度好、无饱和、反应速度快、被测电流的位置对线圈本身的影响较小，也基本不会出现饱和现象。采用罗氏线圈可以对变化速度较快的大电流进行准确测量，正是因为它的这一特点，使其在高压侧电流检测与保护中获得了广泛应用。相关研究结果表明，电子设备对温度变化十分敏感，无论是高温或是低温都会对其性能造成影响，如长时间的高温会使半导体元件损坏。

2 、电子式互感应用中常见的问题及相应措施

2.1 由自取能与光供能构成的混合型

供能称作有源电流互感器，此类型互感器容易产生供能转换失败，往往会造成保护跳闸。有源电流互感器运行中，利用合并单元判别供能措施，当电流互感器的电流处于某个固定范围内时，高压侧的转换元件在工作时是利用取能线圈而开展，电流大于该范围的时候，高压侧的转换元件则依靠激光供能进行工作。根据目前智能变电站的稳定发展现状，国产激光器件性能不能满足其要求，如果电流出现突变，合并单元难以控制，从而使自取能和光功能无法实现正常切换。然而，现场切断合并单元和供能间的通信光纤，使自取能和光供能达到同时工作的状态，可以确保供能元件的可靠性，为电流互感器稳定运行提供更好的保障。

2.2 电子式互感器采集器缺少抗干扰能力，易损坏

安装于高压侧的独立支柱互感器采集器，抗电磁干扰水平不高，会因大雨、雷电等天气而发生保护跳闸。据统计，曾在1年内，有4个厂家互感器因采集器感应尖顶波而发生误跳闸。高压侧电路板里存有独立支柱互感器的采集器，容易出现损坏，直接影响在线监测系统和监控的质量。保护跳闸常常受到刀闸的影响，因此在操作中务必确保合闸，目的是防止分闸致保护误跳闸；电子互感器中的抗干扰水平需要进一步加强，确保互感器稳定、长期运行。

2.3 合并单元存在装置不稳定、抗干扰水平弱以及散热能力差

一些生产厂家的合并单元，投运后因散热问题导致保护装置报采样数据无效，对于此问题，我们更换了合并单元散热板，采取光纤外置散热，屏柜敞开通风等措施。许继合并单元FT3发送模块数据缓冲区不够，当到达发送时间时，有可能数据还未准备好。从而导致合并单元输出地FT3数据有丢帧现象，致使相关保护闭锁，经厂家升级后问题消除。

3 、电子式互感器在智能变电站中的应用

3.1 从技术经济角度合理选配

电子式互感器从大量的文献资料和实践工作经验可知：对于电子式互感器而言，无源纯光电子式互感器相比有源互感器具有非常多的优点，但由于其结构紧凑且复杂，技术要求较高，相应价格也较高，目前，在低压供配电网络中推广应用受到很大限制。而对于高压电力系统尤其是直流高压电力系统而言，选用全光纤式ECT/ EVT电子式互感器，其可以有效提高系统的综合自动化水平，且应用经济效益较为明显，同时设备价格也同常规高压电磁式互感器非常接近，尤其在近年来随光学材料价格的降低其性价比越来越高，纯光ECT/EVT电子式互感器其在高压智能变电站系统中应用性能非常优越。笔者结合多年实践工作经验，建议对于220kV及以上电压等级的高压智能变电站而言，推荐采用全光纤式ECT/EVT电子式互感器；而对于110kV变电站则推荐采用光电、线圈式的电子式互感器相互搭配，其运行效果和综合经济效益较好；而对于35kV及以下智能变电站而言，则推荐采用具备弱模信号输出的线圈电子式互感器。以某220kV变电站系统技术升级改造为例：变电站220kV和110kV全部采用GIS金属封闭组合式开关设备，其中与之相互搭配全部采用光纤电子式互感器，且在每个间隔中配置一组测控保护线圈、一组计量监测线圈，线路的间隔配置低功率电子式互感器，以模拟量输出为主，其额定一次电流为500A。计量监测互感器其额定二次输出的电压为150mV额定的电流设计为500A，测量的二次输出为01CF，工作精度为0.5级；而测控保护其额定二次输出为2D41，工作精度为5P；低压35kV主要设备全部采用室内开关柜，将低功率电子式互感器集成安装在开关柜内，因其体积小且紧凑运行维护较为方面。

3.2 电子式互感器MU合并单元的优化配置

在智能变电站系统中，电子式互感器设备其MU合并单元优化配置过程中，应严格按照对应数据信号采集单元进行优化配置。对于双母线、双母线带旁路母线的变电站而言，除了设备对应的MU合并单元外，还应设置专门MU合并单元以确保变电站电压并列的准确可靠性，以便变电站在调控运行过程中某间隔MU合并单元的切换退出运行后，由专门的MU合并单元向变电站系统中的其他测控、保护、计量等IED智能电子设备提高相应的电压、电流信号，实现同期操控功能。对于220kV及以上电压等级的变电站间隔，其MU合并单元通常应根据间隔布置独立设置MU合并单元屏，而对于110kV间隔而言，其MU合并单元可独立配设合并单元屏，也可与其他IED智能电子设备相互组屏；而对于35kV及以下变电站系统，则推荐将MU合并单元应设置在开关柜中，以实现变电站自动化系统的集成智能化等功能，同时便于后期的运行维护。

4 、结语

电子式互感器在技术、占地面积、暂态特性及绝缘结构等方面具有显著优势，制备电子式互感器的产生成本相对较小，可进行批量生产，同时还拥有良好的实用性、适用性和稳定性。同步电子式互感器的相关开发和研究以及其运行管理等经验在智能变电站的速设和运营口中发挥着重要的作用。

[1]杨卫星.智能变电站技术方案研究[D].浙江大学，2011.

[2]陈勇.电子式互感器实用化相关问题研究[D].华中科技大学，2013.