互感器选型及应用研究

赵 亮

（国网山西省电力公司长治供电公司，山西 长治 046000）

互感器选型及应用研究

赵 亮

（国网山西省电力公司长治供电公司，山西 长治 046000）

文章在广泛深入调研的基础上，结合国家电网公司对电子式互感器性能检测的结果，从电子互感器的应用情况及存在问题、实施措施和运行效果进行分析，证实了当前电子式互感器在实际应用中出现的问题，均可以通过在产品设计细节和安装调试过程中采取适当措施予以避免。电子式互感器在智能变电站中的应用是可靠、安全和可行的。

互感器；选型；应用

1 电子式互感器应用现状及原理分析

1.1 电子式互感器简介

电子式互感器可以分为无源式和有源式两种。分类示意图见图1。

图1 电子式互感器分类示意图

1.2 国内电子式互感器的应用现状

截止目前，我国已投入66kV及以上电压等级的电子式互感器约有1800台左右，其中组合型互感器250台左右、电流式互感器1150台左右、电压式互感器400台左右。从原理上看，电子式电流互感器有罗氏线圈、磁光玻璃型和全光纤型三类；电子式电压互感器分为电容和电感分压两种；电子式电流互感器有电容分压和罗氏线圈两种。

从运行中的电子式电流互感器来看，光学原理的运行年限大概为两年，所占比列不到15%，罗氏线圈原理的运行年限大概为4年，所占比例超过85%。电力系统中10～750kV各级电压等级中，从投运时间和数量上来看，分压原理和罗氏线圈原理的电子式互感器应用更加广泛，结构和安装形式具有多样性。全光纤互感器有着极好的优良特性，产品结构可以满足各种安装需求，但是目前价位较高，若能将成本降低下来，将会有更好的市场前景。

1.3 有源电子式互感器

（1）有源电子式电流互感器。电子式互感器的二次转换器的输出与一次电流成正比。①原理：利用电磁感应等原理感应测量信号。PT：分压原理 电容、电感、电阻；CT：空心线圈(RC)；低功率线圈(LPCT)；需要提供电源给传感头部位。数字信号依靠光纤传输。②电流互感器一次电流利用空心线圈及低功率线圈来测量。低功率线圈的工作原理与常规电流互感器的原理较为相似。空芯线圈的被测电流i与输出信号e关系（见图2）。

空芯线圈的输出信号e与被测电流i关系如下：

（2）有源电子式电压互感器原理。同样，电子式电压互感器的二次电压同样正比于一次电压，相位差在连接方向正确时接近于0。电容分压器（见图3）的输出信号uo(t)与被测电压ui(t)有如下关系：

上式中C2为低压电容，C1为高压电容。跟据上式，进行积分变换便可求得被测电压。

图3 电容分压器

1.4 无源电子式互感器

（1）光学电子式电流互感器的结构。光学电子式电流互感器由光学电流传感器、光纤绝缘子、合并单元三个部分组成：①光学电流传感器：光学电流传感器位于高压侧，通过Faraday磁光效应和反射式Sagnacg干涉原理测量一次电流。②光纤绝缘子：光纤绝缘子为内嵌光纤的实芯支柱式复合绝缘子，而实际中使用1根或2根光纤。③合并单元：合并单元下放至现场，用于接收光学互感器的数据，并对其进行同步并分析。合并单元的接头为ST型，多模光纤传送。

图4 Faraday磁光效应原理

（2）光学电子式电流互感器的原理。Faraday电磁感应原理是光学电流互感器的传感原理之一（见图4）。线偏振光通过磁场中的Faraday材料（磁光玻璃或光纤）后，偏振光的偏振方向将产生正比于磁场平行分量B的旋转，这个旋转角度叫Faraday旋光角fffff7，由于磁场与产生磁场的电流成正比，因此Faraday旋光角fffff6与产生磁场的电流成正比。

2 电子式互感器问题及解决方案

2.1 电子式互感器与传统互感器比较

相对于传统互感，电子式互感器器的优点主要有：①适应电力系统数字化、智能化和网络化的需要；②安全性能高，不存在漏油而导致的易燃、易爆问题；③绝缘性能好，高低压完全隔离；④不存在铁磁谐振、磁饱和等问题；⑤数字信号分享更为容易，带负载能力强；⑥频率具有精度高、相应宽和动态范围大等特性；⑦当电压等级越高时其经济特性越显著；⑧环保性能优越；⑨体积小，重量轻，节约占地面积；⑩PT二次侧输出可以短路。CT二次侧输出可以开路。

2.2 方地实现电压电流组合式

电子式互感器在投运过程中也存在各种问题，比如互感器的抗干扰能力差等问题，导致行业内对电子式互感器在实际运行中存在的风险和技术成熟度产生了担忧。部分问题通过厂家和相关单位的努力，已逐步解决并实现了技术和产品的完善，部分问题有待于技术上进一步突破和完善。

3 结束语

常规互感器+合并单元的方式虽可以解决数字化传输的问题，但仍存在传统互感器自身的缺陷，方案技术先进性不足，同时也不能通过改善保护的速动性、选择性和灵敏性来提升电网继电保护系统的可靠性。基于光学测量原理的电子式电流互感器和电压互感器虽具备更先进的测量特性，能够更全面更真实地反映电网电流电压参数，技术先进，但价格较高。分压原理的电压互感器和电子式电流互感器，采用罗氏线圈原理的设备具有很多优良的技术特点：良好的暂态特性、不容易饱和、频率响应范围宽等特点，对于GIS设备可实现采集单元和供电模块地位布置和不停电检修，可靠性更高，且可一定程度提高了保护的可靠性，经济适用，目前技术和产品相对成熟，是现阶段适宜推广的产品类型。因此，根据本工程采用GIS组合电器的特点，推荐采用罗氏线圈原理的电子式电流互感器和电容分压型的电子式电压互感器及其组合型产品，提升了保护可靠性，提高了设备集成度和可靠性，同时较常规互感器配置方案本期投资仅增加25%，远期仅增加35%，技术经济性优，适宜现阶段推广应用。

TM45

A

1671-3818（2016）04-0040-02