电子式互感器在数字化变电站中的应用及前景研究

2023.03.22

马同新++毕欣

摘要：随着近年来人们的用电量逐渐地增加，小型化、智能化、可靠性高的新型电子式互感器在今后的电力系统中得到广泛的应用。文章首先对电子式互感器的工作原理、分类及其与常规互感器的比较进行了概述，然后对电子式互感器在数字化变电站中的应用进行了研究，最后对电子式互感器的应用现状以及今后的发展前景进行了分析。

关键词：电子式互感器；数字化变电站；无源电子式互感器；有源电子式互感器

电子式互感器具有体积质量小、绝缘体结构简单、无铁芯、线性度好等优点，同时可直接与微机化计量及保护设备的接口相连接，这些优点促使了新型的电子互感器在不就的将来必将会取代传统常规的电子互感器在电力系统中的应用。

1 电子式互感器的基本概述

1.1 电子式互感器的基本简介

常规电子式互感器输出为小电压模拟信号和数字信号的电流，这类互感器仍存在常规互感器所存在的一些缺点，所以在新型电子互感器中，都是采用光纤输出数字信号，文章主要对光纤输出的电子互感器进行研究和讨论。

1.2 电子式互感器的类别

1.2.1 有源电子式互感器

在IEC规定的电子式互感器的通用结构中主要包括三部分：一次部分、二次部分和传输系统。在有源电子式互感器中，电流互感器采用的Rogowski线圈，电压互感器采用的是电容、电阻、电感的分压，这些装置可以利用电磁感应原理来感应被测信号。有源电子式互感器的高压平台传感头的部分电子电路需要电源供电，模拟量的数值采样在一次平台上完成，然后通过光纤将数字信号传输到二次系统，包括保护系统、计量系统、测控系统等等。

有源电子式互感器可以分为独立式和封闭式气体绝缘组合电器（GIS）式。独立式电子互器由于绝缘的要求，采集单元安装在绝缘瓷柱上，在实际的电力系统中，采集单元所使用的供电电源主要有激光、小电流互感器、分压器、光电池等等。GIS电子式互感器的绝缘问题可以由GIS解决，采集模块安装在了远端的接地外壳上，因此可以实现直接使用变电站的220V＼110V电压进行供电。

1.2.2 无源电子式互感器

无源电子式互感器又称为光学互感器，其传感头部分有块状玻璃和全光纤两种材质。无源电子式互感器实现信号的测量主要是基于Pockels电光效应，其传感头部分不需要安装电源装置。无源电子式互感器通过光纤将电流和电业的信号传输到主控室进行调制解调，然后再将数字信号输出到合并单元（MU）。无源电子式互感器的传感头部分的机构系统比较复杂，同时很容易受到温度、震动等外界因素的影响，使得无源电子式互感器在实际的推广和应用具有一定的困难。

2 电子式互感器在数字化变电站中的应用

2.1 电子式互感器在数字化变电站中的应用

现代的数字化变电站主要是用来实现智能设备之间的信息共享和互相操作。数字化变电站主要可以分为三层：一次电力装备的过程层、间隔层以及变电站的站控层。数字化变电站在工作过程中的第一步就是要在过程层实现测量输出数字化，而因此在数字化变电站中使用电子式互感器输出数字信号最合适不过了。

通过查阅电子式互感器在数字化变电站中的结构分布图可以得知：分布于过程层的电流互感（ECT）和电压互感器（EVT）可以向分布于间隔层的合并单元（MU）传输电流和电压测量所得的数据，然后合并单元（MU）再将测量所得的数据传输到保护控制装置，最后传输到站控层。根据IEC标准中的规定，在数字化变电站中，每个间隔之间要包含七路电流测量和5路电压测量。电子式互感器与合并单元（MU）在进行光纤通信时可以根据实际情况采用过程总线的传输方式或者点对点的传输方式。

2.2 电子式互感器在数字化变电站中应用的优势

2.2.1 测量精度高

传统的电磁式互感器在测量时产生的误差会根据二次回路负荷的改变而改变，因此会产生不可预计的误差。而电子式互感器所传输的信号为数字信号，在信号的传输过程中不会有其他的误差产生，因此测量精度会比较高。

2.2.2 二次设备结构简化

现代数字化变电站使用的大部分都是数字设备，而传统的电磁式互感器只能输出模拟信号，模拟信号要传送到这些数字设备需要经过小电流互感器、小电压互感器、采样保持、多路转换开关、A/D转换等环节，二次设备结构比较复杂。而电子式互感器传输的为数字信号，不需要经过上述的环节，可以直接传输到数字设备，从而大大的简化了二次设备结构。

2.2.3 提高了间隔层和过程层连接的灵活性

传统的电磁式互感器传输的是模拟信号，并且信号是通过同轴电缆传输的。如果遇到多个装置需要同一个互感器传输信号的情况，就需要进行二次接线，过程比较复杂，同时还会受到电磁场的干扰作用。在电力系统中可以首先构造一个总线网络，总线网络主要由电子式互感器和使用电子式互感器传输信号的装置构成，这样就可以使得数据的传输变得很方便，轻松地实现数据的共享。

2.2.4 保护装置的性能得到明显提高

作为科技研究前沿的电子式互感器，它为基于高频暂态信号的保护创造了可行的条件，这样一来就明显地提高了保护装置的快速性、灵敏度以及准确性。

2.2.5 实现有效的故障录波

在现实生活中，故障录波最难解决的问题就是由于内部分量电流使得小电流互感器饱和，进而使记录的数据失去准确性。电子式的互感器它的本身就是不饱和的，而且它所输出的是数字信号，在结构上就省去了小电流互感器这一装置，从而使故障录波的高保真成为了可能。

3 电子式互感器的应用现状及前景分析

3.1 电子式互感器的生产及应用现状

国际上开始对电子式互感器进行研究开始于30多年前，许多公司已经逐步实现了电子式互感器的产品化和市场化。

ABB公司是世界上标准化光学电流和电压传感器设备生产的领先者，该公司已经研制和生产出了多种有源电子式互感器和无源电子式互感器，主要应用于插接式智能组合电器、高压直流以及中低压开关柜中等等。法国的AREVA公司是一家主要研究和生产无源电子式互感器的公司，该公司生产的无源电子式互感器像CTO、VTO和CMO等，已经被美国、法国、英国、加拿大等多个国家的变电站所使用。除此之外，日本的三菱公司、美国的Photonic Power Systems公司、加拿大的NxtPhase公司、德国的RITZ互感器公司都在进行一系列的关于电子式互感器方面的研究。

在我国，研究电子式互感器的主要有清华大学、西安交通大学、华中科技大学等高等院校以及武汉高压研究所、电力科学研究院等研究机构和沈阳变压器制造有限公司、上海互感器厂等互感器生产公司，这些单位已经研制出了多种样机，并进行了试运行。

3.2 电子式互感器的发展前景

两种电子互感器相比，无源电子式互感器一次侧不需供电电源，比较具有优势，但是其光学装置的制作过程比较复杂，并且并能不太稳定。而目前在有源电子式互感器的研究上已经具有了比较成熟的技术，随着大量的研制成果被运用于实际，有源电子式互感器会得到进一步的推广和应用。

4 结语

电子式互感器特有的技术优势和价格优势促使其在未来的电力系统中必将发挥着重要的作用，电子式互感器的推广和应用会促进电力系统朝着数字化和自动化的方向全面发展，为经济的发展提供可靠的基础，为人们的生活带来巨大的便利。

[参考文献]

[1]李洪斌，刘彦兵.电子式电流互感器中的关键技术[J].高电压技术，2010（9）：35-38.

[2]罗成牧，张贵新.电子式互感器及其技术发展现状[J].电力设备，2011（7）：37-41.

[3]许大可，赵建宁.电子式互感器在数字化变电站中的应用[J].高电压技术，2011（1）：122-125.