互感器選型及應用研究

趙 亮

（國網山西省電力公司長治供電公司，山西 長治 046000）

互感器選型及應用研究

趙 亮

（國網山西省電力公司長治供電公司，山西 長治 046000）

文章在廣泛深入調研的基礎上，結合國家電網公司對電子式互感器性能檢測的結果，從電子互感器的應用情況及存在問題、實施措施和運行效果進行分析，證實了當前電子式互感器在實際應用中出現的問題，均可以通過在產品設計細節和安裝調試過程中采取適當措施予以避免。電子式互感器在智能變電站中的應用是可靠、安全和可行的。

互感器；選型；應用

1 電子式互感器應用現狀及原理分析

1.1 電子式互感器簡介

電子式互感器可以分為無源式和有源式兩種。分類示意圖見圖1。

圖1 電子式互感器分類示意圖

1.2 國內電子式互感器的應用現狀

截止目前，我國已投入66kV及以上電壓等級的電子式互感器約有1800臺左右，其中組合型互感器250臺左右、電流式互感器1150臺左右、電壓式互感器400臺左右。從原理上看，電子式電流互感器有羅氏線圈、磁光玻璃型和全光纖型三類；電子式電壓互感器分為電容和電感分壓兩種；電子式電流互感器有電容分壓和羅氏線圈兩種。

從運行中的電子式電流互感器來看，光學原理的運行年限大概為兩年，所占比列不到15%，羅氏線圈原理的運行年限大概為4年，所占比例超過85%。電力系統中10～750kV各級電壓等級中，從投運時間和數量上來看，分壓原理和羅氏線圈原理的電子式互感器應用更加廣泛，結構和安裝形式具有多樣性。全光纖互感器有著極好的優良特性，產品結構可以滿足各種安裝需求，但是目前價位較高，若能將成本降低下來，將會有更好的市場前景。

1.3 有源電子式互感器

（1）有源電子式電流互感器。電子式互感器的二次轉換器的輸出與一次電流成正比。①原理：利用電磁感應等原理感應測量信號。PT：分壓原理 電容、電感、電阻；CT：空心線圈(RC)；低功率線圈(LPCT)；需要提供電源給傳感頭部位。數字信號依靠光纖傳輸。②電流互感器一次電流利用空心線圈及低功率線圈來測量。低功率線圈的工作原理與常規電流互感器的原理較為相似?？招揪€圈的被測電流i與輸出信號e關系（見圖2）。

空芯線圈的輸出信號e與被測電流i關系如下：

（2）有源電子式電壓互感器原理。同樣，電子式電壓互感器的二次電壓同樣正比于一次電壓，相位差在連接方向正確時接近于0。電容分壓器（見圖3）的輸出信號uo(t)與被測電壓ui(t)有如下關系：

上式中C2為低壓電容，C1為高壓電容。跟據上式，進行積分變換便可求得被測電壓。

圖3 電容分壓器

1.4 無源電子式互感器

（1）光學電子式電流互感器的結構。光學電子式電流互感器由光學電流傳感器、光纖絕緣子、合并單元三個部分組成：①光學電流傳感器：光學電流傳感器位于高壓側，通過Faraday磁光效應和反射式Sagnacg干涉原理測量一次電流。②光纖絕緣子：光纖絕緣子為內嵌光纖的實芯支柱式復合絕緣子，而實際中使用1根或2根光纖。③合并單元：合并單元下放至現場，用于接收光學互感器的數據，并對其進行同步并分析。合并單元的接頭為ST型，多模光纖傳送。

圖4 Faraday磁光效應原理

（2）光學電子式電流互感器的原理。Faraday電磁感應原理是光學電流互感器的傳感原理之一（見圖4）。線偏振光通過磁場中的Faraday材料（磁光玻璃或光纖）后，偏振光的偏振方向將產生正比于磁場平行分量B的旋轉，這個旋轉角度叫Faraday旋光角fffff7，由于磁場與產生磁場的電流成正比，因此Faraday旋光角fffff6與產生磁場的電流成正比。

2 電子式互感器問題及解決方案

2.1 電子式互感器與傳統互感器比較

相對于傳統互感，電子式互感器器的優點主要有：①適應電力系統數字化、智能化和網絡化的需要；②安全性能高，不存在漏油而導致的易燃、易爆問題；③絕緣性能好，高低壓完全隔離；④不存在鐵磁諧振、磁飽和等問題；⑤數字信號分享更為容易，帶負載能力強；⑥頻率具有精度高、相應寬和動態范圍大等特性；⑦當電壓等級越高時其經濟特性越顯著；⑧環保性能優越；⑨體積小，重量輕，節約占地面積；⑩PT二次側輸出可以短路。CT二次側輸出可以開路。

2.2 方地實現電壓電流組合式

電子式互感器在投運過程中也存在各種問題，比如互感器的抗干擾能力差等問題，導致行業內對電子式互感器在實際運行中存在的風險和技術成熟度產生了擔憂。部分問題通過廠家和相關單位的努力，已逐步解決并實現了技術和產品的完善，部分問題有待于技術上進一步突破和完善。

3 結束語

常規互感器+合并單元的方式雖可以解決數字化傳輸的問題，但仍存在傳統互感器自身的缺陷，方案技術先進性不足，同時也不能通過改善保護的速動性、選擇性和靈敏性來提升電網繼電保護系統的可靠性。基于光學測量原理的電子式電流互感器和電壓互感器雖具備更先進的測量特性，能夠更全面更真實地反映電網電流電壓參數，技術先進，但價格較高。分壓原理的電壓互感器和電子式電流互感器，采用羅氏線圈原理的設備具有很多優良的技術特點：良好的暫態特性、不容易飽和、頻率響應范圍寬等特點，對于GIS設備可實現采集單元和供電模塊地位布置和不停電檢修，可靠性更高，且可一定程度提高了保護的可靠性，經濟適用，目前技術和產品相對成熟，是現階段適宜推廣的產品類型。因此，根據本工程采用GIS組合電器的特點，推薦采用羅氏線圈原理的電子式電流互感器和電容分壓型的電子式電壓互感器及其組合型產品，提升了保護可靠性，提高了設備集成度和可靠性，同時較常規互感器配置方案本期投資僅增加25%，遠期僅增加35%，技術經濟性優，適宜現階段推廣應用。

TM45

A

1671-3818（2016）04-0040-02