淺談電子互感器在數字化電力系統中的應用

劉芳芳 袁剛 任君

摘要：隨著電力系統的發展，繼電保護和電氣設備自動化程度的不斷提高，電力系統向數字化方向轉變，傳統電磁式互感器的缺點越來越明顯。而電子互感器的出現彌補了常規電磁式互感器的缺陷，解決了電力系統中諸多長期存在的問題。基于此，本文詳細探討了電子互感器在數字化電力系統中的應用，以及電子互感器的特點和特性。

關鍵詞：電子互感器;數字化電力系統;應用

一、互感器的定義

互感器是按電、磁、光規律變換電壓或電流，將一次側的高壓或大電流變化為具有一定準確度要求的低電壓、小電流信息供給測量儀表及保護裝置使用。互感器有許多功能，若某些裝置（測量儀表與計量裝置）與互感器配合，則能測量一次系統許多功能，如一次系統電流和電壓。互感器的性能好壞影響到各個方面，例如，影響電力系統測量和計量正確性，互感器可分為兩類：一類按電壓測量分為電壓互感器，另一類按電流測量分為電流互感器，組合互感器就是這兩種互感器的組合。

電子互感器特征包括：①傳感精度：電子互感器有多種輸出形式，但不是能量形式的輸出，輸出信號的精度高;②光纖傳輸：雖然電子互感器的信號傳輸方式有很多種，但最好、最合適的是光纖;③輸出數字化：據了解，數字量是電子互感器的最終輸出形式。

二、電子互感器的分類

1、有源。此種互感器主要利用電磁原理來檢測信號，平臺建設過程中需電子電路電源供應。這樣，模擬值可在一次信息平臺上進行采樣，數字信號可通過光纖和其他介質傳輸到計量系統。這種互感器可分為以下形式：第一種是獨立式，第二種是GIS式。前者采集單元主要安裝在瓷柱上，具有很強的絕緣功能。在電源方面，有光電池、分壓器、激光等形式的電力供應，在工程應用中，激光供電是主要的形式，其他供電方式配合。這種互感器的應用不僅能降低工程造價，還能減少工程占地面積，體現出較強的應用能力。后者主要是在接地外殼中合理安裝采集模塊，可直接應用變電站直流電源供電，應用方式相對簡單。

2、無源。這種互感器主要利用磁光效應來感應被測信號，在傳感頭設置過程中，無需安裝復雜的供電系統，系統運行時線性更好。在實際工程應用中，這種互感器通過光纖傳輸一次電流或電壓信號，因此可在主控室控制或調解電流。同時，這種互感器能有效地將數字信號傳輸到MU，從而對數字信號進行有效保護和測量，最終應用于工程中。然而，這種互感器在傳感頭上呈現出更復雜的光學設計系統，因此在具體應用中會受到各種形式的環境因素影響，如環境中的溫度或振動因素，從而影響其應用進程。我國設計的互感器不符合當前變電站工程應用的實際要求，技術研究效果有待提高。

3、二者比較。通過對這兩項關鍵技術的比較，發現有源互感器的關鍵技術較多。如采集單元的設置相對可靠，可維護性強，電源供應及電子模塊設計較科學，能使互感器得到更好的應用。與傳統互感器的運行經驗相比，GIS互感器可直接應用于變電站直流電源，無需額外供電，采集單元與地殼緊密相連。因此，這種互感器抗干擾能力強，維護方式簡單。當采集單元工作異常時，無需切斷系統電源，提高了系統的運行能力。

三、電子互感器優點

1、電子互感器的絕緣結構設計相對簡單明了，因無鐵芯、絕緣油等物體，所以與傳統互感器相比，質量輕、體積小，在安裝、運輸和管理方面能節省大量人力物力。

2、與傳統互感器相比，電子互感器沒有二次開路產生高壓的危險，以及傳統充油、充氣形式互感器發生泄漏、爆炸的風險。

3、由于電子互感器的設計問題，在運行中不會產生磁飽和和鐵磁諧振問題，適用于大電流、高電壓范圍，抗干擾能力強，不受外界條件限制，提高了測量精度。

4、由于電子互感器中與傳感和信號處理相關的物體外形小、質量輕，因此可方便地將其放置在成套電器或配電裝置中，致使電力設備朝著集成化方向發展成為可能。

5、電子互感器能有效實現變電站向數字化、光纖化、智能化方向發展。電子互感器信號和傳輸形式可通過光纜完成，然而，由于光信號的突出優勢和光纖通信技術的廣泛應用，變電站內部及變電站與上級間的數據傳輸變得更加可靠和有效。

6、各個功能模塊相對獨立，便于安裝和維護，適用于網絡化測量。

四、電子互感器在數字化電力系統中的運用

1、繼電保護

1）對電力系統硬軟件設備產生影響。電磁互感器在實際運行中的模擬輸出信號需進行一系列的轉化工作才能傳輸到繼電保護等二次裝備中。電子互感器有很大不同，它在輸出信號時是一種數字狀態，能有效降低成本，提高設備可靠性。當使用電子互感器時，繼電保護和監控裝置可在數字接口處直接接收互感器輸出的數字信息。從目前的市場情況來看，許多相關店鋪都銷售數字繼電保護和測控裝置，這些裝置能為電子互感器提供有效硬件設備。電子互感器的一個明顯優勢是能為保護提供支持，測量功能可實現有效保護。此外，當斷路器發生故障和預分合時，可準確記錄當時的波形。

2）差動保護。傳統的電磁互感器易造成差動保護誤動，但在計算CT飽和措施時，由于計算信息數據的復雜性，會導致計算困難，計算結果不可靠，這將影響差動保護的正常運行。電子互感器具有無磁飽和優勢，可有效提高差動保護精度。同時，電子互感器還能有效提高差動保護裝置的靈敏度，以有效提高差動保護性能。經分析，造成差動保護誤動的原因有：一是外部短路問題，導致電流不平衡和差動保護誤動;二是勵磁涌流不能很好地識別。應用電子互感器能判斷勵磁涌流分量，防止差動保護誤動。

2、高壓直流輸電應用

在高壓直流輸電方面，電子電流感器較傳統的電磁式電流互感器在直流測量方面具有更大的優勢，具有無電磁干擾和鐵磁損耗的特點;并且能與電力數字化系統的網絡兼容;其重量僅為同等級傳統直流電流互感器的1/10，性價比較高。在我國扎魯特-青州等特高壓直流工程中均采用電子電流互感器用于線路的直流電流、交流側不平衡電流、橋臂電流的測量，效果較好。

五、結論

隨著我國電力工業的發展，電網電壓等級逐步向超、特高壓方面發展;電力系統向自動化、智能化方面發展，數字化處理的要求越來越高，在此背景下，一批數字化變電站應運而生。在數字化變電站中互感器不僅僅具備傳統的功能和角色，同時參與了需求側電信號輸出管理，成為一、二次電路信號的轉換基準。電子互感器順應了電力系統二次設備數字化的發展方向，可以預期其應用具有較為廣闊的前景。

參考文獻

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