电子式互感器配置及应用需解决的问题

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摘 要 随着我国电网智能化步伐的日益增速，电子式互感器将更广泛的应用于工程中。本文首先简介电子式互感器的分类，对比各互感器配置方案的技术性能指标，阐明电子式互感器相对于常规电磁式互感器所具备的优势，并根据目前掌握的资料及相关工程经验，总结提出了电子式互感器在今后推广应用时需要解决的问题。

关键词 电子式互感器；一次传感器；测量准确度；应用需解决的问题

中图分类号TM4 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）89-0179-02

伴随我国电网智能化步伐的日益增速，以及智能电网紧凑化和系统化等特点，作为智能变电站中尤为重要的组成部分之一，互感器的应用与发展变得十分重要，电力系统各单位也对互感器的选择配置、可靠性、推广应用等提出了许多新的建议及更加严格的要求。

1 电子式互感器优势及分类

现有变电站中的常规互感器已经越来越不适应发展需求，主要表现如：

1）电磁式电流互感器二次绕组回路接有测量、继电保护及自动控制装置，利用高、低绕组之间的电磁耦合原理将信号从一次侧传到二次侧。随着电网电压等级的升高，为保证其低压设备与高电压相隔离，互感器内部绝缘层结构将越来越复杂，相应设备的造价也越来越高；

2）电磁式互感器的输出为模拟信号，无法实现数字信号的输出；

3）电磁式互感器均采用充油的油浸绝缘结构，隐含潜在的易燃、易爆等危险；

4）电磁式互感器被测信号与二次线圈之间通过铁芯耦合，存在磁饱和及铁磁谐振等问题[1]。

目前，伴随微电子技术、传感技术及光纤通信技术等的发展，国内外电子式互感器的出现是互感器传感精确化、传输光纤化和输出数字化开展趋向的重要体现之一，电子式互感器的蓬勃发展基于其具有体积小、无饱和现象或磁滞效应、抗电磁干扰性能优、无油化等诸多优点。

电子式互感器一般由传感模块和合并单元两部分构成，根据电子式互感器中一次传感器部分是否需要电源，又可分为有源式和无源式两类。各种互感器原理已在诸多文献中进行过详细论述，在此不再赘述。

2 电子式互感器的选择及配置方案比较

无源式电子互感器是指高压侧传感头部分不需要供电电源的电子式互感器，而有源式电子互感器是指传感头部分需要供电电源的电子式互感器。在我国，有源式电子互感器的研究与应用已走在无源式的前面，许多电子式互感器产品已在国内多个变电站中具有了几年的投运经验，运行状况良好，可满足用户对于保护和计量测量的多种要求[2]。

根据国内工程实际应用情况，以电流互感器为例，电流互感器可考虑三种方案：

方案1是采用常规互感器，加装合并单元，以将模拟信号转换为数字光纤信号；方案2是采用有源电子式互感器；方案3是采用无源全光纤互感器或磁光玻璃式互感器。

其各方面性能对比见表1。

综合上述比较及国内互感器研发应用现状来看，无源电子式互感器在技术难度方面，其温度稳定性等一直是阻碍发展推广的关键问题，就设备投资成本而言，光学无源式互感器的造价约是同电压等级有源式互感器的2倍左右。

3 电子式互感器推广应用需解决的问题

根据目前变电站中已投运的电子式互感器运行情况及所掌握的资料，电子式互感器在全面推广及应用中需解决如下问题。

3.1环境温度对电子式互感器的影响

在电子式互感器光学器件方面，对于磁光玻璃电子式电流互感器而言，其传感部件Verdet常数随温度变化较大；全光纤电流互感器本体的Verdet常数随温度变化较小，但光纤内的线性双折射对温度变化是十分敏感的，从而将影响其测量准确度及精度[4]。

在电子式互感器电子器件方面，A/D转换器件、电容等的电气参数也会随着温度的变化而发生偏移。

另外，对于实际工程中电子式互感器的订货环节，应明确要求厂家提供设备满足当地气候条件的试验报告，满足在可能出现的最高、低温度范围内安全稳定运行，同时最大温度差变化也不应影响设备的各方面正常使用寿命和功能。

3.2电磁兼容对电子式互感器的影响

在电子式互感器分类中，无源式互感器的主要优势就在于其电磁兼容性能优秀，但无源式电子式互感器的技术难度、制造工艺及造价等均明显高于有源式互感器，且目前无源式互感器仅有电流，无电压式，小负荷时的测量精度是难以保证的，这些都限制了其在变电站中的大规模实际应用。

对于有源型电流互感器，由于采集器位于高压侧，存在电磁兼容问题，需解决及建议的改进措施有：提高机箱的屏蔽功能，尤其应注意电源、信号外接端口的滤波接入设计方案；通过改变其接地方式的设计克服地电位压差和高频信号干扰；通过改变电路结构，减少敏感回路在传到和辐射方面的高频影响等。

3.3震动对电子式互感器的影响

在光学器件方面，外部震动或应力会导致电子式互感器中光学器件内的线性双折射，这将降低电流测量灵敏度，并使整个传感头的灵敏度随偏振面方位的改变而周期性改变。对于导置的震动，对于空心线圈的测量精度也存在一定的影响。

在独立支柱安装的电子式互感器设备抗震问题上，要求应等同于常规互感器，此处不再赘述。

3.4电子式电流互感器小电流测量问题

光学电子式互感器由于存在白噪声的影响，会导致其一次电流值为零，合并单元数字量输出非零。该问题主要出现在全光纤原理的电流互感器，是由于互感器白噪声对测试结果的干扰所造成。从噪声机理和试验中发现，对测量准确度影响较大的噪声大多数集中在几百Hz范围内，且由于产品在设计和制造工艺上的区别，也可导致误差结果的差异性。因此根据已有相关研究建议，应对全光纤互感器白噪声的产生机理、特性进行深入分析，并设法提高产品设计和制造的工艺水平，在其准确度测试方法、对电能计量及继电保护方面的影响也应进行全面的分析与研究。

3.5电子式电压互感器的频率响应特性

对于电容分压原理的电压互感器而言，其在频率响应特性方面不优于电磁式电压互感器，但出于可以避免铁磁谐振的考虑，在220kV及以上电压等级广泛采用。另外，当前基于Pockels效应的电子式电压互感器造价约为同等级常规互感器造价的1.5～3倍，目前在测量精度和频率响应特性方面还较少运行数据。

基于电容分压原理的电子式电压互感器在造价方面与常规互感器大致相同，频率响应特性也与电容式电压互感器相当。现阶段，造价是限制电子式电压互感器技术发展的主要原因。

3.6传感器电源供电方式对互感器的影响

在一次传感器供电方式方面，对有源式电子互感器的影响主要针对独立支柱电子式互感器的一次传感器，组合电器及罐式断路器配套的有源式电子式互感器不存在相应问题，为开关设备本体供电方式。

一次传感器采用激光供电时，光纤熔接质量、LED激光电源老化都会对供电可靠性产生影响；一次传感器采用取能CT和激光供电切换方案时，应避免切换死区或激光电源的频繁切换。

4 结论

目前，有源式电子互感器的应用已走在无源式的前面，其具有便于标准化和工业化批量生产，实用性、适用性良好等特点，这也是目前有源式电子互感器在工程中被广泛使用的原因之一。无源电子式互感器近几年也逐步开始了初期应用，相信随着其稳定性和工艺一致性等技术问题的逐一解决，其具有的明显技术优势会获得更大的发展空间与应用前景。

参考文献

[1]钱进，胡海燕.电子式互感器的应用及市场前景浅析[J].长江工程职业技术学院学报，2011（2）.

[2]杨武志，潘济猛.500kV电子式互感器工程应用研究[J].南方电网技术，2011（6）.

[3]李世良，刘海英.电子式互感器配置问题分析[J].科技资讯，2011（32）.

[4]刘延冰，李红斌，余春雨.电子式互感器原理、技术及应用.科学出版社，2009-8-1.