電子式電流互感器的特點及在中山數(shù)字化變電站中的應(yīng)用

邱桂洪

摘 ?要：文章介紹了電子式電流互感器的分類、原理及構(gòu)成，并對電子式電流互感器與常規(guī)電流互感器進行比較，最后闡述了電子式電流互感器在中山數(shù)字化變電站改造中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電子式電流互感器;數(shù)字化;變電站

中圖分類號：TM63 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）02-0058-02

隨著電力系統(tǒng)向大容量、超高壓和特高壓方向發(fā)展，對電力設(shè)備小型化、智能化、高可靠性的要求也越來越高。目前在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的常規(guī)電磁式電流互感器，由于系統(tǒng)電壓的增高，致使互感器的絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積增加，造價也隨之升高，同時電磁式互感器還存在著磁飽和、鐵磁諧振、動態(tài)范圍小等缺點，已難以滿足電力系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展要求。新型電子式互感器具有絕緣簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、抗電磁干擾、不飽和以及易于數(shù)字信號傳輸?shù)膬?yōu)點，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展要求及數(shù)字化變電站的建設(shè)，電子式互感器在工程應(yīng)用變得越來越廣泛。

1 ?電子式電流互感器的原理

根據(jù)構(gòu)成原理的不同，電子式互感器可分為有源式和無源式，有源式電子式電流互感器是指高壓平臺的傳感頭部分需要從外部輸入能量才能工作，而無源式電子互感器是指高壓平臺的傳感頭部分不需要從外部供電電源輸入能量就能工作。

無源電子式電流互感器又稱為光學(xué)電流互感器，無源電子式電流互感器利用法拉第（Faraday）磁光效應(yīng)感應(yīng)被測信號，當(dāng)一次電流經(jīng)過互感器時，將產(chǎn)生一個反映電流大小及方向的交變磁場，當(dāng)線偏振光（見光的偏振）在介質(zhì)中傳播時，進入該交變磁場，則光振動方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度ψ與磁感應(yīng)強度B成正比，偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場方向。其傳感頭部分無需復(fù)雜的供電裝置，整個系統(tǒng)的線性度比較好。

有源電子式互感器利用電磁感應(yīng)等原理感應(yīng)被測信號， 其采集元件為Rogowski線圈（即羅柯夫斯基線圈、羅氏線圈）。Rogowski線圈是一種較成熟的測量元件，它將測量導(dǎo)線均勻地繞在截面均勻的非磁性材料的框架上空心線圈，如圖1所示。

可根據(jù)被測電流的變化，感應(yīng)出被測電流變化的信號，其特點在于被測電流幾乎不受限制，反映速度快，可以測量前沿上升時間為納秒級的電流。從測量大電流的觀點來看，Rogowski線圈是一種較理想的敏感元件，由于它不與被測電路直接接觸，可以方便地對高壓回路進行隔離測量。由于積分器及遠端模塊都必須從外部提供能量才能工作，因而稱之為有源電子式電流互感器。

2 ?電子式電流互感器與常規(guī)電流互感器對比

電子式電流互感器與常規(guī)電流互感器相比有以下幾個優(yōu)點：①在絕緣設(shè)計及構(gòu)造上，電子式電流互感器優(yōu)于常規(guī)電流互感器;②電子式電流互感器能大量減少變電站內(nèi)電纜的數(shù)量，減少銅耗，節(jié)省成本;③電子式電流互感器在系統(tǒng)精度方面優(yōu)于常規(guī)電流互感器;④電子式電流互感器在二次回路設(shè)計及負荷特性方面優(yōu)于常規(guī)電流互感器;⑤電子式電流互感器在二次回路抗干擾及二次回路安全性能方面優(yōu)于常規(guī)電流互感器。

電子式電流互感器在上述幾方面中表現(xiàn)優(yōu)于常規(guī)電流互感器，但其在運行經(jīng)驗及穩(wěn)定性方面弱于常規(guī)電流互感器，因此穩(wěn)定性仍需要時間驗證。

3 ?電子式電流互感器在中山的應(yīng)用情況

我們對220 kV三鄉(xiāng)站進行了數(shù)字化改造，考慮目前國內(nèi)智能式開關(guān)在應(yīng)用上尚未成熟，三鄉(xiāng)站在進行數(shù)字化改造中，在過程層改造方面只使用了有源式電子式電流互感器及有源式電子式壓互感器，分別應(yīng)用于220 kV、110 kV電壓等級，未使用智能式開關(guān)、主變及其它智能式設(shè)備。

由于未使用智能式開關(guān)，過程層改造實施方案如下。

①對于220 kV、110 kV電壓等級電流、電壓采樣可直接從一次設(shè)備輸出數(shù)字信號至合并單元;②對于部分未更換電子式互感器的部分，如主變變低電流互感器、主變本體中性點及間隙電流互感器，先將二次電流通過電纜送至采集器，經(jīng)采集器完成A/D轉(zhuǎn)換，再通過光纖傳送至合并單元;③常規(guī)開關(guān)、刀閘的位置、告警等遙信量通過電纜傳輸至智能就地柜，通過轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號再經(jīng)光纜傳送至GOOSE網(wǎng)，通過GOOSE網(wǎng)傳送至間隔層中各保護、測控裝置;④開關(guān)分、合閘控制回路仍沿用常規(guī)的電氣控制回路;⑤主變本體非電量保護中除用于跳閘的非電量信號以硬接線接入外，其他告警信號都通過GOOSE網(wǎng)上送到測控裝置。

按照計劃，三相電流互感器各自從二次側(cè)引出一根電纜至光纖熔接盒，經(jīng)過整合后通過一根光纜傳輸至各間隔合并單元。合并單元在數(shù)字信號傳輸渠道上起重要作用，它通過光纖將激光能傳輸至電流互感器的遠端模塊，對遠端模塊提供能量，使其完成A/D轉(zhuǎn)換及D/E轉(zhuǎn)換;電子式電流、電壓互感器輸出的數(shù)字采樣值都傳輸至合并單元;合并單元對各采集單元傳來的各種數(shù)字信號進行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號利用光纖點對點傳輸至線路保護、母差保護、測控、計量等裝置，實現(xiàn)遙測數(shù)字信號的實時傳輸。

現(xiàn)以220 kV線路間隔為例說明電流采樣回路。根據(jù)保護裝置雙重化配置，220 kV線路間隔配置兩個合并單元，分別對應(yīng)兩套主保護，合并單元所采集的數(shù)字量也來自不同的線圈和采集器（即遠端模塊）。每一相電流互感器里都有兩個電流采集器，每個采集器又對應(yīng)兩組羅氏線圈，分別為保護、計量線圈。采集器有兩個光纖接口RX和TX，分別用于接收來自合并單元的激光能量和發(fā)送電流數(shù)字信號，其中TX輸出包括兩個線圈的電流數(shù)字量。各相電流互感器引出的光纜都接至光纖熔接盒，利用物理手段將兩組電流量按照最終去向分類重組，通過兩根光纜傳送至控制室的光纖熔接盒，傳送至兩個合并單元，經(jīng)過信號合并和同步處理，再傳輸至各保護裝置。主一保護對應(yīng)的合并單元分別向主一保護、220母差保護I、故障錄波、線路測控及電度計量裝置傳輸電流量;主二保護對應(yīng)的合并單元分別向主二保護、220母差保護II裝置傳輸電流量;傳輸通道只需要一根光纖，傳輸信號中包含了三相保護、計量線圈電流，各裝置只需從中抽取所需要的電流量。其它電壓等級間隔的電流采樣回路原理大致相同。

該站數(shù)字化改造完畢后，總體運行狀況良好。運行情況如下：①電流采樣可靠。為了對比電子式電流互感器與常規(guī)電磁式電流互感器的采樣差異，在#3主變110 kV側(cè)額外保留了一組電磁式電壓互感器和電磁式電流互感器，通過累計比較#3主變110 kV側(cè)的有電子式互感器和電磁式互感器各自測量的電度量，發(fā)現(xiàn)兩者的數(shù)值上差異甚小，在誤差范圍內(nèi)，經(jīng)過三年的觀察對比，證明了電子式電流互感器電流采樣準(zhǔn)確可靠。且在近年來三鄉(xiāng)站出現(xiàn)110 kV以上的多起跳閘事件中，電子式電流互感器均能正確測量故障電流，保護裝置能正確動作;②一次設(shè)備維護項目減少、二次設(shè)備維護項目增多。由于電子式電流互感器的一次部分結(jié)構(gòu)簡單，無油、氣部分，在日常巡視、維護工作中變得相當(dāng)簡單些，但是二次設(shè)備新增了合并單元等裝置等，該部分設(shè)備在定檢時需要使用專用儀器才能開展校驗，增加了設(shè)備定檢的難度;③設(shè)備的可靠性需要繼續(xù)改進。由于電子式電流互感器的一次側(cè)安裝了采集器，采集器由羅氏線圈、激光供電器件等比較靈敏的元件構(gòu)成，在戶外復(fù)雜多變的環(huán)境下，故障幾率比電磁式電流互感器高，需要繼續(xù)改進，提高設(shè)備可靠性。

4 ?結(jié) ?語

電子式電流互感器是科技進步的成果，其絕緣簡單、體積小、重量輕、動態(tài)范圍寬、抗飽和性能強、實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出等優(yōu)點決定了其未來良好的發(fā)展前景。三鄉(xiāng)變電站數(shù)字化改造中大量地應(yīng)用了電子式電流互感器，將為中山電網(wǎng)以后推廣、建設(shè)、管理、維護和運行數(shù)字化變電站積累寶貴經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 曹鳳田，王樂仁，王玨昕，等.電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用限制[J].吉林電力，2010，（4）.