智能变电站中互感器设计方案综述

智能变电站中互感器设计方案综述

李孝宇黄元生

李孝宇黄元生华北电力大学经济管理系（保定）071003

摘要智能变电站是按照IEC61850标准建立的变电站模型，通常可以分为站控层设备、间隔层设备、过程层设备。然而电子互感器的应用是智能变电站的重要标志，与传统互感器相比，电子式互感器的优点甚多。通过对分析当前电子式互感器的设计方案，从而进一步了解其发展现状。

关键词智能变电站电子式互感器设计方案

0．引言

智能变电站按照IEC61850标准建立变电站模型，通常可以分为站控层设备、间隔层设备、过程层设备。这种建模方法打破了原有的将变电站内设备分为一次设备、二次设备的二元划分法。一次设备主要包括：主变压器、断路器、电流互感器、无功补偿装置等设备，负责输送、分配电能，承受高电压、大电流。二次设备主要负责监测一次设备的运行情况、控制一次设备的动作、保护一次设备的安全，主要包括：测量装置、控制装置、继电保护装置以及调度自动化装置等。一次设备与二次设备之间通过控制电缆实现物理连接，经过变换器、光耦等实现信号的转换，从而实现二次设备对一次设备的测量、控制及保护。IEC61850标准模型中，所有的一次设备—包括主变压器、断路器、电流互感器、无功补偿装置等—均可以视为集成了IED装置的过程层设备，是实现数字化、信息化、互操作性的关键物质基础。所以，智能变电站的建设首先要从一次设备智能化着手。

1．电子式互感器

智能化变电站应采用数字化电气量测系统采集电流、电压等电气量。电子互感器的应用是智能变电站的重要标志，相对于传统互感器，电子式互感器的优点主要有：

(1)高压侧与低压侧电气上完全隔离，绝缘结构简单、可靠。

(2)不存在磁饱和、铁磁谐振等问题。

(3)频率响应宽，动态范围大，精度高，可同时满足测量和继电保护的需要。

(4)体积小，重量轻，节约占地面积；无污染，无噪声，具有优越的环保性能。

2．电子式互感器工作原理

电子式互感器有许多种类，按照其工作部分是否需要外部供能，可以分为有源式电子互感器和无源式电子互感器。

电子式电流互感器利用空芯线圈及低功率线圈传感被测一次电流。低功率线圈（LPCT）的工作原理与常规CT的原理相同，只是LPCT的输出功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。空芯线圈不含铁芯，具有很好的线性度。

3．电子式互感器技术发展概述

（1）有源电子式电流互感器

有源电子式电流互感器，在正常使用条件下，其二次转换器的输出实质上正比于一次电流，且相位偏差在联结方向正确时为已知相位角。利用电磁感应等原理感应被测信号，传感头部分具有需用电源的电子电路，并且利用光纤传输数字信号。

（2）有源电子式电压互感器

一种电子式互感器，在正常使用条件下，其二次电压实质上正比于一次电压，且相位差在联结方向正确时接近于零。GIS电子式互感器利用同轴电容分压器测量电压。为提高电压测量的精度，改善电压测量的暂态特性，在电容分压器的输出端并一精密小电阻。

（3）有源电子式电流电压组合互感器

独立型电子式电流电压组合互感器将电流互感器和电压互感器组合为一体，主要由四部分组成：

一次电流传感器，一次电流传感器位于高压侧，包括低功率CT、空芯线圈及高压电流取能线圈。低功率CT用于传感测量级电流信号，空芯线圈用于传感保护级电流信号，取能线圈用于从一次电流获取电能供远端电子模块工作。220kV及以上电压等级的电子式互感器配置两套完全相同的线圈。

远端电子模块，远端电子模块也称一次转换器，位于高压侧。远端电子模块同时接收并处理低功率CT、空芯线圈及电容分压器的输出信号，远端电子模块的输出为串行数字光信号。远端电子模块的工作电源由合并单元内的激光器或高压电流取能线圈提供，当一次电流小于20A时远端模块的工作电源由激光器提供，当一次电流大于20A时远端模块的工作电源由高压电流取能线圈提供，两种供电方式可实现无缝切换。220kV及以上电压等级的电子式互感器配置两个完全相同的远端模块。

电容分压器，电容分压器将被测高电压分出一较低电压信号给远端模块进行处理，分压信号从电容分压器的高压端引出。电容分压器采用已在系统中获得广泛应用的CVT电容分压器，性能稳定可靠。电容分压器的外绝缘采用硅橡胶复合绝缘子，重量较轻。在复合绝缘子的环氧筒内侧埋有8根62.5/125um的多模光纤，用以传输激光及数字信号，实际使用4根光纤（两根传输激光，两根传输数字信号），另外4根光纤备用。高压端光纤以ST头与远端模块对接，低压端光纤以熔接的方式与传输信号的光缆对接。

合并单元，合并单元置于控制室，合并单元一方面为远端模块提供供能激光，另一方面接收并处理三相电流电压互感器远端模块下发的数据，对三相电流电压信号进行同步，并将测量数据按规定的协议（IEC60044-8或IEC61850-9-1/2）输出供二次设备使用。合并单元的输出信号采用62.5/125um多模光纤传送，接头为ST型。

（4）光学电子式互感器

光学电子式电流互感器主要由三部分组成：1）光学电流传感器，光学电流传感器为全光纤结构，位于高压侧，采用反射式Sagnacg干涉原理和Faraday磁光效应传感被测一次电流。2）光纤绝缘子，光纤绝缘子，绝缘子为内嵌光纤的实芯支柱式复合绝缘子。绝缘子内嵌3根HiBi光纤，实际使用2根光纤（或1根）。3）合并单元，合并单元置于控制室，接收并处理三相光学电流传感器下发的数据，对三相电流互感器及三相电压互感器的信号进行同步，并将测量数据按规定的协议（IEC60044-8或IEC61850-9-1）输出供二次设备使用。合并单元的输出信号采用62.5/125um多模光纤传送，接头为ST型。

光学电流互感器（OpticalCurrentTransducer，OCT）的传感原理基于Faraday电磁感应原理。其光学电流传感原理如下图所示，线偏振光通过磁场中的Faraday材料（磁光玻璃或光纤）后，偏振光的偏振方向将产生正比于磁场平行分量B的旋转，这个旋转角度叫Faraday旋光角，由于磁场与产生磁场的电流成正比，因此Faraday旋光角与产生磁场的电流成正比。

参考文献

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