电子式电流互感器在智能变电站中的应用研究 电流互感器符号
时间：2020-02-22 07:33:43 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：电子式电流互感器作为实现电力系统测控、保护和远动功能的重要设备，是智能变电站数字化和信息化的关键元件，其可靠性和测量精度直接决定了电力系统的安全、稳定和经济运行。通过对电子式电流互感器测量原理的分析，对测量精度和运行可靠性的比较，对制造和组装方式的研究，按照可靠性、先进性、经济性和可行性的原则并结合国家电网公司智能变电站试点结果，提出了电子式电流互感器的基本配置原则，并指出了目前智能变电站电子式电流互感器在研究和制造环节急需解决的问题和未来互感器的发展趋势。
关键词：智能变电站；电子式电流互感器；准确性；可靠性；配置原则
作者简介：杨静（1962-），女，北京人，中国电力科学研究院信息与通信研究所，工程师。（北京 100055）
中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）36-0134-02
智能设备作为智能变电站中电气一次设备和智能组件的有机结合体，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化的特征，[1]是在传统电力元件中引入计算机技术、数字处理技术和网络通信技术而发展起来的新一代电气设备。在智能设备中，实现了微机测量、保护和控制，取代传统设备的二次系统；引入网络通信功能，实现了电气设备间以及电气设备与电力自动化系统间的信息交换及信息共享；利用现代传感器技术对电力元件的运行状态进行在线监测、自动控制和诊断评估。对于智能变电站建设和智能设备研制开发，目前已形成了部分国家和企业标准，[2-6]但对电子式电流互感器的研究和选择方面还不够成熟，在国家电网公司第一批智能站试点中存在一些问题，本文从电子式电流互感器测量原理、可靠性和制造等环方面研究智能变电站中电子式电流互感器的配置原则，进而指出其存在的问题及发展方向。
一、电子式电流互感器测量原理
1.电子式电流互感器分类
根据电子式电流互感器的测量原理，可以分为以下几类，如图1所示。
2.电子式电流互感器测量原理
（1）有源电子式电流互感器测量原理。[7，10]
（2）无源电子式电流互感器原理。[8，9]目前，无源电子式电流互感器主要有磁光玻璃型和全光纤型电子式互感器两种，测量原理分别如图3和图4所示。
3.合并单元
电子式电流互感器与保护测控单元、智能设备等的数据连接主要依靠合并单元（MU）完成，合并单元同步采集多路互感器的电压、电流信息并转换成数字信号，经处理后发送给二次保护、控制设备。
二、电子式电流互感器性能分析与比较
1.电子式电流互感器性能分析
与常规电流互感器相比，电子式电流互感器在信号传导介质和测量精度等方面具有以下优点。
（1）光纤在高电压及强电磁环境中具有良好绝缘性能，可以满足在变电站复杂电磁环境中运行要求。（2）无二次开路产生的高压危险，不会产生绝缘介质泄漏、不会对环境产生污染。（3）无磁饱和问题，暂态性能好，提高保护装置的正确动作率。（4）消除铁磁谐振，抗干扰能力强。（5）信号测量范围广，从直流到数百千Hz。（6）可在较大动态范围内保持高线性度响应。（7）内部结构紧凑、外形小、质量轻，在高电压等级上经济性较好。
现阶段，影响有源式电流互感器的可靠性与寿命的关键部分是其高压侧电子电路的供能、采集器及抗干扰问题。由于GIS/HGIS内有源式互感器高压侧信号处理及光电转换部分（采集模块）在GIS/ HGIS 外壳低电位处安装，采集模块可采用场地直流电源供电，解决了采集模块停电更换的问题。直流供电方式也使原有源式互感器的供电激光器得以取消，因此从可靠性上来说有源式电流互感器已不逊于纯光纤型电流互感器。
纯光纤型电流互感器在高压部分仅有传感头，其寿命主要取决于低压侧数据处理单元，高压侧光纤环寿命也是一个影响因素，纯光纤电流互感器厂商提供的数据约为30年，但该数据是通过加速寿命试验给出，目前暂没有足够的运行年限检验。
有源电子式互感器在国内也已有十多年的运行经验，全光纤式电流互感器与源电子式互感器具有更好的绝缘和测量效果，是未来电子式互感器的发展方向，但现阶段正处于发展阶段，可实施性较差。
2.电子式电流互感器性能比较
有源电子式电流互感器和无源电子式电流互感器实现原理、构成、关键技术有较大的差别，在某些应用特征上也体现了一定的差别 。其性能比较如表1所示。
三、电子式电流互感器制造与组装
当采用GIS配电装置时，电子式电流互感器需安装在GIS罐体内，由于电子式电流互感器和 GIS一般为不同厂商提供，因此电子式电流互感器的安装就需要在GIS制造过程中进行。目前有3种在GIS中安装电子式电流互感器的方式：第一种方式是直接安装在GIS内部；第二种方式是安装在GIS高压气室外部法兰连接处；第三是直接安装在GIS罐体外部。具体安装方式以下分别论述。
（1）当电子式电流互感器安装在GIS高压内部时，电子式电流互感器和GIS就构成了一个智能设备，其组成部分包括：一次结构主体、一次传感器、远端电子模块三部分，具体结构如图5所示
（2）电子式电流互感器安装在GIS 高压气室外部法兰连接处如图5所示，全套设备含3 个光纤电流敏感环。光纤电流敏感环放置在气室的法兰面上，母线从相应的敏感环中穿过。用密封圈对敏感环两侧进行密封，以防止SF6气体泄漏。
光纤电流敏感环按照电流导体的排列方式，成“品”字型布置，通过环圈内侧3个呈120°分布的螺纹孔固定在气室端面的法兰上，如上图所示，法兰内的3个光纤电流敏感可以在一个平面上，也可以分离在不同的平面，可具体依据GIS结构确定。
（3）电子式互感器直接套在GIS罐体外部，主要对于个别纯光纤型电流互感器。经调研，有源电子式互感器与常规电流互感器安装方式类似，可以与GIS有效组合安装，但是全光纤型电子式互感器由于其需要一次组合电器厂家提供法兰盘，而一次设备厂家还无法提供750kV电压等级以上的GIS尺寸的法兰盘，因此无法有效安装。
（4）供货现状分析。线圈式电流互感器的制造厂家较多，其产品一般有四到五年的运行经验。全光纤型电流互感器技术门槛相对较高，投运时间较短，站点较少，国内仅有南瑞航天，国外主要是AREVA。南瑞航天的产品在智能变电站第一批试点站中挂网试验性质较多，价格较常规和有源CT高出许多；AREVA的产品在国外已有上千台投运，但在国内尚无投运案例，在某些试点站中也仅是挂网试验，价格为南瑞航天产品的2倍左右。
四、智能变电站互感器配置原则
鉴于电子式电流互感器在智能变电站中的重要作用，本文结合对不同类型电子式互感器工作原理、性能和组装制造方面的分析和比较，结合规程和运行经验提出选用电子式电流互感器时需采用以下基本原则。
（1）互感器的配置应兼顾技术先进性与经济性；（2）110kV及以上配电装置可采用电子式电流互感器；（3）主变压器各侧电流互感器的宜选用同一类型和特性的电流互感器；（4）当主变压器各侧采用电子式电流互感器时，宜取消主变压器套管CT；主变压器低压侧套管电流互感器应按主变压器保护要求配置；（5）当采用GIS、HGIS配电装置型式时，电子式互感器宜与一次设备一体化设计；（6）对于有关口计量点、有故障测距要求的间隔，应配置满足其特性要求的互感器。
参考文献：
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[10]司为国.智能变电站若干关键技术研究与工程应用[D].上海:上海大学,2009.
（责任编辑：麻剑飞）
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