電子式互感器的技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用前景

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1、電子式互感器的技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用前景1.電了式互感器的發(fā)展背景電流和電壓互感器是為電力系統(tǒng)進(jìn)行電能計(jì)量和為繼電保護(hù)及測(cè)控裝置提供電流、電壓信號(hào)的重耍設(shè)備，其精度及可靠性與電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)，是電力系統(tǒng)電流電壓測(cè)量的基本設(shè)備。傳統(tǒng)的電流和電壓互感器是電磁感應(yīng)式的，具有類似變壓器的結(jié)構(gòu)。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)傳輸?shù)碾娏θ萘坎粩嘣黾樱娋W(wǎng)運(yùn)行電壓等級(jí)也越來越高，目前，俄羅斯已冇1150kV的骨干電網(wǎng)，我國(guó)也已將原來220kV的骨干電網(wǎng)提高到了500kV,年初國(guó)網(wǎng)公司已將1000kV的輸電線路納入近幾年的發(fā)展規(guī)劃。隨著電壓等級(jí)的提

2、高，電磁式互感器逐漸暴霽出一系列固冇的缺點(diǎn)：（1）絕緣結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，產(chǎn)品的造價(jià)也越來越高，產(chǎn)品重量大,支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（2）電磁式電流互感器固有的磁飽和現(xiàn)象，一次電流較大時(shí)會(huì)使二次輸出發(fā)牛:畸變，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行，造成拒動(dòng)或誤動(dòng)。（3）電磁式互感辭的輸出為模擬量，不能與數(shù)字化二次設(shè)備直接接口，不利于電力系統(tǒng)的數(shù)字化進(jìn)程。白二十世紀(jì)七十年代以來，人們一直在尋求一種安全、可靠、理論完善、性能優(yōu)越的新方法來實(shí)現(xiàn)高電壓大電流的測(cè)量?；诠鈱W(xué)傳感技術(shù)的光學(xué)電流互感器（OpticalCuirentTransformer,簡(jiǎn)稱OCT）和光?了電

3、壓互感器（OpticalVoltageTransformer,簡(jiǎn)稱OVT）能有效克服傳統(tǒng)電磁式互感器的缺點(diǎn)，近2（）年來一肓受到美國(guó)、丨

4、木、法國(guó)和屮國(guó)等國(guó)學(xué)者和工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注和深入研究，先后研制出多種樣機(jī)并掛網(wǎng)試運(yùn)行，但由于溫度穩(wěn)定性和工藝一致性等問題不易解決，至今還沒有批量生產(chǎn)和使用。近年來，隨著光電子技術(shù)、微電子技術(shù)及光纖通信技術(shù)的發(fā)展，有源光電互感器得到快速發(fā)展，并有不少產(chǎn)品在變電站現(xiàn)場(chǎng)獲得應(yīng)用。有源光電互感器采用空芯線圈或低功耗鐵芯線圈感丿應(yīng)被測(cè)電流,置于高壓側(cè)的遠(yuǎn)端模塊將線圈的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號(hào)經(jīng)光纖送至控制室。有源光

5、電互感器同光學(xué)電流互感器一樣能有效克服傳統(tǒng)電磁式互感器的缺點(diǎn)，有源光電互感器的溫度穩(wěn)定性較易解決，便于批量化生產(chǎn)，是口前研制及應(yīng)用的主流。2.電子式互感器及具分類電子式互感器是利用電子測(cè)量技術(shù)和光纖傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電流、電壓測(cè)量的新型互感器。它包括棊于光學(xué)傳感原理的互感器，也包括其它各種利用電了測(cè)試原理的電流電壓互感器。電子式互感器的種類很多，但大致可分為有源型和無源型兩種。有源型電子式互感器利用電磁感應(yīng)原理感應(yīng)被測(cè)信號(hào)，利用光纖傳輸信號(hào),在傳感頭部分具有需用電源的電子電路；無源型電子式互感器利川Faraday磁光效應(yīng)（電流互感器）和Po

6、ckels電光效應(yīng)（電壓互感器）感應(yīng)被測(cè)信號(hào)，利用光纖傳輸信號(hào)，在傳感頭部分不需電源。兩者的結(jié)構(gòu)各異，但他們和傳統(tǒng)的電磁式互感器比較起來，均具冇類似的種種優(yōu)點(diǎn)。電子式互感器與傳統(tǒng)的電磁式互感器的不同主要表現(xiàn)在如下三個(gè)方面：⑴傳感原理不同。電子式互感器通常是基于電子測(cè)量原理或光纖傳感原理，從而使互感器具有很好的線性度和較寬的頻率范圍。⑵絕緣結(jié)構(gòu)不同。電了式互感器的絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，互感器的價(jià)格、體積、重量等隨電壓等級(jí)的升高增加不多。⑶輸出信號(hào)不同。電子式互感器的輸出為數(shù)字信號(hào)或弱電模擬信號(hào)（如4V）,便于為數(shù)字化保護(hù)和測(cè)控設(shè)備接口。3?電子式互感器的

7、結(jié)構(gòu)據(jù)使用場(chǎng)合的不同，電了式互感器的結(jié)構(gòu)亦冇所不同。下面介紹幾種典型的電了式互感器的結(jié)構(gòu)。下圖所示為一種電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。zs傳感頭（無源或有源）二次轉(zhuǎn)換器保護(hù)數(shù)字量輸出卜圖所示為-?種光洋電壓互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。光學(xué)電壓傳感頭光纖SF6二次轉(zhuǎn)換器測(cè)訛保護(hù)f數(shù)字歟輸出下圖所示為一種GIS用組介型電了式電流電壓互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。Rogowski線圈電容環(huán)4.電了式互感器的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)電磁感應(yīng)式電流互感器相比，電子式電流互感器具有如下一系列優(yōu)點(diǎn)：4.1高低壓完全隔離，安全性高，具有優(yōu)良的絕緣性能和優(yōu)越的性價(jià)比電磁式互感器的被側(cè)高壓信號(hào)與

8、二次線圈Z間通過鐵芯耦合，它們Z間的絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其造價(jià)隨電壓等級(jí)呈指數(shù)關(guān)系上升。電了式互感器將高壓側(cè)信號(hào)通過絕緣性能很好的光纖傳輸?shù)蕉卧O(shè)備，這使得其絕緣結(jié)構(gòu)人人簡(jiǎn)化，電壓等級(jí)越高其性價(jià)比優(yōu)勢(shì)越明顯。電子式互感器利用光纜而不是電纜作為信號(hào)傳輸工具，實(shí)現(xiàn)了高低壓的徹底隔離，不存在電壓互感器二次回路短路或電流互感器二次開路給設(shè)備和人身造成的危害，安全性和可靠性大大體高。4.2不含鐵芯，消除了磁飽和和鐵磁諧振等問題電磁式電流互感器由于使用了鐵芯，不可避免地存在磁飽和及鐵磁諧振等問題。電了式互感器在原理上為傳統(tǒng)互感器有著本質(zhì)的區(qū)別，一般不用鐵芯做磁耦

9、合，因此消除了磁飽和及鐵磁諧振現(xiàn)彖，從而使互感器運(yùn)行暫態(tài)響應(yīng)好，穩(wěn)定性好，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的高町靠性。4.3抗電磁干擾性能好，低壓邊無開路高壓危險(xiǎn)電磁式