电流传感器在继电保护中的应用

吕文宏

一、引言

我国经济和社会的发展，对于电力系统的容量也提出了新的要求，这就要求不断扩大和提高电网运行时的压力和等级，那么就对于继电保护提出了更高的要求。在这一基础上，就要求互感器能够拥有较为灵敏的响应特征，能够真实且有效地反映出故障信号，从而使得继电保护装置能够在暂态过程并未结束时就能够采取正确的动作（工作原理如图1）。从当前的技术角度来看，电流传感器能够很大程度上这个问题。

图1 工作原理图

二、电流传感器的发展历史

本文所介绍的电流传感器主要是第二代电流传感器，它是一种三端口的电流型有源集成器件。和第一代电流传感器相比，它新增加了缓冲器、电流模和电流镜等，通过新旧技术的互补，提高了宽带和动态范围，并且具有电路结构简单、运转速度高和功耗比较低等优点。因此，如果将电流传感器和其他的电子元件进行组合，则可以形成一些其他的电路结构，从而实现电流传感器的广泛应用，设计出更加复杂和性能更好的模拟电路。

三、电流传感器在继电保护中应用的可行性

随着我国对于电力系统要求的提高和电力工业的发展，电力系统的输送容量和电压等级也在不断提高，传统的互感器在电网测量和监控方面存在着诸多不足，例如以往的绝缘结构较为复杂，体积过大并且也存在着成本过高的缺点。目前，电流传感器在光纤通讯网中的应用前景十分广泛，并且已经成为电力自动化技术发展的前沿方向之一。电流传感器在电量测量和监测方面发挥了重要作用，是实现电力自动化的关键设备。新型的电流传感器克服了尺寸过大、质量过大和抗干扰能力差的缺点，使得电力系统运行得更加安全，更加节约成本和优化。

随着我国计算机和互联网技术的发展，电力系统的继电保护系统也相继实现了微机化控制，控制设备也逐渐趋向小型化，这就要求继电保护的相关控制设备的接口等也要相应改变和适应。从这点出发，我们可以发现电流传感器正好符合要求。与其他设备相比，电流传感器在这方面具有很强的优势。在符合最基本的连接要求的基础上，设备的兼容性、方便性和成本的节约方面等都比传统的继电方式更加令人满意。而且，采用电流传感器的继电保护方式在技术上也是可行的，尤其是电脑技术的发展为电流传感器的推广和使用提供了一个承载平台。

四、电流传感器在继电保护中的应用方式

1、电流传感器与继电保护接口

从电路的知识我们可以看出，电流传感器，是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。例如光发射的部分波长就可能会影响到传感器的运行效率，这就要求两者的波长和设置能够达到一致。另一方面，我们也可以说电流传感器需要与电路的设置相互配合，从而形成一个完整有效的整体。从这个角度来看，电流传感器并不仅仅是提供光信号或者电信号，而是两个怎样配合。在实际的应用过程中，大家讨论最多的依然是电流传感器提供更加有效的电信号。

从我国的现实情况来看，传统的电流传感器的功能较弱，这也就导致了传统电流传感器所传输的电压仅仅是较小的模拟电压信号，也不利于电路的使用和维护。因此，新型的电流传感器，改进了这方面的设置，新增了一个输出端口，在原来的基础上新增加了电子模块，这样的方法有利于扩大继电器的应用和推广。这样的做法可以很大程度上节省硬件成本，减轻了电流传输器的重量，增加了其使用效率，可以非常有效地进行继电保护，实现成本效益的最大化。

2、电流传感器对继电保护的影响

电流传感器对于继电保护的影响主要体现在以下几点。首先是促成了电路保护方面研究的新发现。目前我国市场上关于继电保护的产品较多，工作原理也是多种多样，但是在原理上并没有大的突破，都需要进行滤波，这就会产生延时，造成资源和电力的消耗和浪费。因此，为了进一步提高电路的运行效率，保证电流运转的高效，往往需要研究故障后的暂态分量，进行电路的高速保护。通过研究我们发现，传统的电流传感器频响范围较窄，并不能完整地显示电流波形，这就造成并不能真实地反映高频信号。新型电流传感器在这方面的应用则可以很好地解决这个问题，为暂态量提供可靠的保护，从而保护数据的安全，在一定程度上可以促进继电保护研究的发展。

其次是，电流传感器也可以很大程度上提高继电保护的可靠性。传统电流传感器由于饱和问题及其局限性，造成了未能实现继电保护的正确动作，尤其是造成饱和，从而产生了不平衡，这就非常容易造成错误的保护动作。另一方方面，如果在保护出口短路过程中，常规电流传感器可能会在一侧电流下达到饱和，难以在很大的动态范围内实现电路的保护。但是新型的电流传感器则可以在很大程度上避免这个问题，提高继电保护的可靠性。

再次，新型的电流传感器还可以为保护提供新的功能。电流传感器的动态范围波动很大，无论是电路正常还是故障时都能准确反映电流的值，这一点就可以在测量和运行中实现继电保护。另一方面，我们还需要考虑到电流传感器的另一种特征，可以非常有效地记录故障发生瞬间和电路断裂瞬间的波形，从而可以实現记录波长变动和电路开关状态的功能，尤其是在近几年来，我国的电力电子设备不断增多，它们所产生的电磁干扰也会对于电网产生很大程度上的畸变，从而使得情况更加复杂，这就对于电流传感器提出了新的挑战。

结语

微机保护的普及使得具有高功率输出的电磁式互感器暴露出许多问题，以电流传感器为代表的新型变换器的出现为此提供了新的解决方案。本文分析了电流传感器相对于传统方式的一些优点，介绍了电流传感器的工作原理，对电流传感器在继电保护中的应用情况进行了展望，相信电流传感器的使用一定会推动继电保护的发展。

（作者单位：云南省楚雄州工业学校）