浅谈电子互感器在数字化电力系统中的应用

刘芳芳 袁刚 任君

摘要：随着电力系统的发展，继电保护和电气设备自动化程度的不断提高，电力系统向数字化方向转变，传统电磁式互感器的缺点越来越明显。而电子互感器的出现弥补了常规电磁式互感器的缺陷，解决了电力系统中诸多长期存在的问题。基于此，本文详细探讨了电子互感器在数字化电力系统中的应用，以及电子互感器的特点和特性。

关键词：电子互感器;数字化电力系统;应用

一、互感器的定义

互感器是按电、磁、光规律变换电压或电流，将一次侧的高压或大电流变化为具有一定准确度要求的低电压、小电流信息供给测量仪表及保护装置使用。互感器有许多功能，若某些装置（测量仪表与计量装置）与互感器配合，则能测量一次系统许多功能，如一次系统电流和电压。互感器的性能好坏影响到各个方面，例如，影响电力系统测量和计量正确性，互感器可分为两类：一类按电压测量分为电压互感器，另一类按电流测量分为电流互感器，组合互感器就是这两种互感器的组合。

电子互感器特征包括：①传感精度：电子互感器有多种输出形式，但不是能量形式的输出，输出信号的精度高;②光纤传输：虽然电子互感器的信号传输方式有很多种，但最好、最合适的是光纤;③输出数字化：据了解，数字量是电子互感器的最终输出形式。

二、电子互感器的分类

1、有源。此种互感器主要利用电磁原理来检测信号，平台建设过程中需电子电路电源供应。这样，模拟值可在一次信息平台上进行采样，数字信号可通过光纤和其他介质传输到计量系统。这种互感器可分为以下形式：第一种是独立式，第二种是GIS式。前者采集单元主要安装在瓷柱上，具有很强的绝缘功能。在电源方面，有光电池、分压器、激光等形式的电力供应，在工程应用中，激光供电是主要的形式，其他供电方式配合。这种互感器的应用不仅能降低工程造价，还能减少工程占地面积，体现出较强的应用能力。后者主要是在接地外壳中合理安装采集模块，可直接应用变电站直流电源供电，应用方式相对简单。

2、无源。这种互感器主要利用磁光效应来感应被测信号，在传感头设置过程中，无需安装复杂的供电系统，系统运行时线性更好。在实际工程应用中，这种互感器通过光纤传输一次电流或电压信號，因此可在主控室控制或调解电流。同时，这种互感器能有效地将数字信号传输到MU，从而对数字信号进行有效保护和测量，最终应用于工程中。然而，这种互感器在传感头上呈现出更复杂的光学设计系统，因此在具体应用中会受到各种形式的环境因素影响，如环境中的温度或振动因素，从而影响其应用进程。我国设计的互感器不符合当前变电站工程应用的实际要求，技术研究效果有待提高。

3、二者比较。通过对这两项关键技术的比较，发现有源互感器的关键技术较多。如采集单元的设置相对可靠，可维护性强，电源供应及电子模块设计较科学，能使互感器得到更好的应用。与传统互感器的运行经验相比，GIS互感器可直接应用于变电站直流电源，无需额外供电，采集单元与地壳紧密相连。因此，这种互感器抗干扰能力强，维护方式简单。当采集单元工作异常时，无需切断系统电源，提高了系统的运行能力。

三、电子互感器优点

1、电子互感器的绝缘结构设计相对简单明了，因无铁芯、绝缘油等物体，所以与传统互感器相比，质量轻、体积小，在安装、运输和管理方面能节省大量人力物力。

2、与传统互感器相比，电子互感器没有二次开路产生高压的危险，以及传统充油、充气形式互感器发生泄漏、爆炸的风险。

3、由于电子互感器的设计问题，在运行中不会产生磁饱和和铁磁谐振问题，适用于大电流、高电压范围，抗干扰能力强，不受外界条件限制，提高了测量精度。

4、由于电子互感器中与传感和信号处理相关的物体外形小、质量轻，因此可方便地将其放置在成套电器或配电装置中，致使电力设备朝着集成化方向发展成为可能。

5、电子互感器能有效实现变电站向数字化、光纤化、智能化方向发展。电子互感器信号和传输形式可通过光缆完成，然而，由于光信号的突出优势和光纤通信技术的广泛应用，变电站内部及变电站与上级间的数据传输变得更加可靠和有效。

6、各个功能模块相对独立，便于安装和维护，适用于网络化测量。

四、电子互感器在数字化电力系统中的运用

1、继电保护

1）对电力系统硬软件设备产生影响。电磁互感器在实际运行中的模拟输出信号需进行一系列的转化工作才能传输到继电保护等二次装备中。电子互感器有很大不同，它在输出信号时是一种数字状态，能有效降低成本，提高设备可靠性。当使用电子互感器时，继电保护和监控装置可在数字接口处直接接收互感器输出的数字信息。从目前的市场情况来看，许多相关店铺都销售数字继电保护和测控装置，这些装置能为电子互感器提供有效硬件设备。电子互感器的一个明显优势是能为保护提供支持，测量功能可实现有效保护。此外，当断路器发生故障和预分合时，可准确记录当时的波形。

2）差动保护。传统的电磁互感器易造成差动保护误动，但在计算CT饱和措施时，由于计算信息数据的复杂性，会导致计算困难，计算结果不可靠，这将影响差动保护的正常运行。电子互感器具有无磁饱和优势，可有效提高差动保护精度。同时，电子互感器还能有效提高差动保护装置的灵敏度，以有效提高差动保护性能。经分析，造成差动保护误动的原因有：一是外部短路问题，导致电流不平衡和差动保护误动;二是励磁涌流不能很好地识别。应用电子互感器能判断励磁涌流分量，防止差动保护误动。

2、高压直流输电应用

在高压直流输电方面，电子电流感器较传统的电磁式电流互感器在直流测量方面具有更大的优势，具有无电磁干扰和铁磁损耗的特点;并且能与电力数字化系统的网络兼容;其重量仅为同等级传统直流电流互感器的1/10，性价比较高。在我国扎鲁特-青州等特高压直流工程中均采用电子电流互感器用于线路的直流电流、交流侧不平衡电流、桥臂电流的测量，效果较好。

五、结论

随着我国电力工业的发展，电网电压等级逐步向超、特高压方面发展;电力系统向自动化、智能化方面发展，数字化处理的要求越来越高，在此背景下，一批数字化变电站应运而生。在数字化变电站中互感器不仅仅具备传统的功能和角色，同时参与了需求侧电信号输出管理，成为一、二次电路信号的转换基准。电子互感器顺应了电力系统二次设备数字化的发展方向，可以预期其应用具有较为广阔的前景。

参考文献

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[2]胡晓庆.浅析互感器在电力系统中的应用[J].中国新通信，2019（04）.

[3]吴湛郁 王建国.互感器技术实用手册.北京.中国电力出版社，2010.