电子式互感器在智能变电站的应用研究

韩亮 崔绍军 宋宇

摘要：电子式互感器相较传统互感器有着很多优点，是未来的发展方向。本文以智能化变电站内的电子式互感器为切入点，论述了电子式互感器的原理、特点、优点及其在智能变电站内的应用。

关键词：电子式互感器；智能变电站

引言

智能变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。电子式互感器是智能一次设备的重要部分，是一次设备电流电压转化为二次测控、保护用电流电压的关键所在。

为了保证电力系统安全经济的运行，需要对电力系统及其中各电力设备的相关参数进行测量，以便对其进行必要的计量、监控和保护。通常的测量和保护装置不能直接连到高电压、大电流的二次回路上，而需将这些高电压端的电力参数按比例变换成低电压端的参数或信号，以供给测量仪器、仪表、继电保护和其他类似的设备使用。互感器是电力系统中用于电能计量和继电保护的重要设备之一，其测量准确度及可靠性对电力系统的安全、稳定和经济地运行有着重要的影响。

电力互感器按量测参数类别通常可分为两大类：一类是电流互感器；另一类是电压互感器。电流互感器是将一次回路的大电流成比例的变换为二次回路小电流。电压互感器是将一次回路的高电压成比例的变换为低电压。电力互感器还可以按电流变换原理分为电磁式互感器和新型互感器。传统的CT、VT属于电磁式互感器，根据电磁感应原理传感电流、电压的变化；新型互感器一般基于光电技术和电子技术，因此，根据国际电工委员会标准，新型互感器被统称为电子式互感器，代表了电力互感器的发展方向。2002年，根据电子式互感器的研究和发展情况，国际上制定颁布了IEC60044-7《电子式电压互感器标准》和IEC60044-8《电子式电流互感器标准》以及IEC61850《变电站通信网络和系统协议》，对电子式互感器的特点、性能指标和检定原则进行了规范，为电子式互感器的推广应用奠定了基础。

以国网公司2010年新建的220kV西泾变电站为例，它作为国网公司第一个220kV智能化变电站，在220kV、110kV全部采用GIS设备的情况下，大量应用了OCT（光学电子式电流互感器）、EVT（电子式电压互感器）这两类电子互感器。

设计规范要求，110kV、220kV智能变电站的110、220kV电压等级宜采用电子式互感器。西泾变在220kV、110kV、主变三侧应用了全光纤型电子式电流互感器，其原理采用赛格耐克效应，所有OCT均采用双A/D采样，其中220kV、主变三侧采用“4敏感环+4A/D”模式，110kV采用“2敏感环+2A/D”模式，所有GIS全光纤型OCT均采用气室外安装；全站220kV、110kV电压互感器均采用EVT，均采用双A/D采样，采用独立罐体安装；所有OCT、EVT采用一体化设计、一体化安装。

GIS电子式互感器的原理是利用空芯线圈及铁心线圈式低功率电流传感器(LPCT)传感被测一次电流，利用同轴电容分压器传感被测一次电压，利用远端模块将空芯线圈、LPCT及电容分压器输出的模拟信号就地转换为数字信号通过光纤输出。GIS电子式互感器按照出厂检验规程检验合格后出厂并发运至GIS厂，GIS厂负责将电子式互感器装配于相关间隔的GIS中并随GIS一起进行有关试验（耐压、气密、局放等）。

OCTEVT将电压电流采集过来之后，需要一个装置处理这些信息并将其上传到保护测控装置或者是到网络上。合并单元适用于电子式互感器数据合并，完成一个线路间隔全部模拟量采集。一个线路间隔所有模拟量采集可以通过合并单元灵活扩展给多个保护和测控装置提供数据。通过两台合并单元则可以实现一个双重化配置且互相完全独立的线路间隔模拟量采集系统。

传统的电流互感器在应用时有很多问题，比如绝缘要求高、重量支撑结构复杂，且固有的磁饱和现象等，当磁饱和严重时造成保护的拒动或误动。另外，对于传统的电流互感器来说，二次绝对不允许开路，以防止损坏设备，但是对于OCT来说没有这种限制，EVT它同样可以解决传统的电压互感器的绝缘要求高、动态响应范围窄、磁饱和、二次怕短路等问题。

与传统电磁式互感器相比，电子式互感器主要有以下特点：

①电子式互感器可从实现原理上根本地避免磁路饱和、铁磁谐振等问题，提高采集精度。

②频率响应宽，动态范围大，可有效进行高频大电流的测量，基于光学原理的电子式电流互感器还可进行直流的测量。

③没有电磁式互感器因采用油绝缘而导致的易燃易爆等缺陷，二次信号通过光纤传输，也没有电磁式互感器二次侧开路和短路等危险。

④二次侧信号通过光纤传输，也没有电缆传输方式的电磁干扰问题。

⑤绝缘结构简单，一次高压与二次设备通过光纤连接，无电磁式互感器的绝缘问题。

⑥体积小、重量轻、造价低，随着电压等级的升高这些优势更加明显。

⑦二次侧可直接输出数字信号与其他智能电子设备接口，满足数字化智能变电站的要求。

结论

这样在数字化智能变电站，大量采用OCT、EVT等智能一次设备后，体积小、重量轻、造价低，直接输出数字信号，没有了传统互感器容易饱和、怕短路、绝缘易产生异常等问题，西泾变全站使用光缆约16公里，二次控制电缆约17公里，二次电力电缆约6公里，电缆用量较同规模常规站减少约82公里。智能化的一次设备，给测控、保护等设备提供了数字化的一次设备信息，西泾变在应用电子式互感器方面取得了巨大的成功，给后续其他新建智能变电站提供了宝贵的经验。

当然在本次工程中，由于厂家原因，EVT与OCT合并单元规约不互通，最终EVT采用独立的合并单元进行规约转换后接入OCT合并单元，今后应对OCT和EVT的合并单元硬件整合，利用公共的合并单元采集电流电压信号，互感器输出规约按统一规约建模。这样，将能够将全站的装置再减少20%，还能节省大量电缆线材。

参考文献

[1] 梁晓华 GIS用电子式电流电压互感器的应用研究

[2] 智能变电站设计规范 国家电网公司企业标准

作者简介：

韩亮（1982年—），男，江苏无锡人，本科，变电运行助理工程师，从事变电运行管理工作。

崔绍军（1975年—），男，江苏无锡人，本科，变电运行技师，从事变电运行管理工作。

宋宇（1980年—），男，江苏无锡人，本科，变电运行助理工程师，从事变电运行管理工作。