电子式互感器在气体绝缘开关设备中的应用

杨晓艳

上海天灵开关厂有限公司 上海 201808

电子式互感器在气体绝缘开关设备中的应用

杨晓艳

上海天灵开关厂有限公司 上海 201808

介绍了电子式互感器在气体绝缘开关柜内的安装及接线。应用电子式互感器可以满足电力系统发展的要求，不仅可以提高系统运行的可靠性，减少和避免长期困扰配电系统的绝缘故障，而且可以节省维护成本，降低运行风险，提高性价比。

电子式互感器； 气体绝缘开关设备； 应用； 发展

数字化变电站是变电站建设和发展的必然趋势，随着计算机、电力电子、网络和光纤通信技术的不断成熟和应用，传统的电磁式电流和电压互感器难以满足用计算机技术对电流电压信息进行数字化处理的要求，也难以实现对电网电量参数的在线监测，阻碍了电力系统自动化向更高水平的发展。因此，寻求一种能与数字化网络配套使用的新型电流和电压互感器成为电网安全高效运行的迫切需要。电子式电流和电压互感器二次输出既可为模拟量，也可为数字量，可方便地与电子式仪表、微机保护控制设备对接，实现计量、控制、测量、保护和数据传输的功能[1-3]。

电子式互感器是智能化变电站中的基础设备，通常为环氧树脂浇注绝缘的全封闭支柱式或母线式结构，大多应用于空气式绝缘金属封闭开关设备。气体绝缘开关柜中使用的互感器等一次主要元器件均采用全绝缘全屏蔽方式，可触及部分能可靠接地，其中电流互感器多为穿心式，放置在电缆套管或电缆室底板，互感器外置便于现场检测和参数变更。电压互感器采用封闭插拔式结构，将所有高压电场限制在固体绝缘介质中，外壳接地可触摸，安装于气箱的插孔上，插拔连接便于维护更换。根据功能要求，电压互感器可以安装在线路侧或母线侧，也可以安装于独立的母线设备柜内。气体绝缘开关柜是开关柜的发展方向，也是电力系统提高可靠性和经济性的方向，不仅可以减少和避免长期困扰配电系统的绝缘故障，而且可以节省维护成本，降低维护风险，提高性价比。

1 电子式互感器的特点

1.1 高安全性

(1) 电子式互感器二次输出为低电压信号，使因电流互感器二次开路、电压互感器二次短路所导致的危及设备或人身安全等问题不复存在。

(2) 新型电子式电压互感器无传统恒压变压器，避免了发生铁磁谐振的危险，暂态性能好。

(3) 以固体绝缘替代了传统的互感器油，避免了传统充油互感器渗漏油的现象，固体绝缘保证了互感器绝缘性能更加稳定，无需检漏检压，运行过程中免维护。

1.2 高测量精度

(1) 线圈无磁饱和，频率响应范围宽，精度高，暂态特性好，不受环境因素影响。

(2) 电子式互感器无传统二次负荷概念，一次模拟采样值弱信号低功率输出，可确保达到高精度等级。

(3) 数字信号通过光纤传输，增强了抗电磁干扰性能，数据可靠性大大提高[4-5]。

2 电子式互感器的应用

贵州兴义阿嘎变、独山上司变、桐梓鞍山变、上海叶塘变、北京未来城变、重庆大石变、天津高新园变、湖北东扩变等几个数字化变电站工程中广泛使用了35kV充气式智能开关设备。气体绝缘开关柜的一次主要元器件为断路器、三工位开关和母线，它们相互连接且密封在经激光焊接氦气检漏的不锈钢气箱内，柜间母线、电缆及避雷器、互感器等配套件的连接通过插拔式硅橡胶密封绝缘，一次高压带电体均密封，不受环境影响，绝缘、载流可靠性提高。

2.1 电子式电流互感器

电子式电流互感器如图1所示，侧面设有两个二次输出端子，分别为测量端、保护1端及保护2端，互感器底部设有4个安装孔，使用时利用安装孔用螺栓将互感器与气体绝缘开关柜内的接地金属板连接牢固。电流互感器为穿心式，安装于开关柜电缆室底部,有可靠的支架固定，从柜后看，从左到右依次为C相、B相和A相，如图2所示。

图1 电流互感器外形图

图2 互感器安装位置后视图

气体绝缘开关柜内使用穿心式电流互感器，应保证选用的互感器内径大于电缆终端头(肘型或直插式)外径，其内孔可为圆形或椭圆形，按柜体额定电流及所配一次电缆的数量而定。电流互感器可安装在电缆外锥套管或开关柜电缆室底板上，互感器的外形尺寸因气体绝缘开关柜体积的限制而受到影响，500屏宽的开关柜相间距为150mm，800屏宽的开关柜相间距为 210mm，不同的柜型所选用的互感器外形也随之不同，高度通常为90～200mm，故对提高互感器的精度有一定的要求。在检修或更换互感器时只需解下连接开关柜的一次电缆终端，并将一次电缆从互感器内孔中抽出，即可检修和更换互感器。

互感器二次输出端子与综合保护装置通过双芯屏蔽电缆连接，一路接测量端，另一路接保护端，电缆屏蔽层应可靠接地[6-8]。屏蔽电缆带针型插件的一端与互感器相连，另一端为双芯屏蔽线，红色导线接正极端，黑色接负极端，与综合保护MU1、MU2背板对应端子相连。每个互感器二次侧通常按测量级和保护级数量配备2～3个针型插件，按双重化配置计算，互感器Ia、Ib、Ic三相电流保护1端接A套MU1装置，保护2端接B套MU2装置，共需9根专用屏蔽电缆分别与MU1、MU2装置的电流端子连接。电流互感器二次信号通过航空插件输出，如图3、图4所示。5芯航空插件对应保护绕组，插针5与P1为同名端。3芯航空插件对应测量绕组，插针3与P1为同名端。电流互感器的P1与屏蔽双绞线的红色导线同极性。测量线圈二次引出线端子采用3芯航空插件，1针接屏蔽双绞线的黑色导线，3针接屏蔽双绞线的红色导线，2针接屏蔽层。电流互感器航空插件的2针接至接地底板。保护线圈二次引出线端子采用5芯航空插件，1针接屏蔽双绞线的黑色导线，5针接屏蔽双绞线的红色导线，3针接屏蔽层。电流互感器航空插件的3针接至接地底板。

图3 互感器二次出线端子图

图4 航空插件示意图

2.2 电子式电压互感器

电子式电压互感器如图5所示，侧面设有二次输出插座和接地端。互感器采用外锥式插拔结构，高压端直接安插至气箱接口，N端(在二次引线处)直接引出接地。互感器安装于开关柜气箱顶部的内锥套管处,从柜后看，从左到右依次为C相、B相和A相，如图2所示。气体绝缘开关柜内的电压互感器熔体为内置式，更换熔体只需拔掉电压互感器内置的熔体堵头，再使用专用工具拧开堵头内的熔体端盖。

图5 电子式电压互感器外形图

全绝缘插拔式电压互感器的高压引出端设置在互感器的一次高压线圈上，引出端通过气箱上的内锥套管连接至电源的高压侧或中性点侧。根据实际安装情况的不同与使用时的需要，高压线圈引出端可以由设置在电压互感器本体外部的外锥头或设置在互感器本体内侧的内锥头组成。电压互感器的高压引出端有双外锥、一内锥一外锥、双内锥等形式，都可按需选用，这样的结构大大降低了互感器安装的工作量，也可以在满足开关柜高压线圈两端都能耐受额定对地绝缘水平的前提下，耐受谐振过电压和超低频振荡过电流，提升整个工作电路的使用性能，有效减小系统较高线电压与内部过电压对电压互感器的影响，增加电压互感器的可靠性，延长使用寿命[9-10]。在保证开关柜额定绝缘水平之余，还可以消除安装电压互感器时环氧树脂浇铸的误差，避免开关柜中内锥套管的安装误差，解决一部分由于安装隐患而产生的使用时的问题。

电压互感器专用双芯屏蔽电缆分别将二次输出插件与数字式仪表或继电器连接[11-12]。Ua、Ub、Uc三相电压的互感器测量级共需6根专用屏蔽电缆，分别与MU1、MU2装置的电压端子相连。有些综合保护装置的电流、电压对应的接口同样也是针型插件，只要换为与屏蔽电缆端配套的插件即可。

2.3 合并单元

合并单元为电子式互感器的对外接口，接收并处理电子式互感器远端模块传输来的数据，同步电流电压信号，并将测量数据按规定的协议输出供二次设备使用。互感器的精度等级、二次侧输出参数与之相连的二次设备的匹配度和连接方式，是电子式互感器在电力系统中推广和应用的关键所在。电子式互感器将一次电流和电压转变为电压模拟量，根据工程应用的不同，电压模拟量可以由采集器就地转换成数字信号，通过光纤传输至合并单元，或直接接入保护测控装置。

合并单元的交流模件包括电压输入和电流输入两部分，不同型号的装置，其电压和电流输入元件的数目也不同。目前国内通过检测的产品主要有国电南自的PSIU621GU、许继的DTI-806/SG、南瑞继保的PCS-222EA-G、思源弘瑞的UDM-502-G、北京四方的CSD-603AG和长园深瑞PRS-7395-G。

因考虑装置散热等问题，大多数合并单元及智能终端外形都比较大，适合于在空间充足的中置式开关柜内使用。有些地区的国网项目中还提出双套配置合并单元及智能终端的要求，因为气体绝缘开关柜的优势之一在于它体积小，导致了二次仪表室的空间有限，当遇到大面积保护测控装置就地安装时，气体绝缘开关柜内的二次设备布置就略显拥挤。为了满足运行和维护的要求，需要考虑优化屏内布局，开发一次与二次测控保护装置、合并单元及智能终端等的融合和集成，达到整体向小型化发展的目标。

3 结束语

随着电子技术、光纤通信技术、新材料科学的进步与发展，以光学传感材料为主体的电子式互感器将占主导地位。电子式互感器的专家诊断系统、校准系统、自诊断功能、自分析技术为我们提供了更智能、更可靠、更稳定的一次开关设备。

智能化开关设备是智能电网建设的必要环节，全绝缘全封闭充气柜运行可靠性高，且采用插拔式结构，对互感器提出了特殊要求，电子式互感器在气体绝缘开关柜内的广泛应用较好地满足了电力系统发展的要求，给互感器厂家带来了研发的新课题，推动了二次设备技术优化提升及合并单元智能终端装置的开发与研究，是可持续发展和智能化电网建设的一种探索和尝试。电子式互感器具有绝缘性能好、抗电流饱和、抗电压谐振等特点，在智能开关设备中加以推广和使用是技术发展的必然趋势，可以提高供电可靠性，降低维护运行成本。

[1] 刘振亚.智能电网技术[M].北京： 中国电力出版社，2010.

[2] 张文亮，刘壮志，王明俊，等.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术，2009,33(13)： 1-11.

[3] 段雄英，邹积岩，张可畏.电压/电流组合型电子式互感器的研究[J].电工技术杂志，2002(5)： 9-12，16.

[4] 余春雨，李红斌，叶国雄，等.电子式互感器数字输出特性与通讯技术[J].高电压技术，2003，29(6)： 7-8，11.

[5] 程云国，刘会金，李云霞，等.光学电压互感器的基本原理与研究现状[J].电力自动化设备，2004，24(5)： 87-90.

[6] 李红斌，刘延冰，吴伯华.电子式互感器的使用现状及应用前景[J].电力设备，2007，8(1)： 103-104.

[7] 徐大可，赵建宁，张爱祥，等.电子式互感器在数字化变电站中的应用[J].高电压技术，2007，33(1)： 78-82.

[8] 邢立功，黄毅，叶罕罕，等.数字化变电站中保护装置与电子式互感器的接口方式[J].电力系统自动化，2008，32(16)： 94-97.

[9] 郭志忠.电子式互感器评述[J].电力系统保护与控制,2008,36(15)： 1-5.

[10] 刘孝先，曾清，邹晓莉，等.电子式互感器的应用[J].电力系统及其自动化学报，2010,22(1)： 133-137.

[11] 于立涛，李海渤.电子式互感器在午山220kV数字化变电站中的应用[J].电力建设，2010，31(11)： 57-59.

[12] 吴明波，梁振飞，李鹏.电子式互感器对电力系统的应用分析[J].中国电力教育，2011(12)： 92-93.

An introduction was given on installation and wiring of the electronic instrument transformer in the gas insulated switch gear panel. Application of electronic instrument transformer can satisfy the requirements of the development of the power system, not only it can improve system reliability, reduce and avoid the long-standing insulation faults in the distribution system, but also save maintenance costs, reduce operating risk and improve the cost-effective ratio.

Electronic Instrument Transformer； GIS； Application； Development

2016年1月

杨晓艳(1976— )，女，本科，工程师，主要从事电气设计工作， E-mail： tl_1222@126.com

TM45

B

1674-540X(2016)03-073-04