电气系统中互感器可靠性分析

王楠

（华晨宝马汽车有限公司 辽宁 沈阳 110143）

摘 要：本文主要对有源电子式互感器的供能电路进行了研究，设计了悬浮取能的整体方案，对其中关键器件电路进行了介绍和研究。本文重點研究了悬浮供能在线供能方式，针对其两个难点，其一：当线路电流处于小电流状态时，要保证电源的供应；其二：当一次电路发生短路或是某种原因引起的电流变大超过额定电流时，如何保护供能电路免受过电压的伤害而输出稳定的电压。给出解决方案，协调两者的关系。

关键词：电子式互感器；小电流；额定电流

电网电压等级越来越高，数字化变电站越来越普及，电流互感器的应用就越来越广泛。而电流互感器高压侧供能问题一直是各个科研机构、生产厂家及高校的研究热点，本文研究的主要内容是：首先对大量的国内外电子式互感器设备生产制造情况进行收集、调研；在此基础上，分析研究了电子式互感器工作原理，并对不同电子式互感器的性能进行了比较和分类；接着又提出了自励源与扼流线圈相结合的供能的方法，并利用特殊磁芯的电磁转化效应进行设计，从而降低了供能装置的启动电流，使得供能装置在异常大电流状态下不受过电压以及温升影响，保护装置性能完好不易被破坏。

1、电子式互感器的构成

电子式互感器一般由传感模块和吞并单元两部分构成（吞并单元但是互感器的一个组件，也但是一个独立的单元），传感模块又称远端模块，安装在高压一次侧，担任搜集、调度一次侧电压电流并转换成数字信号。吞并单元安装在二次侧，担任对各相远端模块传来的信号做同步吞并处理。

IEC规范界说了接口的重要构成部分-----兼并单元MU，并严厉规范了它与维护测控设备的接口方法。兼并单元的主要功能是同步收集多路ECT/EVT输出的数字信号并依照规范规则的格式发送给维护测控设备。兼并单元的主要特点有：

（1）MU到IED设备之间采纳高速单向数据衔接；

（2）选用CRC的数字电路完成采样数据校验；

（3）具有高速采样率，每周波采样频率达80或256点；

（4）物理层选用光纤；

（5）数据层支撑100Mb/s以太网

2、电子式互感器对故障测距的影响及对策分析

鉴于行波测距装置测量和定位的准确度较高，目前国内采用的故障测距装置大多是基于行波测距原理的。智能化变电站行波测距装置在测距原理上与传统变电站没有区别，主要差异是信号提取方式的不同，传统变电站主要是利用电磁式CT/PT获取行波信息，智能化变电站如何从电子式互感器提取行波信息是实现行波测距的关键。现有罗氏线圈型电流互感器采样频率主要满足保护等功能需求，其采样频率基本在10kHz以内，完全能够满足保护等设备的要求，但对于上兆赫兹的行波信号，罗氏线圈型电流互感器则无法采集到，因而不能满足行波测距和行波保护的要求。

其改进方案有如下三种：

（1）在现有输出不变的前提下，另外增加一路光输出信号（采样应不小于1MHz），具体做法是在不改变互感器特性和不影响数据采集的情况下，增加一块高速数据采集单元，用于采Rogowski线圈中的高频行波信号，其原理如图1所示：

（2）对原有的Rogowski 线圈及采集单元不做改动，另外增加一个Rogowski 线圈和一块高速数据采集单元，做到双线圈互不干扰，采集板互不影响的前提下，就保证了低频率信号和高频行波信号完全经由各自的通道，分别采集和处理，完成各自的任务。如图2所示：

（3）将罗氏线圈型电流互感器中原有的低频信号采集线路板更换为可同时采集低频信号和高频行波信号的通用高速数据采集单元，所有的信号经该采集单元采集后经由不同通道传输。如图3所示：

三种方案比较分析如下：

方案一：在原有的罗氏线圈型电流互感器中仅增加一块高速数据采集单元，在做到两个采集模块互不影响的情况下，既能够保证低频率信号的输出，也可以满足行波信号的采集。该方式对罗氏线圈型电流互感器的原有结构改动较小，可行性较高。

方案二：在原有的罗氏线圈型电流互感器中增加一个罗氏线圈和一块高速数据采集单元，从源头上做到了高频与低频的完全分离，信号的可靠性更高，但此方案对原有罗氏线圈型电流互感器的结构改动较大，对于220kV 及以上电压等级的罗氏线圈型电流互感器，内部已含有两套传感元件，若再增加一个罗氏线圈，必然会增加结构的复杂性以及互感器内部的电磁干扰，同时也会大大增加互感器的制造成本。

3、对变电站自动化系统的影响与改进

由于电子传感器具有数字输出、接口方便、通讯能力强的天然特性，其运用将直接改动变电站通讯系统的通讯办法，特别是一次设备与间隔层二次设备间的通讯办法。运用电子互感器输出的数字信号，运用现场总线技能完成点对点/多个点对点或进程总线通讯办法，将彻底代替许多的二次电缆线，彻底解决二次接线杂乱的表象，可以简化丈量或维护的系统结构，削减误差源，有利于提高全部系统的准确度和稳定性，完成真实意义上的信息同享。

对变电站自动化系统的影响也体现在对通讯系统结构的影响。非常规互感器的运用对通讯系统的影响和改进首要体现在以下几个方面：

（1）信息通讯办法的改动使得距离层和进程层的联接办法更加敞开敞开和活络。由于传统电磁式互感器传送的是模拟信号，当多个不一样设备需要同一个互感器信号的时分，就需要进行杂乱的二次接线。

（2）对通讯体系构造的影响IEC61850规范系列将变电站通讯体系分为三层：变电站层、距离层、进程层。站控层总线处理变电站层和距离层的通讯，进程层总线处理距离层和进程层的通讯以及合并单元与二次设备之间的串行单向多点通讯。

参考文献：

[1]张贵新，赵清姣，罗承沐.电子式互感器的现状与发展前景[J].电力设备.2006（4）.