电磁式电流互感器与电子式电流互感器的比较

【摘 要】科技的飞速发展，电压等级的逐步增加，使得电力测量结果也要愈加的精确，同时也可以进一步优化测量设备的安全可靠性能。本文介绍了传统电磁式电流互感器的诸多问题，分析了电子式电流互感器的优点。

【关键词】电磁式电流互感器；电子式电流互感器

国家电力局了最新信息，全国用电量到 2020 年可达到 7.7 万亿千瓦时，同时发电机容量大约是 16 亿千瓦。然而我国的用电量还在不断增加，为了满足用电需求，我国将全面投入到智能化、大型化电力系统的建设中。“十二五”期间，我国将建设 5000 个智能变电站，而且这些变电站是将风能、潮汐能、太阳能、核能等新能源转换成电能的重要支柱。随着变电站网络设备的自动化不断提升，电子式电流互感器作为低压侧数据处理系统源头的设备。其测量结果的精确程度，获得的结果是否可靠，都影响着电网网络的稳定、经济、安全有效地运行。

1 电流互感器的作用

电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。如变比为400/5的电流互感器，可以把实际为400A的电流转变为5A的电流。安在开关柜内，是为了要接电流表之类的仪表和继电保护用。每个仪表不可能接在实际值很大的导线或母线上，所以要通过互感器将其转换为数值较小的二次值，在通过变比来反映一次的实际值。

2 传统的电磁式电流互感器

电流互感器的特点是：（1）一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流.而与二次电流无关；（2）电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。

长时间以来，在电流计量和继电保护方面，带铁心的传统型电磁式电流互感器占据着主要位置。但是其内部结构中含有铁心，使得传统电磁式电流互感器存在无法克服的缺点：

（1）若高压母线的电势很高时，对传感线圈的绝缘性要求就会非常高。这样使得传感线圈的体积非常大，制作成本也会相应的变得很高；

（2）传感线圈容易发生铁磁谐振现象；

（3）工作时，电磁式电流互感器会产生大量的热，这些热量不容易散出去，因此有易燃、易爆等诸多问题存在；

（4）由于存在铁芯，使得高压母线通过大电流时，感应线圈存在铁磁饱和，使得测量结果产生误差，而且容易损坏设备。

光纤技术、数字信号处理（DSP）和电子电路的发展，使得电子式电流互感器输出的模拟信号转换成数字信号，由光纤传输被测信号，从根本上解决了高压侧数据变换系统的电磁干扰及设备绝缘问题。相比于新型的电子式电流互感器，传统的电磁式电流互感器的差距主要有三个方面：

（1）设备接口方面。在微型计量设备的输入端口，要求的被测电流比较小。传统的电流互感器的输出端口不能直接连在低压侧数据处理设备的输入端，两者要通过信号控制单元进行连接。

（2）安全方面。电力系统中电压等级的提高，给操作人员的生命安全带来更大隐患。而且传统的电流互感器无论充气或充油，都易发生爆炸，开路电压更易使人的生命受到威胁，特别是1200kV以上的电压。

（3）价格方面。随着测量范围不断的增大，传统的电磁式电流互感器的设备尺寸越来越大，内部结构愈加的繁琐，令测量设备显得笨重，并且占用了很大的空间。增加了设备的运输、安装、维护等方面的难度，而且测量设备的成本也有很大的增长。

3 电子式电流互感器

根据IEC和GB/T标准，明确指出电子式电流互感器可分为以下几类：

（1）光学电流互感器。是指采用光学器件作被测电流传感器，光学器件由光学玻璃、全光纤等构成。传输系统用光纤，输出电压大小正比于被测电流大小。由被测电流调制的光波物理特征，可将光波调制分为强度调制、波长调制、相位调制和偏振调制等。

（2）空心线圈电流互感器。又称为Rogowski线圈式电流互感器。空心线圈往往由漆包线均匀绕制在环形骨架上制成，骨架采用塑料、陶瓷等非铁磁材料，其相对磁导率与空气的相对磁导率相同，这是空心线圈有别于带铁心的电流互感器的一个显著特征。

（3）铁心线圈式低功率电流互感器（LPCT）。它是传统电磁式电流互感器的一种发展。其按照高阻抗电阻设计，在非常高的一次电流下，饱和特性得到改善，扩大了测量范围，降低了功率消耗，可以无饱和的高准确度测量高达短路电流的过电流、全偏移短路电流，测量和保护可共用一个铁心线圈式低功率电流互感器，其输出为电压信号。

与电磁式电流互感器相比，电子式互感器具有如下的一系列优点：

（1）绝缘性能优良，造价低。绝缘结构简单，随电压等级的升高，其造价优势愈加明显。

（2）在不含铁芯的电子式互感器中，消除了磁饱和.铁磁谐振等问题。

（3）电子式互感器的高压侧与低压侧之间只存在光纤联系，抗电磁干扰性能好。

（4）电子式互感器低压侧的输出为弱电信号，不存在传统互感器在低压侧会产生的危险，如电磁式电流互感器在低压侧开路会产生高压的危险。

（5）动态范围大，测量精度高。电磁感应式电流互感器因存在磁饱和剧题，难以实现大范围测量，问时满足高精度计量和继电保护的需要。电子式电流互感器有很宽的动态范围，额定电流可测到几百安培至几千安培，过电流范围可达几万安培。

（6）频率响应范围宽。电子式电流互感器已被证明可以测出高压电力线上的谐波，还可进行暂态电流、高频大电流与直流电流的测量。

（7）没有因充油而产生的易燃，易爆等危险。电子式互感器一般不采用油绝缘解决绝缘问题，避免了易燃、易爆等危险。

（8）体积小、重量轻。电子式互感器传感头本身的重量一般比较小。据前美国西屋公司公布的345kV的光学电流互感器（OCT），其高度为2.7m，重量为109kg。.而同电压等级的充油电磁式电流互感器高为6.1m，重达7718kg，这给运输与安装带来了很大的方便。

（9）可以和计算机连接，实现多功能，智能化的要求，适应了电力系统大容量、高电压，现代电网小型化、紧凑化和计量与输配电系统数字化，微机化和自动化发展的潮流。

4 电子式电流互感器的发展趋势

（1）国际电工委员会关于ECT标准的出台，以及我国己经酝酿起草的ECT国家标准，预示着ECT的产品化应用已初步具备了行业规范，为ECT的市场化提供了基础平台。

（2）经过几年的电网改造，电网的综合自动化水平得到了很大提高，对相应的网络瞬态保护提出了更快速的要求。随着电网的扩大，输电线路越来越长，传统的电流互感器已经无法满足距离保护的瞬态特性要求，预计在未来5-10年中，ECT会在各种电压等级的电网中大量安装和使用。

（3）国内外研究单位对ECT的技术进行了近30年的探索，无论在实验室还是在现场挂网试运行，都己积累了一定的经验，特别是基于采样线圈配光纤型的ECT已经具备了产品化的条件。

（4）国内外不少企业斥资投入ECT制造领域，也推动了ECT的市场化应用进程。

5 结语

电子技术、光纤传感技术及其应用、光电测试、现代信号处理等学科的发展，促进了电子式电流互感器的研究不断步入新的台阶。电子式电流互感器是实现电压等级不断提高、变电站智能化与网络化的重要环节。加快步伐研究有源型电子式电流互感器，这对我国建设智能化变电站工程具有重大的意义。