电子式电流互感器工程应用研究

摘 要:电子式互感器已逐步在高压输变电工程中得到应用,本文通过对不同原理和结构类型的电子式互感器的优缺点进行了比较研究,并结合工程应用中出现的问题,从设备研制、工程建设和标准制定与完善方面提出了一些建议,以促进电子式互感器的工程应用和发展。

关键词:电流互感器 光学电子式电流互感器 工程应用

中图分类号:TM452 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0126-02

近年来据国家有关部门公布的资料,我国电网和电源建设发展迅速,每年与之配套的电流互感器市场需求预计多达40亿元以上,总产量约数万台。虽然目前采用电子式互感器的需求只有很小比例,但是近年来,随着智能化电网推进速度的加快,电子式互感器的应用将得到迅猛发展。为此,对于电子式互感器的技术特点和应用中存在的问题有必要进行一些研究,并对促进电子式互感器的发展提出一些建议。

1 电子式电流互感器的分类

对电子式电流互感器,按高压侧是否需要电源供电可分为有源式和无源式。

有源式(下面简称ECT):高压侧采用罗氏线圈或LPCT感应电流,经过A/D转换之后用光模块发送到低压侧的数据处理单元。高压侧的电源来自于小CT取电或激光供电:小CT取电通过从线路上感应取能;激光供电通过光纤将大功率激光器发出的光传送到传感头部分,然后用光电池转化为电能,作为高压侧采集电路的供电使用。

无源式(下面简称OCT)分为:全光纤式、磁光玻璃式。

全光纤式(下面简称FOCT):在待测电流的线路上设置感应光纤环,待测电流产生的磁场使光纤中传输的光偏振面旋转,通过检偏器检出的光强变化或者相位变化,计算偏振变化及对应的线路电流。

磁光玻璃式(下面简称MOCT):在待测电流的线路周围设置磁光玻璃,待测电流产生的磁场使光偏振面旋转,通过检偏器检出的光强变化计算偏振变化及对应的线路电流。

2 各类电子式电流互感器特点和工程应用中存在的问题

2.1 有源电子式电流互感器

ECT是目前应用的主流电子式互感器产品。互感器传感部件包括串行感应分压器、Rogowski线圈、低功率线圈、分流器等,传变后的电压和电流模拟量由采集器就地转换成数字信号。采集器与合并单元间的数字信号传输及激光电源的能量传输全部通过光纤来进行。

主要特点如下。

(1)无磁饱和、频率响应范围宽、精度高、暂态特性好,有利于新型保护原理的实现及提高保护性能,测量准确度可达0.1级,保护可达5TPE级。

(2)采集器处于和被测量信号等电位的密闭屏蔽的结构部件中,采集器与合并单元通过光纤相连,数字信号通过光缆传输,数据可靠性高。

(3)电子式互感器通过光纤连接互感器的高低压部分,绝缘可靠,使得电流互感器二次开路可能导致的安全等问题不复存在。

(4)不含油或SF6,运行过程中免维护。

目前,该型互感器因其技术和制造工艺较为成熟,已有一定的运行业绩,是220kV及以下电压等级的主流产品。主要存在以下问题。

(1)当互感器的采集器和供电模块发生异常或检修更换时需要一次系统停电处理。

(2)若用于在500kV以上超高压环境中,解决高压侧信号处理单元电子部件抗干扰的措施有待完善。

(3)供电模块主要有加装线圈从被检测回路上感应取能或激光供电,有分别采用也有综合采用的模式,但小电流时能否正常供电以及激光供电的长期可靠性及成本问题都有待于完善和实践检验。

(4)对于集成在GIS/HGIS等紧凑型组合设备内的ECT,也存在温度、振动以及组合电器内VFTO等高频脉冲式电磁干扰等环境因素对传感元件的安全和寿命的影响,需采取足够的措施加以防护。

2.2 磁光玻璃式电子式电流互感器

MOCT基于磁光法拉第效应和安培环路定理制造,传感部件采用磁光玻璃,信号全部通过光纤来传输。

主要特点有如下几点。

(1)光路结构较为复杂,传感元件的安装适应性有待提高,主要用于敞开独立式结构,但目前也逐步向集成于组合电器中的方向发展。

(2)互感器测量的线性度较好,动态测量范围较大,原理上可测量直流和非周期性分量。

(3)磁光玻璃型保护用的准确级可达5TPE,测量级别为0.2S级,满足二次系统的保护、测量和计量等要求。

(4)抗干扰能力强,可用于500kV超高压运行环境中。

该型互感器技术比较先进,制造工艺逐步改进,运行经验相对欠缺。目前,在组合电器中应用存在的主要问题是:长期可靠性有待检验,对运行环境的适应性有待提高,特别是对降低温度变化、振动等干扰因素对测量精度稳定性的影响方面需要改进。

由于智能电网建设要求设备的集成设计,优化结构设计,满足GIS/HGIS等紧凑型组合设备内集成安装的需要,也是其发展中需要亟待解决的一个重要问题。

2.3 全光纤型电流互感器

FCOT也是利用磁光法拉第效应制造的产品,与MOCT相比,主要区别在于传感头部分采用全光纤结构,实现了闭环控制技术应用,在技术原理上解决了准确度和动态范围的稳定性方面存在局限性的问题。

主要特点有以下几点。

(1)互感器中敏感元件和传输元件均为光纤,可熔融连接,基本上不受外界环境温度的影响,可实现敏感元件的长期稳定性和免维护,可靠性高。

(2)采用了闭环控制技术,但增加了光原理电子调制器,即增加了系统的复杂性。

(3)抗干扰性强,适应500kV超高压的电磁环境。

(4)互感器测量的线性度极好,动态测量范围大,并可测量直流和非周期性分量。

由于产品的技术先进,对光学器件的工艺要求高,技术门槛较高,目前运行经验相对欠缺,运行经验需要进一步的积累。

2.4 各类电子式电流互感器的技术经济比较