電子式互感器及其在智能變電站中的應(yīng)用

標(biāo)簽：智能電網(wǎng) 電子互感器 電力系統(tǒng)

摘 要:詳細(xì)介紹了關(guān)于電子式互感器的定義、分類(lèi)及原理,分析了有源式和無(wú)源式電子式互感器的類(lèi)型、原理及其存在的主要問(wèn)題,并就其技術(shù)特征進(jìn)行對(duì)比,討論了電子式互感器是如何在智能變電站中起到關(guān)鍵的作用以及未來(lái)電子式互感器的發(fā)展趨勢(shì)。

為保證電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,需要對(duì)電力系統(tǒng)及其電力設(shè)備的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行測(cè)量,以便對(duì)其進(jìn)行必要的計(jì)量、監(jiān)控和保護(hù)。互感器的作用便是將高電壓或大電流按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓或標(biāo)準(zhǔn)小電流,供給測(cè)量?jī)x器、儀表和繼電保護(hù)控制裝置。傳統(tǒng)的互感器多為電磁式互感器,其由于自身存在絕緣性能差,動(dòng)態(tài)范圍小,易發(fā)生磁飽和等缺陷, 而電子式互感器已然成為解決這些問(wèn)題的“鑰匙”。近年來(lái),智能電網(wǎng)已逐步成為電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì), 其核心便是智能變電站。相比于常規(guī)變電站,智能變電站是數(shù)字化變電站的升級(jí), 而數(shù)字化變電站的特點(diǎn)是以電子式互感器取代傳統(tǒng)的互感器, 以數(shù)字信號(hào)取代傳統(tǒng)的模擬電量采集,通過(guò)光纖、通信線(xiàn)組成數(shù)字化網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)精確地電壓電流數(shù)據(jù)測(cè)量,以便于智能電網(wǎng)的控制、監(jiān)控與保護(hù)。因此, 電子式互感器在智能變電站中的應(yīng)用將在未來(lái)智能電網(wǎng)建設(shè)中起到不可估量的作用。

1 電子式互感器的定義及分類(lèi)

1 . 1 電子式互感器的定義

電子式互感器是具有模擬量電壓輸出或數(shù)字量輸出,供頻率15～100Hz的電氣測(cè)量?jī)x器和繼電保護(hù)裝置使用的電流/ 電壓互感器。

顧名思義, 電子式互感器分為電子式電流互感器和電子式電壓互感器兩種,其通用框圖如:圖1所示。

圖1 電子式互感器通用框圖

在圖1中,一次傳感器產(chǎn)生與一次端子通過(guò)電流或者電壓相對(duì)應(yīng)的信號(hào), 經(jīng)過(guò)一次轉(zhuǎn)換器傳送給二次轉(zhuǎn)換器, 然后二次轉(zhuǎn)換器將傳輸系統(tǒng)傳來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為供給測(cè)量?jī)x器、儀表和繼電保護(hù)或控制裝置的量。

1 . 2 電子式互感器的分類(lèi)

圖2 電子式互感器分類(lèi)示意圖

圖2 中, 若一次轉(zhuǎn)換器是電子部件, 需要一次電源供電, 則稱(chēng)此類(lèi)電子式互感器為有源電子式互感器; 若一次傳感器是光學(xué)原理的, 光纖傳輸系統(tǒng)可以直接將光測(cè)量信號(hào)送出,無(wú)需一次轉(zhuǎn)換器,當(dāng)然也無(wú)需一次電源, 則稱(chēng)此類(lèi)電子式互感器為無(wú)源電子式互感器。

2 電子式電流互感器

2 . 1 無(wú)源式電子式電流互感器

無(wú)源式電子式電流互感器可分為全光纖式和磁光玻璃式,其主要原理是Faraday效應(yīng)原理,亦稱(chēng)為磁致旋光效應(yīng)。LED發(fā)出的光近起偏器后為一線(xiàn)偏振光, 線(xiàn)偏振光在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下通過(guò)磁光材料時(shí),其偏振面將發(fā)生偏轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)角q 正比于磁場(chǎng)H 沿著線(xiàn)偏振光通過(guò)材料路徑的線(xiàn)積分,即

V 為Verde常數(shù); N 為光路與電流交鏈的匝數(shù); i 為導(dǎo)體中流過(guò)的電流。

由此可見(jiàn),電流i 與q 角成正比,因此,測(cè)出偏振光旋轉(zhuǎn)角q 即可測(cè)出電流i 。

由于無(wú)源式電子式電流互感器采用的是光學(xué)材料, 環(huán)境因素對(duì)其性能的影響很大,主要表現(xiàn)在溫度漂移和長(zhǎng)期穩(wěn)定性,所以其能否最終實(shí)用化推廣的關(guān)鍵就是解決這兩方面的問(wèn)題。

2 . 2 有源式電子式電流互感器

基于Faraday電磁感應(yīng)原理的有源式電子式電流互感器可分為Rogowski線(xiàn)圈型和低功率線(xiàn)圈型。低功率線(xiàn)圈型與傳統(tǒng)電磁式互感器實(shí)現(xiàn)原理基本一致,而Rogowski線(xiàn)圈,亦稱(chēng)為空心線(xiàn)圈,是由漆包線(xiàn)均勻繞制在環(huán)形骨架上制成的, 不會(huì)出現(xiàn)磁飽和及磁滯等問(wèn)題。

載流導(dǎo)線(xiàn)從線(xiàn)圈中心穿過(guò), 當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)上有電流流過(guò)時(shí), 在線(xiàn)圈兩端將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)e ,它與一次電流i 的關(guān)系如下:

截面積; R 為線(xiàn)圈中心和導(dǎo)電桿中心之間的距離。