數(shù)字式光電電流互感器在變電站中的實際應(yīng)用

孫 濤

（四川省電力公司達州電業(yè)局，四川 達州 635000）

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)也得到了飛速發(fā)展，對于發(fā)電與輸電的容量要求越來越大，為了確保其運行的可靠、穩(wěn)定性能，改善應(yīng)用傳統(tǒng)的電磁式電流互感器的不足，加強系統(tǒng)運行的自動化，縮小變電站用地面積以及建設(shè)空間，相關(guān)設(shè)計的電流互感器一定要達到“智能化、光纖化、數(shù)字化”的要求。其中數(shù)字化指的就是盡可能的淘汰指針式讀數(shù)盤的傳統(tǒng)模擬信號方式，用相應(yīng)的數(shù)字式儀表替代，降低由于人為讀數(shù)而造成誤差的可能性。所以，為了使變電站的運行情況更加可靠、穩(wěn)定，一定要加大對數(shù)字式光電電流互感器的研究力度。

一、電磁式電流互感器的概述

（一）工作原理

我國現(xiàn)階段變電站中使用均是電磁式電流互感器，以前將其稱之為CT，現(xiàn)在已經(jīng)改稱TA，其工作原理與電磁感應(yīng)的原理相似。由于繞組匝數(shù)比較少，所以，一次繞組中的電流通常是取決于被測電路的相關(guān)負(fù)荷電流，一般與二次電流無關(guān)；二次繞組通常是與繼電器以及測量儀表等相關(guān)電流線圈進行串聯(lián)的，因為兩者電流線圈的阻抗均比較小，電流互感器的運行狀態(tài)通常是維持在近乎于短路的情況中；在電流互感器的運行過程中，是不允許出現(xiàn)二次側(cè)開路的情況，假如出現(xiàn)了二次側(cè)開路的情況，一次側(cè)電流是保持不變的，二次側(cè)電流就會變?yōu)榱?，此時需要利用全部的一次側(cè)電流進行電流互感器的勵磁，相應(yīng)的鐵芯中磁通量的密度也會有所增加，導(dǎo)致鐵芯中有用功的損耗量不斷增大，使鐵芯發(fā)熱，最終就會損壞電流互感器，除此之外，因為鐵芯中磁通量密度的不斷增加，在二次繞組中電流互感器所能感應(yīng)出來的電壓值非常高，其最高值可以達到上千伏。所以，在實際應(yīng)用中，為了避免出現(xiàn)二次側(cè)開路的情況，一定要保持二次繞組的短路狀態(tài)。

（二）應(yīng)用運行中存在的問題

1 絕緣結(jié)構(gòu)方面的問題

隨著電壓等級的不斷提高，通常情況下選用的絕緣方式為氣體絕緣與油紙絕緣這兩種方式，在超高的電壓條件下，電磁式電流互感器所選用的絕緣方式就是串級絕緣法。由此可以看出，電壓的等級越高，所選用的絕緣結(jié)構(gòu)也就越復(fù)雜，在制造方面也就越難，相應(yīng)的造價也就越高，甚至達到了電壓等級的三次方倍，在應(yīng)用運行中是一個存在比較普遍的問題。

2 測量準(zhǔn)確度的問題

因為一次線圈同高壓母線的電位是一致的，二次線圈的低壓側(cè)同相應(yīng)的低壓設(shè)施連接，這兩者之間的線圈是通過鐵芯進行聯(lián)通的。隨著電壓等級的不斷加強，低、高壓之間的絕緣距離也就相對的有所增加，此時也只有通過增加磁路的方式加強一、二次線圈之間的聯(lián)通。由于測量誤差值同電流互感器磁路的平均長度之間是成正比的關(guān)系，所以，在增加磁路長度的時候，相應(yīng)的測量誤差值也會跟著增加。通常情況下，電力系統(tǒng)中對于電流互感器測量的準(zhǔn)確度大致可以達到0.3級，并且還存在著一定的影響因素，相應(yīng)的測量準(zhǔn)確度也會受到不同程度的影響，導(dǎo)致其更加的不準(zhǔn)確。

3 機械設(shè)施方面的問題

因為電磁式電流互感器設(shè)施的體積一般都比較大，質(zhì)量也比較大，對于運輸、安裝方面都存在著一定的不便，并且在運行作業(yè)的時候，還需要使用一些絕緣支架進行一定的支撐，進而給相應(yīng)的維修工作帶來很大的不便。

4 潛在危險的問題

電磁式電流互感器是利用電磁變換的原理完成一、二次線圈之間的能量傳遞過程，所以，在一、二次線圈之間一直都會存在著一些電磁聯(lián)通。假如二次線圈因為某種情況發(fā)生了開路情況，一次線圈中的所有電流就會成為勵磁電流，在二次線圈當(dāng)中感應(yīng)出非常高的電壓值，并且會危及到設(shè)施、人員生命的安全。除此之外，在系統(tǒng)中還存在著由于絕緣擊穿以及突發(fā)性爆炸而導(dǎo)致的單相對地短路等不確定問題。

（三）改進措施

1 降低二次負(fù)載

對于電磁式電流互感器中的繼電保護裝置一定要選用交流功率消耗比較小的，并且盡量將繼電保護裝置進行就地安裝，尤其是環(huán)境氣候相對比較惡劣的條件下。除此之外，也可以通過降低二次額定電流的方式予以實現(xiàn)，因為電流互感器的功率消耗是同電流的平方成正比關(guān)系的，所以，降低二次額定電流，并且在保持負(fù)載阻抗不變的基礎(chǔ)之上，減少了二次回路的功率消耗。

2 選用適當(dāng)繼電保護裝置

對于電磁式電流互感器中的繼電保護裝置而言，一定要具備較強的抗飽和能力，進而在運行作業(yè)的過程中，充分的利用不飽和段的信息，在一段時間內(nèi)確保繼電保護裝置的正常運行。與此同時，一定要采取快速的保護判斷標(biāo)準(zhǔn)，對電流飽和之前的情況進行準(zhǔn)確的判斷。

3 應(yīng)用數(shù)字式光電電流互感器

應(yīng)用數(shù)字式光電電流互感器可以有效的解決電磁式電流互感器中繼電保護裝置精度不高以及容易飽和等一系列問題，并且還具備絕緣性能良好、體積比較小、數(shù)字化以及不存在開路危險等一些特點。所以，在技術(shù)方面而言，數(shù)字式光電電流互感器完全可以代替電磁電流互感器進行應(yīng)用。

二、數(shù)字式光電電流互感器的概述

（一）結(jié)構(gòu)及其特點

數(shù)字式光電電流互感器主要是由傳感器單元以及合并器單元共同構(gòu)成的，它們之間均是通過光纜進行連接的，同時利用串聯(lián)感應(yīng)分壓器與“羅氏線圈”達到混合交流電壓電流目的的互感器。其中，傳感器單元的主要作用就是對一次線圈的模擬量實行一定的轉(zhuǎn)換以及數(shù)字化處理，同時將相應(yīng)的數(shù)字信號通過光纜傳輸?shù)胶喜⑵髦?，之后合并器將得到的?shù)字信號與電磁式電流互感器中的模擬信號實行合并處理，最后將相應(yīng)的信號以光信號的形式傳遞給其它的二次設(shè)施，為其運行提供一定的數(shù)據(jù)參考。該類結(jié)構(gòu)具有的特點主要有：外絕緣材料通常使用的都是硅橡膠有機復(fù)合材料，進而加強了設(shè)施抵抗外部環(huán)境變化的能力；整個結(jié)構(gòu)的信號柱以及傳感器使用的均是特種絕緣脂的真空灌封，具有非常強的絕緣能力；具有非常強的抗電磁干擾的能力，數(shù)據(jù)的可靠性非常高。

（二）優(yōu)勢

數(shù)字式光電電流互感器具有較高的精度、較好的暫態(tài)特性、無磁飽和以及較寬的頻率范圍等優(yōu)勢。數(shù)字式光電電流互感器采取的是串聯(lián)式的感應(yīng)分壓器，具有非常高的測量精度，可以有效的解決電磁式電流互感器中存在的鐵磁諧振的現(xiàn)象。在低、高壓部分進行了相應(yīng)的光電隔離，進而不會發(fā)生電壓互感器二次側(cè)短路以及電流互感器二次側(cè)開路等一些可能會影響設(shè)施以及人員生命安全的問題。在設(shè)施中使用光纜，完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)上的電纜，這樣不僅可以在一定程度生減少光電互感器實際使用的相關(guān)成本，還可以加強設(shè)施的抗電磁干擾能力，進而提升設(shè)施相關(guān)的傳輸容量，以及增強設(shè)施的可靠性。在光電互感器中使用的絕緣材料大多數(shù)都是合成材料，完全代替了傳統(tǒng)上使用SF6絕緣結(jié)構(gòu)或者電瓷加油方式，并且光電互感器的體積相對比較小，質(zhì)量也較傳統(tǒng)互感器輕上許多，性能也相對更加穩(wěn)定、可靠，并且避免出現(xiàn)漏氣、漏油的情況，在運行作業(yè)的過程中完全可以達到免維護的階段。除此之外，光電互感器還具有完善的自檢功能，完全可以自行判斷出互感器的異?，F(xiàn)象，可以及時予以相應(yīng)的處理。

三、實際應(yīng)用的方案

（一）節(jié)儉方案

在電壓等級比較低的變電站中應(yīng)用數(shù)字式光電電流互感器的時候，相對而言，投資比較少?；ジ衅饕弧⒍蝹?cè)線圈之間的絕緣條件也比較容易滿足相關(guān)的設(shè)計要求，節(jié)省了合并器以及采集器的應(yīng)用，可以直接通過電纜將電流模擬信號傳輸?shù)较鄳?yīng)的保護裝置或者儀表中。

（二）結(jié)合傳統(tǒng)電磁式互感器的方案

對于半智能的變電站而言，可能需要同時從傳統(tǒng)電磁式互感器與數(shù)字式光電互感器上獲取相關(guān)的信息，在這樣情況之下，就可以充分利用合并器的采集通道，進行傳統(tǒng)互感器模擬信號的接收工作，并且與采集器中得到了數(shù)字信號進行合并，之后傳輸給二次設(shè)施。

（三）應(yīng)用于110kV變電站的方案

通過對110kV內(nèi)橋接線變電站的分析、研究，可以看出，110kV進線電流互感器同本單元變壓器低壓側(cè)與間隙互感器一起使用一個合并器，之后橋間間隔互感器的合并器就會輸出相應(yīng)的信息，而互感器的保護裝置完全可以利用相關(guān)的軟件予以實現(xiàn)。橋間隔設(shè)施可以自行接收互感器合并器以及110kV電壓互感器合并器所傳輸出來的信息，并且該部分還具有橋開關(guān)保護的作用。除此之外，相應(yīng)的保護裝置應(yīng)當(dāng)放置在開關(guān)柜中，并且具有測控與儀表的性能，通常情況下與羅氏線圈的距離比較近，所以，可以直接采集輸出的信息，不需要另設(shè)采集器以及合并器。

結(jié)語

總而言之，我國現(xiàn)階段對于數(shù)字式光電電流互感器應(yīng)用的技術(shù)還是處在初級階段，有待進一步的加強，因此，對于光電互感器的生產(chǎn)、監(jiān)控設(shè)施、二次保護以及電能計量表等相關(guān)技術(shù)，一定要加強分析、研究力度，制定統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，提高相應(yīng)設(shè)施的使用效率，完善數(shù)字式光電電流互感器的應(yīng)用技術(shù)，進而加大其應(yīng)用的范圍。

[1]趙雪麗.數(shù)字式光電電流互感器在變電站中的實際應(yīng)用[J].中國科技博覽，2013（14）.

[2]王志剛，張杰輝.數(shù)字式光電互感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2008（08）.