电子式电流互感器的技术及研究

电子式电流互感器的技术及研究

王迪

（国网吉林省电力有限公司长春供电公司吉林省长春市130000）

摘要：随着我国经济的不断发展，促进我国电网的发展，同时电子式互感器有了显著的提高。在电子式互感器具有超高压的系统，只有优良的结缘性能能够承受高水平的电磁环境。与传统的互感器进行比较，技术性能和经济效益没有明显的提高。结合实际情况进行分析，职能变电站中主要的设备就是电流互感器。基于此，本文对电子式电流互感器的技术进行分析研究。

关键词：电子式电流互感器；核心技术；应用配置

传统的电磁式电流互感器对于当前电力系统传输容量不断加大，而且电压等级不断提升的情况其适用性越来越差，使电力系统的发展带来了一定的制约作用。在这种情况下，开发电子式电流互感器则具有必然性，由于于其通过利用光通信及微电子技术，并采用新型的传感原理，有效的规避了传统电力互感器所存在的不足之处，利用数字信号进行输出，确保了电力系统安全、稳定的运行，不仅实现了成本的节约，而且也实现了对二次设备的优化。目前数字化变电站的建设更是需要以电子式互感器和光纤通讯网作为其基础，所以电子式电流互感器在当前电力系统运行了具有极为重要的意义。

1电子式电流互感器类型及特点

目前在电子式电流互感器研究领域主要有三个研究方向：有源型；无源型；全光纤型。其中，后两种都属于无源光学电流互感器。

1.1有源型

有源型又可以称为混合型，所谓有源光纤电流互感器乃是高压侧电流信号通过采样传感头将电信号传递给发光元件而变成光信号，再由光纤传递到低电压侧，进行光电转换变成电信号后输出。有源型光纤电流互感器的方框图如图1所示：

有源型光纤电流互感器结构简单，长期工作稳定性好，容易实现高精度、性能稳定的实用化工业产品，是目前国内研究的主流。但是高压侧电源的产生方法比较复杂或者成本比较高，还有待于进一步研究。

1.2无源型

所谓无源型光学电流互感器乃是传感头部分不需要供电电源。传感头一般基于法拉第（Faraday）效应原理，即磁致光旋转效应。当一束线偏振光通过放置在磁场中的法拉第旋光材料后，若磁场方向与光的传播方向平行，则出射线偏振光的偏振平面将产生旋转，即电流信号产生的磁场信号对偏振光波进行调制。

无源型结构是近年来比较盛行的，其优点是结构简单，且完全消除了传统的电磁感应元件，无磁饱和问题，充分发挥了光学互感器的特点，尤其是在高压侧不需要电源器件，使高压侧设计简单化，互感器运行寿命有保证。

其缺点是光学器件制造难度大，测量的高精度不容易达到。尤其是此种电流互感器受费尔德（Verdet）常数和线性双折射影响严重。而目前尚没有更好的方法能解决费尔德常数随温度变化而出现的非线性变化即系统的线性双折射问题，所以很难在工业中得到实际应用。

1.3全光纤型

全光纤型电流互感器实际上也是无源型的，只是传感头即是光纤本身（而无源型光纤电流互感器的传感头一般是磁光晶体，不同于全光纤型的传感头是特殊绕制的光纤传感头），其余与无源型完全一样。

2电子式互感器的核心技术

2.1传感技术

对于传感技术主要是由罗氏线圈的电流传感器，但是对于罗氏线圈电流传感器具有一定的无磁性和磁饱等很多优点，适用的范围比较大，但是对于磁光玻璃传感器是一种合型电流互感器，主要是利用光纤进行传递能量，在磁光电流互感器的工作测量的过程中，只和磁光材料的维尔德常熟有一定的关系，这样能够准确的测量结果。对于光纤式电流传感器主要运行的原理是法拉第旋光效应，因为光纤的本身具有传感元件，在原理上可以进一步的对光纤进行分类。

2.2高压侧电子电路供能技术

高压侧电子电路主要由三个技术构成，主要包括激光功能技术、蓄电池供能技术和自励电源技术。

伴随着我国技术的发展，逐渐提高激光供能技术的可靠性，对于自动化自用与自励电源进行交替工作，采用这样的方式对非电气链接的能量传递方式进行干扰，在于特高磁场测量中有很好的应用前景。

蓄电池功能技术，对于充电源主要是通过特殊的设计的线圈从高压母线感应出电流，整个过程中经过对电流的调整和稳压调节后，对蓄电池进行充电。对于蓄电池的主要来源就是高压侧电子电路的工作电能供给，这种技术结构不仅简单，还能够提高工作效率，但是在实际工作中应该重视一个问题就是对蓄电池不能进行反复的充电，这样就减少电池的使用寿命，并且更换电池也是一件费事的事情。

自励电源技术，主要的核心技术就是独立式光隔离电流互感器，线圈由高压母线产生的规律变化的磁场激励得到的交流店，从而实现自供电。这样技术应用可以促进互感器摆脱有源实现。实现“无源化”，缺点是如果母线电流不稳定，影响供电稳定性。

3电子式电流互感器的应用配置

3.1电子式电流互感器的选型配置

根据电子式互感器研发现状，配电网IIOKV等级设备中光电、线圈电子式互感器均有挂网运行；35KV及以下配电网设备中，基本采用线圈电子式互感器为主。以某地区某110KV数字化变电站为例，110KV主设备采用GIS组合电器，配置了光纤电子式电流互感器，每个间隔1组保护线圈、1组计量线圈：额定一次电流600A，测量额定二次输出为01CF，精度0.5级；保护额定二次输出为2D41，精度5P：10KV主设备采用CGIS组合电器，线路间隔均配置了模拟量输出的低功率电子式电流互感器，额定一次电流600A，测量额定二次输出电压为150mV，精度0.5级：保护额定二次输出电压为1V，精度5P。

3.2电子式电流互感器的安装

按照安装方式，电子式互感器可分为独立支撑型、GIS型、套管型及独立悬挂型。目前，一些地区配电网一次设备主要采用集约型、小型化设备，比如GIS、CGIS、开关柜等。电子式电流互感器由于绝缘结构简单，体积和重量都远小于传统的电流互感器，更适用于小型化的设备的安装。低功率电子式电流互感器在开关柜内安装较传统电流互感器更为紧凑，节省空间。GIS设备配置了光纤电子式电流互感器。光纤电子式电流互感器敏感头可安装在GIS法兰内，电气单元可安装在GIS本体上，合并单元及光纤熔接盒可安装在汇控柜内。由于GIS内互感器部分占用空间少了，完全可以考虑减小GIS的TA室。

3.3电子式电流互感器的接口配置

电子式电流互感器与二次保护装置等的数据连接主要依靠合并单元（MU）完成，合并单元可以对二次设备提供一组同步的电流样本。现在国内已有厂家研制合并单元，适用于交流模拟量小信号输出或数字信号输出的电子式互感器与保护控制装置的连接。还有一种混合过渡接口方式，是指常规模拟信号和模拟小信号同步接入合并单元，以供保护控制装置采用。

结束语：

随着信息化技术的快速发展，电子式电流互感器在我们的生活中得以广泛的应用，所以需要确保电子式电流互感器的质量和可靠性，确保其在应用过程中能够发挥更好的作用，同时我们也要加强对电子式电流互感器的研究力度，使其在应用过程中不断完善，推动电力行业的健康发展。

参考文献：

[1]电子式互感器在智能变电站中的应用研究[J].郑凤朝，胡小青，蒋小维.电子世界.2018（19）

[2]电子式互感器技术发展趋势[J].苏占江.中国科技信息.2015（16）

[3]电子式互感器原理及关键技术综述[J].胡伟曦，谭建成.电气开关.2018（03）

[4]电子式电流互感器的技术研究进展[J].王铁钢，辛守乔.电工电气，2017，（02）