電子式互感器及其在智能變電站中的應用

標簽：智能電網 電子互感器 電力系統

摘 要:詳細介紹了關于電子式互感器的定義、分類及原理,分析了有源式和無源式電子式互感器的類型、原理及其存在的主要問題,并就其技術特征進行對比,討論了電子式互感器是如何在智能變電站中起到關鍵的作用以及未來電子式互感器的發展趨勢。

為保證電力系統的安全、經濟運行,需要對電力系統及其電力設備的相關系數進行測量,以便對其進行必要的計量、監控和保護。互感器的作用便是將高電壓或大電流按比例變換成標準低電壓或標準小電流,供給測量儀器、儀表和繼電保護控制裝置。傳統的互感器多為電磁式互感器,其由于自身存在絕緣性能差,動態范圍小,易發生磁飽和等缺陷, 而電子式互感器已然成為解決這些問題的“鑰匙”。近年來,智能電網已逐步成為電力行業的發展趨勢, 其核心便是智能變電站。相比于常規變電站,智能變電站是數字化變電站的升級, 而數字化變電站的特點是以電子式互感器取代傳統的互感器, 以數字信號取代傳統的模擬電量采集,通過光纖、通信線組成數字化網絡,實現精確地電壓電流數據測量,以便于智能電網的控制、監控與保護。因此, 電子式互感器在智能變電站中的應用將在未來智能電網建設中起到不可估量的作用。

1 電子式互感器的定義及分類

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字量輸出,供頻率15～100Hz的電氣測量儀器和繼電保護裝置使用的電流/ 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,一次傳感器產生與一次端子通過電流或者電壓相對應的信號, 經過一次轉換器傳送給二次轉換器, 然后二次轉換器將傳輸系統傳來的信號轉換為供給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置的量。

1 . 2 電子式互感器的分類

圖2 電子式互感器分類示意圖

圖2 中, 若一次轉換器是電子部件, 需要一次電源供電, 則稱此類電子式互感器為有源電子式互感器; 若一次傳感器是光學原理的, 光纖傳輸系統可以直接將光測量信號送出,無需一次轉換器,當然也無需一次電源, 則稱此類電子式互感器為無源電子式互感器。

2 電子式電流互感器

2 . 1 無源式電子式電流互感器

無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效應原理,亦稱為磁致旋光效應。LED發出的光近起偏器后為一線偏振光, 線偏振光在電流產生的磁場作用下通過磁光材料時,其偏振面將發生偏轉,旋轉角q 正比于磁場H 沿著線偏振光通過材料路徑的線積分,即

V 為Verde常數; N 為光路與電流交鏈的匝數; i 為導體中流過的電流。

由此可見,電流i 與q 角成正比,因此,測出偏振光旋轉角q 即可測出電流i 。

由于無源式電子式電流互感器采用的是光學材料, 環境因素對其性能的影響很大,主要表現在溫度漂移和長期穩定性,所以其能否最終實用化推廣的關鍵就是解決這兩方面的問題。

2 . 2 有源式電子式電流互感器

基于Faraday電磁感應原理的有源式電子式電流互感器可分為Rogowski線圈型和低功率線圈型。低功率線圈型與傳統電磁式互感器實現原理基本一致,而Rogowski線圈,亦稱為空心線圈,是由漆包線均勻繞制在環形骨架上制成的, 不會出現磁飽和及磁滯等問題。

載流導線從線圈中心穿過, 當導線上有電流流過時, 在線圈兩端將會產生一個感應電勢e ,它與一次電流i 的關系如下:

截面積; R 為線圈中心和導電桿中心之間的距離。