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:詳細介紹了關(guān)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(shù)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(guān)鍵的作用以及未來電子式互感器的發(fā)展趨勢。

為保證電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行,需要對電力系統(tǒng)及其電力設(shè)備的相關(guān)系數(shù)進行測量,以便對其進行必要的計量、監(jiān)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(biāo)準(zhǔn)低電壓或標(biāo)準(zhǔn)小電流,供給測量儀器、儀表和繼電保護控制裝置。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題的“鑰匙”。近年來,智能電網(wǎng)已逐步成為電力行業(yè)的發(fā)展趨勢, 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, 而數(shù)字化變電站的特點是以電子式互感器取代傳統(tǒng)的互感器, 以數(shù)字信號取代傳統(tǒng)的模擬電量采集,通過光纖、通信線組成數(shù)字化網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)精確地電壓電流數(shù)據(jù)測量,以便于智能電網(wǎng)的控制、監(jiān)控與保護。因此, 電子式互感器在智能變電站中的應(yīng)用將在未來智能電網(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

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(chǎn)生與一次端子通過電流或者電壓相對應(yīng)的信號, 經(jīng)過一次轉(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)傳來的信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xué)原理的, 光纖傳輸系統(tǒng)可以直接將光測量信號送出,無需一次轉(zhuǎn)換器,當(dāng)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(yīng)原理,亦稱為磁致旋光效應(yīng)。LED發(fā)出的光近起偏器后為一線偏振光, 線偏振光在電流產(chǎn)生的磁場作用下通過磁光材料時,其偏振面將發(fā)生偏轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)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(shù); N 為光路與電流交鏈的匝數(shù); i 為導(dǎo)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(zhuǎn)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(xué)材料, 環(huán)境因素對其性能的影響很大,主要表現(xiàn)在溫度漂移和長期穩(wěn)定性,所以其能否最終實用化推廣的關(guān)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(yīng)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(tǒng)電磁式互感器實現(xiàn)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(huán)形骨架上制成的, 不會出現(xiàn)磁飽和及磁滯等問題。

載流導(dǎo)線從線圈中心穿過, 當(dāng)導(dǎo)線上有電流流過時, 在線圈兩端將會產(chǎn)生一個感應(yīng)電勢e ,它與一次電流i 的關(guān)系如下:

截面積; R 為線圈中心和導(dǎo)電桿中心之間的距離。