电子式电流互感器工程应用研究

电子式电流互感器工程应用研究
摘要:电子式互感器已逐步在高压输变电工程中得到应用,本文通过对不同原理和结构类型的电子式互感器的优缺点进行了比较研究,并结合工程应用中出现的问题,从设备研制、工程建设和标准制定与完善方面提出了一些建议,以促进电子式互感器的工程应用和发展。

关键词:电流互感器光学电子式电流互感器工程应用
Abstract:The electronic transformer has gradually applied in high-voltage transformation project,this article compares it advantages and disadvantages by different principle and structure types of electronic transformer,and puts forward some Suggestions from equipment development,engineering construction standards and perfect in order to promote the electronic instrument transformer engineering application and development based on the engineering application problems.
Key words:current transformer;optical electronic current transformer;the engineering application
近年来据国家有关部门公布的资料,我国电网和电源建设发展迅速,每年与之配套的电流互感器市场需求预计多达40亿元以上,总产量约数万台。

虽然目前采用电子式互感器的需求只有很小比例,但是近年来,随着智能化电网推进速度的加快,电子式互感器的应用将得到迅猛发展。

为此,对于电子式互感器的技术特点和应用中存在的问题
有必要进行一些研究,并对促进电子式互感器的发展提出一些建议。

1 电子式电流互感器的分类
对电子式电流互感器,按高压侧是否需要电源供电可分为有源式和无源式。

有源式(下面简称ECT):高压侧采用罗氏线圈或LPCT感应电流,经过A/D转换之后用光模块发送到低压侧的数据处理单元。

高压侧的电源来自于小CT取电或激光供电:小CT取电通过从线路上感应取能;激光供电通过光纤将大功率激光器发出的光传送到传感头部分,然后用光电池转化为电能,作为高压侧采集电路的供电使用。

无源式(下面简称OCT)分为:全光纤式、磁光玻璃式。

全光纤式(下面简称FOCT):在待测电流的线路上设置感应光纤环,待测电流产生的磁场使光纤中传输的光偏振面旋转,通过检偏器检出的光强变化或者相位变化,计算偏振变化及对应的线路电流。

磁光玻璃式(下面简称MOCT):在待测电流的线路周围设置磁光玻璃,待测电流产生的磁场使光偏振面旋转,通过检偏器检出的光强变化计算偏振变化及对应的线路电流。

2 各类电子式电流互感器特点和工程应用中存在的问题
2.1 有源电子式电流互感器
ECT是目前应用的主流电子式互感器产品。

互感器传感部件包括串行感应分压器、Rogowski线圈、低功率线圈、分流器等,传变后的电压和电流模拟量由采集器就地转换成数字信号。

采集器与合并单元间的数字信号传输及激光电源的能量传输全部通过光纤来进行。

主要特点如下。

(1)无磁饱和、频率响应范围宽、精度高、暂态特性好,有利于新型保护原理的实现及提高保护性能,测量准确度可达0.1级,保护可达5TPE级。

(2)采集器处于和被测量信号等电位的密闭屏蔽的结构部件中,采集器与合并单元通过光纤相连,数字信号通过光缆传输,数据可靠性高。

(3)电子式互感器通过光纤连接互感器的高低压部分,绝缘可靠,使得电流互感器二次开路可能导致的安全等问题不复存在。

(4)不含油或SF6,运行过程中免维护。

目前,该型互感器因其技术和制造工艺较为成熟,已有一定的运行业绩,是220kV及以下电压等级的主流产品。

主要存在以下问题。

(1)当互感器的采集器和供电模块发生异常或检修更换时需要一次系统停电处理。

(2)若用于在500kV以上超高压环境中,解决高压侧信号处理单元电子部件抗干扰的措施有待完善。

(3)供电模块主要有加装线圈从被检测回路上感应取能或激光供电,有分别采用也有综合采用的模式,但小电流时能否正常供电以及激光供电的长期可靠性及成本问题都有待于完善和实践检验。

(4)对于集成在GIS/HGIS等紧凑型组合设备内的ECT,也存在温度、振动以及组合电器内VFTO等高频脉冲式电磁干扰等环境因素对传感元件的安全和寿命的影响,需采取足够的措施加以防护。

2.2 磁光玻璃式电子式电流互感器
MOCT基于磁光法拉第效应和安培环路定理制造,传感部件采用磁光玻璃,信号全部通过光纤来传输。

主要特点有如下几点。

(1)光路结构较为复杂,传感元件的安装适应性有待提高,主要用于敞开独立式结构,但目前也逐步向集成于组合电器中的p由于智能电网建设要求设备的集成设计,优化结构设计,满足GIS/HGIS等紧凑型组合设备内集成安装的需要,也是其发展中需要亟待解决的一个重要问题。

2.3 全光纤型电流互感器
FCOT也是利用磁光法拉第效应制造的产品,与MOCT相比,主要区别在于传感头部分采用全光纤结构,实现了闭环控制技术应用,在技术原理上解决了准确度和动态范围的稳定性方面存在局限性的问题。

主要特点有以下几点。

(1)互感器中敏感元件和传输元件均为光纤,可熔融连接,基本上不受外界环境温度的影响,可实现敏感元件的长期稳定性和免维护,可靠性高。

(2)采用了闭环控制技术,但增加了光原理电子调制器,即增加了系统的复杂性。

(3)抗干扰性强,适应500kV超高压的电磁环境。

(4)互感器测量的线性度极好,动态测量范围大,并可测量直流和非周期性分量。

由于产品的技术先进,对光学器件的工艺要求高,技术门槛较高,目前运行经验相对欠缺,运行经验需要进一步的积累。

2.4 各类电子式电流互感器的技术经济比较
ECT基本满足了当前数字化/智能化电网的主流技术水平和建设需要,产品相对成熟,成本也较低,适宜推广。

但其长期可靠性和降低运
行维护成本方面仍有待进一步提高,尤其是对于在500kV及以上电压等级中的应用仍是一个需要慎重研究的问题。

MOCT和FOCT技术先进,产品运行经验较少、价格较高,有效降低成本将大力推动其工程应用。

另外,提高产品的工程适应性、长期可靠性也都是推动其发展的突破口。

总体来说,从当前的电网技术需求出来,综合技术经济特点,220kV 是一个分界线,以下电压等级中采用ECT具有更高的性价比,以上则可以考虑引入MOCT和FOCT;但随着电网技术尤其是针对无源电子式电流互感器优异的测量特性开发处的二次及保护新原理新装置逐步推广和应用,同时也随着无源电子式互感器自身成本的不断降低,无源式电子式电流互感器必将拥有更为广阔和长远的发展空间。

3 关于推动电子式电流互感器发展和应用的思考
3.1 设备研制
从设备制造商的角度看,应充分理解和适应电力工程的需求和技术要求,开发满足当期电力工程尤其是智能电网建设需求的产品。

电子式电流互感器是传统一二次设备融合的代表,由于其技术特点,目前国内主要制造商多有传统二次设备制造商的背景,对电子式电流互感器在电气一次方面的要求和应用特点了解不够。

因此,建议制
造商加强与传统一次设备制造商相互沟通,了解不同类型一次设备运行环境中温度、振动和电磁环境以及安装结构等影响因素的特点,有针对性的改进优化产品技术和结构设计,既提高产品的工程适用性也促进一二次设备的融合。

另一方面,由于电子式电流互感器中存在电子部件,其使用寿命尚无法满足30年的工程设计寿命需求,因此,需尽快开发出免检定且可快速更换的模块化电子部件,增加和强化设备自检和状态监测功能,方便检修维护,减少停电时间。

3.2 工程建设
首先,在工程建设方面,设计作为龙头环节,应协调和引导项目单位和供货商,推动电子式电流互感器的发展和应用,尤其是推动电子式互感器与变压器、不同类型开关设备(GIS、HGIS和PASS等)的可靠集成,丰富和完善制造商的产品设计,规范设计接口,提高不同厂家产品间的可替换性,使得检修更换更便利,逐步提高工程应用水平。

其次,对于电子式电流互感器在应用中出现的各种问题和故障,应全面分析和评估,区别出普遍性问题和个例性问题,并促进厂家进线产品改进和优化,促进优秀企业的发展,并逐步明晰各类型电子式电流互感器的适用范围,取得工程技术经济最优。

此外,应将电子式电流互感器、合并单元、保护测控装置在设计上实现一体化考虑,积极而慎重地推动新技术新产品的工程应用,促进
二次系统的全面发展。

3.3 标准制定与完善
从设置制造、试验和应用各个环节来看,都需要有相应的标准来加以指导和规范,但囿于电子式电流互感器目前应用水平的数量和范围,标准制定和完善一直相对滞后,因此,加快标准制定与完善是全面促进和推动电子式电流互感器应用的关键性因素。

现有电子式电流互感器国家标准GB 20840.8-2007,主要是有源电子式电流互感器。

但由于设备自身发展迅速,出现了无源电子式电流互感器的工业化产品,而且随着智能电网建设要求的提出,与传统一次设备的集成也对电子式电流互感器提出了新的技术要求。

因此,无论是从原理、运行环境还是工艺方面,原有的国家标准已远不能满足指导和推动其发展。

国家电网公司2010年初推出了一版企业标准,但从应用需求上看,仍不足以全面指导相关工作。

此外,电子式互感器虽在测量精度上明显优于常规互感器,但其应用在有关口计量要求时仍受到目前计量相关的规范标准的限制。

结合工程实践,主要有以下两方面亟待完善。

(1)完善对于技术原理和基本组成结构的制造标准,主要是应将无源式电子式互感器纳入国标体系内。

(2)针对不同的安装结构,完善型式试验内容,补充和提高抗电磁
干扰、温度和振动的技术指标和试验标准,主要是对照不同运行环境,提出能够满足运行环境条件的试验鉴定标准,确保运行安全可靠。

(3)配合质监部门、电力公司营销部门,推动电子式互感器在计量领域相关的相关规范和标准的发布。

4 结语
本人根据在工程实践中的心得体会,总结了有源和无源两种原理三大类型电子式电流互感器的特点,分析了工程应用中存在的问题,并结合电力工程建设的发展需要,并从设备研制、工程建设和标准制定与完善三个方面提出了一些建议。

对于电力工程建设和发展来说,电子式电流互感器是一个新兴而重要的电力设备,推动其技术发展和提高其工程应用水平有着积极意义。