电子式电流互感器的原理和应用

电子式电流互感器的原理和应用

天津市电力公司发展策划部(天津市300010)魏联滨

天津市电力公司基建部(天津市300010)邹新梧

=摘要> 介绍了电流互感器的原理,对其主要技术优势进行了说明;介绍了天津地区电网建设工程应用情况;指出电子式互感器将成为未来电力系统信号测量和互感器技术发展的必然趋势。

=关键词> 电子式;电流互感器;原理;应用

0引言

智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备,以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求,自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能,并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。智能变电站作为统一坚强智能电网的重要基础和节点支撑,是必不可少的建设内容。

电子式电流互感器是智能化变电站的重要组成部分,它的测量精度和运行稳定性直接影响到变电站乃至电网的安全稳定运行。目前,在中国电力系统中,已经有不同原理的电子式互感器在不同的电压等级的变电站得到较为广泛的应用。天津地区也已经开始在变电站建设中逐步试用和推广电子式电流互感器。

1电子式互感器的基本概念及特点

2002年,I EC根据电子式互感器的研究和发展情况,制定了I E C60044-7电子式电压互感器标准和I E C60044-8电子式电流互感器标准,对电子式互感器的特点、性能指标和检定原则进行了规范。

目前,电子式电流互感器主要采用Rogo w sk i线圈、光学装置或传统电流互感器等方式实现一次电流信号的转换。电子电流式互感器可直接输出数字量信号,实现采集信号对外的光纤传输。根据传感头部分是否需要提供电源,电子式电流互感器可分为有源式和无源式两类,如图1所示。

与传统电磁式互感器相比。电子式互感器主要有以下特点:

1)电子式互感器可从实现原理上根本地避免磁路饱和、铁磁谐振等问题,提高采集精度

;

图1电子式电流互感器分类

2)频率响应宽,动态范围大,可有效进行高频大电流的测量,基于光学原理的电子式电流互感器还可进行直流的测量;

3)无油,因此没有易燃易爆等缺陷,二次信号通过光纤传输,也没有电磁式互感器二次侧开路等危险;

4)二次侧信号通过光纤传输,没有电缆传输方式的电磁干扰问题;.

5)绝缘结构简单,一次高压与二次设备通过光纤连接,无电磁式互感器的绝缘问题;

6)体积小、重量轻、造价低,随着电压等级的升高这些优势更加明显;

7)二次侧可直接输出数字信号与其他智能电子设备接口。

2有源电子式电流互感器原理及其应用

有源电子式电流互感器主要有低功耗铁芯线圈和Rogo w ski线圈原理两种。

211低功耗铁芯线圈

低功耗铁芯线圈与传统电磁式互感器实现原理基本一致。低功率线圈:LPCT是传统电磁式CT的一种发展,LPCT按照高阻抗进行设计。使传统CT 在很高的一次电流下出现饱和的基本特性得到了改善,扩大了测量范围。LPCT一般在5%-120%额定电流下线性度较好,适用于测量。

212Rogo w ski线圈

21211基本原理

Rogo w ski线圈为拆绕在非铁磁材料上的空心线圈。如图2所示。

由于Rogo w sk i线圈的输出电压与电流变化率

图2R ogo w sk i线圈基本原理

成正比关系,因此通过获取输出电压的积分即可获取被测一次电流大小。但是,由于Rogo w ski线圈两端电压仅反应电流的变化率,因此不能用于稳恒直流的测量,而且,变化比较缓慢的非周期分量的测量也有一定局限性,即基于Rogo w ski线圈原理的电流互感器存在测量信号频带的限制。

Rogo w sk i线圈以非磁性材料做骨架,没有铁心、动态范围较好、高压侧与低压侧之间光纤连接,具有良好的绝缘性能。罗氏线圈在额定电流至二三十倍额定电流范围线性度较好,但在5%-20%额定电流范围误差大。一般用于继电保护通道较适合。21212Rogo w sk i线圈型电流互感器的优缺点分析缺点:

(1)存在测量频带问题。与传统电磁式电流互感器相比,罗氏线圈(RCT)解决了磁路饱和问题。但其是基于法拉第电磁感应原理感知变化电流,因此仍然存在测量频带问题不能测量非周期分量,不能测量稳恒直流。

(2)需要电子电路的供能。由于高压侧需要完成信号的模数转换及电光转换等,高压侧电子电路的需供能。常见供能方式为母线取能和激光供能。

优点:

(1)经济性高。罗氏线圈型电流互感器由于绝缘结构简单,易于其他一次设备集成,经济性明显。

尤其是在220k V及以上电压等级。

(2)运行经验丰富。罗氏线圈型电流互感器投运时间较长,工程应用较多,技术较成熟。

21313应用情况

Rogo w ski线圈型电流互感器在国内许多工程都得到了成功应用,其中天津市电力公司承建的陈甫220kV变电站示范工程,是对I EC61850通信规范技术和智能化一次设备技术综合应用的大胆尝试,是被列入国家电网公司研究框架的重大科技创新项目,集科技攻关与基建示范工程建设于一体。陈甫220kV变电站项目于2007年9月5日启动,2009年5月26日成功投运,目前运行状况良好。该站在220kV、110kV所有间隔及主变各侧,通过使用Ro-go w sk i线圈式电子互感器与合并单元取代传统电磁互感器,保护测控装置的采样过程实现全数字化。如图3所示

图3R ogow ski线圈型电流互感器在陈甫变电站的应用

这种形式电子式电流互感器还在青岛午山和郑州叠彩等变电站获得较为成功的应用。如图4所示

图4R ogowski线圈型电流互感器在午山和叠彩变电站的应用

3无源电子式互感器原理及其应用

无源电子式电流互感器采用光学原理实现一次电流的测量,也常被称为光学电流互感器,目前主要有两种,一种为磁光玻璃型电流互感器,另一种为光纤型电流互感器。