王淑娥
（青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司）
摘要：社会经济的发展以及科学技术的进步，有力推动了智能变电站的发展。随着智能变电站建设规模的不断扩大，传统的电容式以及电磁式电压互感器已经难以符合智能电网的发展需求，这要求智能变电站中应有效运用电子式电压互感器，从而促进智能电网的发展。本文就对智能变电站中电子式电压互感器的有效运用进行深入分析和探讨。
关键词：智能变电站；电子式电压互感器；有效运用
为了保证电力系统运行的经济性和安全性，应积极测量电力设备和电力系统的相关系数，从而对其进行保护、监控和计量。互感器在变电站中的应用，能够将按照一定的比例将大电压或高电压转变为标准小电流或低电压，并将其提供给继电保护控制、仪表以及测量仪器等装置[1]。随着智能电网的不断发展，电子式电压互感器的应用能够对电流和电压数据进行精确测量，有效保护、监控和控制智能电网，有利于实现智能电网建设的可持续发展。
一、电子式电压互感器概述
（一）电子式互感器的含义
电子式互感器具有数字量输出和模拟量电压输出，能够供频率15 Hz～100Hz范围内的继电保护装置和电气测量仪器使用，其通用框图如下所示：
图1：电子式互感器通用框图
（二）类型
电子式电压互感器可分为有源式和无源式两种。对于有源电子式电压互感器而言，其主要部件是阻容分压型，该型电压互感器是最早的高电压测量方式。同时电阻分压型多采用35kV和10kV的电压互感器，而高压电压互感器中对应用电容分压。有源电子式电压互感器的工作原理与Rogowski线圈式互感器较为相似，区别是其进行电阻电容分压之后，需要预处理信号，然后使其进入A/D转换。此外，分压型互感器对二次回路阻抗具有很高的要求，尤其是母线电压互感器，需要在二次输出的基础上分出多个二次设备，从而保证信号传输的可靠性与抗干扰性。对于无源式电子式电压互感器来说，其主要分为逆压电效应型与Pockels效应型，前者需要借助特种光纤，并给具有较为复杂的信号解调，因此当前大多采用后者[2]。就Pockels效应而言，某些晶体在外电场的影响下，能够改变其入射光折射率，从而延迟入射晶体偏振光产生电光相位，确保外加电场与延迟两呈正比关系。然后在晶体上加入被测电压，测量其相位差，得出被测的电压值，其可用以下公式加以表示：Φ=kE=πU/Uπ。其中Uπ表示的是晶体半波电压，E表示的是晶体外加电场的强度，Φ表示的是相位差。Pockels效应型的电压互感器也采用了光学材料，因此与Faraday效应原理的电流互感器原理基本相同。
二、智能变电站中电子式电压互感器的应用
智能变电站作为一种智能设备，其具有低碳环保、集成、可靠和先进的特点，能够实现标准化的信息共享、网络化的通信平台以及数字化的全站信息。对于智能变电站而言，能够自动监测、计量、保护、控制、测量以及采集信息，并结合实际需求实现电网的协同互动、在线分析决策、智能调节以及实时自动控制等功能。
（一）应用现状
由于电子式电压互感器在抗震动以及温度稳定性方面还存在不足，难以实现OVT的实用化，并且与同电压等级OVT相比，有源式电压互感器的造价使其的1/2，因此我国在建设智能电网时，多是以有源电子式电压互感器为主。如青海浦宁的数字化变电站建设，其采用电阻分压式电压互感器作为该变电站的电压互感器。此外，我国国网公司在2009年新建了部分智能变电站试点工程，并于2011年基本竣工，并给在试点工程的建设中，多是采用有源电子式电压互感器。目前，在智能变电站中应用的电子式电压互感器多是110kV电压等级，采用高电压等级的变电站较少， 如云会220kV变电站、江苏西泾220kV变电站等。
（二）应用中存在的不足
一般电子式电压互感器发生故障时，多是由电磁干扰、采集器、巨绝缘等导致的合并单元故障、电压波形丢失、远端电源模块故障、VFTO故障、通信错误以及数据失真等。同时在安装调试的过程中，光学互感器会出现光纤损坏现象，或者是需要花费较大的调试时间，出现这种现象的原因就是光纤对现场环境具有较高的要求，存在较大的施工难以，并需要利用专用设备加以熔接。在智能变电站中应用电子式电压互感器时，会存在以下问题：一是抗干扰问题。电子式电压互感器会受附近断路器、隔离开关以及高压线等的强烈干扰，影响测量的精度和准确率[3]。二是高压测供能问题。在设计高压端电源时，需要保证高压端电路的功率需求，使其能够长时间无间断稳定的工作，不能对高低压间的绝缘加以破坏。虽然目前激光供能具有较高的可靠性，但是其成本高、输出功率小，导致蓄电池供能的使用寿命较短。三是电磁兼容问题。当前使用的电子式电压互感器，其主要的电子元件具有较低的电磁兼容标准，导致互感器的抗电磁干扰能力降低。四是设备稳定性问题。对于高压领域的电阻分压器和电容分压器而言，其会受外界杂散电容的影响，稳定性不高；同时光学电压互感器振动和温度等因素影响，其稳定性较低。
（三）应用效果
电子式电压互感器作为电变站运行中的重要设备，其包括继电可靠性的提升以及电网动态观测等方面发挥着重要的作用，能够提高电力系统的整体运行水平。一方面而言，电子式电压互感器的信号主要是利用数字输出，具备较强的通信能力，便于接口，能够对变电站中通讯系统中的通信方式加以直接改变。利用互感器输出的数字信号，能够实现过程总线以及点对点通信方式，对二次电缆线进行完全取代，有效降低二次接线的复杂性以及绝缘水平的要求，减少误差源，简化测量和装置结构，保护系统的结构，确保信息的共享。从另一方面来说，利用电缆传输进行电子式互感器的输出，由于光缆数量较少，因此智能变电站的电缆敷设工作量较少[4]。一般传统的电压互感器每1～3个月检查一次，并且其可以30年内进行两次大修，但是电子式电压互感器能够在其全寿命周期内进行“免维护”，仅仅只需维护或更换电气单元中的电子器以及远端模块，5年维护一次即可。总而言之，智能变电站中运用电子式电压互感器，能够实现变电站的精确化、自动化以及智能化，有利于推动智能电网输配电模块的长远发展。
结束语：
由于电压运行的提高以及电力系统容量的增大，传统的电压互感器已经难以适应社会经济的发展需求，无法实现电网的数字化、自动化以及智能化。基于这种情况，将电子式电压互感器应用在智能变电站中，能够实现数字化输出、光纤化传输以及准确化传感、有效保护、监控和测量电力设备以及电力系统。目前，随着技术方案的日趋成熟以及材料加工工艺水平的提升，电子式电压互感器将会取代电容式和电磁式电压互感器，从而实现电力行业的可持续发展。
参考文献
[1]高建斌,肖健,郝雪梅,王晓波. 电子式电压互感器及其在智能变电站中的应用[J]. 机械工程师,2015,06:85-90.
[2]李小炳,毛勇,胡艳. 电子式互感器及其在智能变电站中的应用[J]. 供用电,2013,03:75-81.
[3]张天. 智能变电站中电子式电压互感器现场试验研究[J]. 中国电业(技术版),2014,01:40-43.
[4]肖立恒,张杰,林华. 电子式互感器的研究及其在智能变电站的应用[J]. 山东电力高等专科学校学报,2012,01:21-24.
[5]徐先勇,欧朝龙,陈福胜,万全,杨帅. 110kV智能变电站复杂环境下电子式互感器校验方法[J]. 湖南大学学报(自然科学版),2012,06:63-68.
论文作者:王淑娥
论文发表刊物:《电力设备》2015年7期供稿
论文发表时间:2016/2/2
标签：电压互感器论文; 变电站论文; 电子论文; 智能论文; 互感器论文; 电压论文; 电网论文; 《电力设备》2015年7期供稿论文;