摘要：随着光纤传感技术、光纤通信技术的飞速发展，光电技术在电力系统中的应用越来越广泛。电子式互感器就是其中之一。电子式互感器具有体积小、重量轻、频带响应宽、无饱和现象、抗电磁干扰性能佳、无油化结构、绝缘可靠、便于向数字化、微机化发展等诸多优点，将在数字化变电站中广泛应用。
关键词：电子式互感器；光电技术；数字化变电站
一、电子式互感器概述
随着电力系统的发展，发电和输变电的容量不断增加，为了减小变电站的占地面积和建设空间，提高电力系统的自动化程度，现阶段设计的电流互感器需要满足“智能化、数字化、一体化、光纤化”的要求。智能化是指增加网络和微机在电气测量中的运用，赋予互感器一定的自我判断和识别能力，主要通过在外围的电路上作一些改进及在软件上进行优化。数字化是指要尽量减少传统的模拟信号指针式读数盘的使用，采用数字式的仪表，减小测量中因读数不准而引起的人为误差。一体化是指将多相电流互感器甚至是多相电流互感器和电压互感器做成成套设备，这样可以减少一次设备的体积，节约大量的人力、物力。光纤化是指在测量系统中，采用光纤传输信息，消除电磁场对测量结果的影响。针对目前电力系统的发展趋势可以预测，在不久的将来，新型实用电子式互感器将取代传统的电磁式互感器，电子式电流互感器就是其中的代表，它完全可满足上述的要求。
二、电子式互感器的优点
电子式互感器具有传统互感器的全部功能。在性能上，特别是暂态性能、绝缘性能方面有很大优势。
1、消除了磁饱和现象。传统的电磁式电流互感器在电力运行中突然故障，例如在短路的情况下，一次回路短路电流突然变大，而且还有衰减的非周期分量，在短路后半个周波内短路电流最大，或这当变压器空载合闸的瞬间，互感器中残留有剩磁，都会导致互感器铁芯的严重饱和，互感器二次电流波形畸变，不能正确反映一次回路短路电流，造成保护误动作情况增多。而电子式互感器由于其传输机理不同，内部不包含铁芯，无磁饱和的问题。其优良的暂态特性决定其在电网中具有更重要的地位，完全不受故障电流过大与过小的影响，对保护新原理的研究提供的参考依据，同时精度高提高了电力系统设备的工作性能尤其继电保护的正确动作率。
2、对电力系统故障响应快。现有保护装置的保护原理是基于工频量进行保护判断的，而不是利用故障时的暂态信号量作为保护判断 参量，需要经过滤波等处理后才能将故障信号中的高频分量及非周期分量剔除， 成为了保护动作速度慢的主要原因之一。但是现代电网向着特高压大容量方向发展，故障后需要快速切除故障才能保证设备的安全，因此需要利用暂态量作 为保护判据参量的新保护原理的出现才能符合这样的发展需求。电子式互感器 在传输机理上的优越性使其输出的暂态量精度高，可以作为新保护原理的参量。
3、消除了铁磁谐振，抗干扰能力强。传统的电压互感器中，电磁式电压互感器呈感性，与断路器容性端口会产生电磁谐振；此外电容式电压互感器本身含有电容元件及多个非线性电感元件，在一次侧合闸操作或一次侧短路及二次侧短路并消除故障等时，其自身均将产生暂态过程，此过程可能激发稳定的次谐波振荡，从而导致补偿电抗器和中间变压器绕组击穿。而电子式互感器没有构成电磁谐振的条件，其抗电磁干扰性强。
4、体积小，重量轻。由于它的体积小重量轻、绝缘性能好，因此电子式互感器给运输和安装带来了极大的方便。
5、适应现代电能计量和保护的数字化以及数据的共享。电子式互感器的数据输出量为数字量，可以经过光纤直接送给保护和电能计量装置，使得保护及计量等设备结构简化，成本降低，原理更加简单，易于实现，重量也随着交流插件的去除而大大减轻。并且可以通过交换机实现保护与测控等装置之间的数据共享，大大提高了电力系统协调工作的稳定性。
6、电流变化比较大，测量精度高。随着电网容量增加，短路故障时，短路电流越来越大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电子式互感器的额定电流为几十到几十万安培，其测量范围大，而对于保护和测控装置要求的精度不同的情况下需要配置不同精度等级电磁式电流互感器，如果用电子式互感器则可以配置 一台即可满足保护和测控的不同精度需求。
7、频率响应范围宽。电子式互感器不仅可以测量直流电流、稳态电流，而且可以精确的测量线路上的高次谐波电流，其很宽的频率响应范围足可以准确的反应电力系统故障电流的所含的各种分量。
8、造价低，占地面积小。电子式互感器不含铁芯，随着电压等级的升高其成本不会明显增高，而且体积小重量轻，在现场占用很小的空间。
9、安全性好。电子式互感器绝缘简单，不像传统互感器那样需要油来绝缘，最大限度的避免了易燃、易爆等的危险，降低了对设备和人生安全所造成的危险。
10、应用范围大。电子式互感器数字量输出的形式决定了它在与其他二次设备连接是通过光纤连接，不需要不同厂家进行协商，免去了制造产品的复杂过程。其输出量可以直接送给保护与测控装置使用，通过统一的传输规约即可实现不同厂家的互操作。
三、电子式互感器的应用分析
1、对继电保护的影响对设备硬件、软件产生影响。
电磁式互感器的模拟输出信号需要经过采样保持、多路转换开关、A/D 变换才能传输到继电保护等二次装置。相比较而言，电子式互感器的输出信号是数字信号，提高设备可靠性，降低成本。采用电子式互感器后，数字式继电保护和监控装置通过数字接口接受合并单元输出的数字信号即可。电子式互感器可以为保护提供许多新功能，许多测量的功能可在保护中实现，并且可以记录故障初瞬间和断路器预分合时刻的波形，具有录波和开关状态监视的功能。扩展功能的同时，电子式互感器还增强了继电保护的可靠性。
2、对差动保护的影响
造成线路差动保护误动的主要原因是电磁型电流互感器容易饱和，所采取的差动保护抗 CT 饱和措施使保护算法和判据更加复杂，可靠性降低。由于电子式电流互感器具有无磁饱和等优点，基于电子式电流互感器的差动保护就能够大大简化相应的动作判据，提高快速性和可靠性，降低比率制动差动保护的动作定值和比率制动系数，提高差动保护的灵敏性。
3、对变电站的影响
电子式电流电压互感器是一种可计量电压电流参量，兼具测量、保护功能的新型电力设备。电子式电流互感器可达到测量级 0.2 或0.2S 级，保护级 5P 级；电子式电压互感器可达到测量级 0.2 级，保护级 3P 级。电子式互感器输出数字信号，信号输送与二次设备处理都不会产生附加误差，进一步提高了测量精度，保护功能也有所改进。在高压和超高压变电站中，电力数据的测控与保护、故障录波，以及 A/D 变换、光隔离器件、控制操作回路等其他自动装置的 I/O 单元，都将成为智能一次设备的主题架构。智能一次设备中的控制回路和传感器均采用数字化设计。而在中低压变电站则将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地安装在开关柜上，实现了变电站机电一体化设计。从物理角度来分析，数字化变电站自动化系统主要由智能化的一次设备与网络化的二次设备组成。在电子式互感器下边采用光电采集部分。经过数字处理芯片的逻辑控制后，通过光纤将电流和电压的数字信号传输到主控室的保护屏上。采用双看门狗的结构方式，提高系统的稳定性。
结语：数字智能电网改造与建设已是大势所趋，并且电子式互感器的应用也将成为智能电网一个未来发展趋势。在电网自动化升级改造中，智能开关设备与光电式互感器机电一体化设备的研发与应用，使智能电网迎来了数字时代。
参考文献：
[1]张建超，刘晓波，张飞，闫璐明，郭继芳，郭小燕 . 电子式高压电力互感器的发展现状及在电力系统中的应用 [J]. 高压电器，2009，04：106-110.
[2] 谢琼香 . 电子式电流互感器传变特性及其对继电保护的影响 [D].广东工业大学，2013.
论文作者:金爱明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/26
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