摘要：电子式电流互感器结合现代传感技术和电子技术，极大的改变了传统电磁式电流互感器绝缘要求高，尺寸大，重量重，价格高，动态范围小，铁芯饱和非线性，易产生铁磁谐振以及设备安装及检修不便等诸多弊端，伴随着我国数字化变电站以及智能电网的不断推进，电子式电流互感器的应用也就越来越广泛。本文针对电子式电流互感器在智能变电站中应用方式和优化手段进行探讨和分析，旨在为我国智能电网的健康快速发展提供借鉴与参考。
关键词：电子式电流互感器；智能变电站；原理；价值；应用
电流互感器是变电站工程的重要设备，更是我国组建坚强电网的关键。但是，随着我国经济与社会对电力供应规模需求的不断提升，传统电流互感器的制动保护功能已经无法适应我国电网容量的急剧扩大，变电站朝着数字化、信息化、集约化方向发展的具体实际，而基于以罗氏线圈、传感光纤、低功率线圈、同轴电容等新型传变原理的电子式互感器便承担起了数字化变电站和智能电网可靠、安全、稳定运行的重任，逐渐成为我国实现智能电网快速、有效建设的技术保证。
1.电子式电流互感器的分类和基本结构
1.1有源型电子式电流互感器
有源型电流互感器是基于电磁感应原理，将互感器的两端直接接在电源和主回路中的一种互感器的接线形式。有源型电流互感器的一次传感器介质为线圈，主要分为空心线圈（罗氏线圈）、低功率铁心线圈与罗氏线圈的组合线圈，通过将线圈套在一次导体之上，利用法拉第的电磁感应原理，最终将线圈二次侧输出的电压值与所测量的一次电流值汇入采集单元，由采集单元完成A/D转换等处理后，经由光纤介质快速输入到合并单元，再由合并单元将输入信号经过同步的处理，通过光纤发送给保护、测控、计量电表等电力装置。有源型有源型电子式电流互感器的结构如图一：
图一：有源型有源型电子式电流互感器的结构原理
有源型电流互感器的信号输出无需二次转换，直接接入二次设备，可广泛应用在柱上开关、环网开关柜和柱上开关的三相套管上，用于三相电流和零序电流的计量、测量和保护，但其高压侧电子器件需由电源供电才能开始工作，也造成了有源型电流互感器无法摆脱对外源依赖的弊端。
1.2无源型磁光玻璃电子式电流互感器
磁光玻璃电子式电流互感器基于法拉第磁旋光效应原理，将磁光玻璃作为一次传感器的传输介质，由于不具备铁磁性材料，因此消除了传统互感器磁滞、磁饱和的现象，也改变了有源型电子互感器需电源供电的局限，实现了无源化、自供电的工作特点。
无源型磁光玻璃电子式电流互感器通过偏振光的偏振面在磁光玻璃中发生旋转，另处于低电位的光源发出的偏振光经光纤传输至高压侧，与此同时一并输入到被测电流产生的磁场中，从而达到高效的信号传输，实现良好的保护和测量功能。虽然无源型磁光玻璃电子式电流互感器稳定性、可靠性和抗干扰性都大大提高，但是其晶体式的一次传感器会由于温度的异常变化而出现电光感应误差，从而对其工作的稳定性构成损害。
1.3无源全光纤电子式电流互感器
全光纤电子式电流互感器与磁光玻璃电子式电流互感器同属于无源型，一次传感器的介质为光纤环。依据法拉第的磁光效应，电流所产生的磁场会使光纤环中的偏振光角度发生偏转，从而形成一定的相位差，经过反射镜的传输后，左圆偏振光与右圆偏振光会进行相互的转化，当信号通过光纤环后，相位差会加倍，而相位变化信息会经过相位调制器，形成具有相同偏振方向的分量，而这些干涉信号会经耦合器后被探测器接收[1]。从而实现动态范围大、频域响应范围宽、灵敏度高的测量优势。
2.电子式电流互感器在智能变电站中的基本技术原则
智能变电站将传统变电站中实现设备与保护、测控之间的电缆转换为光纤，进而将过去通过电缆传输直流信号（正电压/负电压/地电压）和交流信号（CT、PT二次电流、电压）的信号传输方式转变为网络传输，同时也将保护逻辑中的继电器硬件回路通过微机保护装置中的软件程序予以智能化完成，从而实现了变电站设备的智能化、通信的网络化以及控制的数字化与自动化。而对于电流互感器的应用，为了实现智能变电站二次回路和继电保护的安全稳定，其配置方式和接线方式的选择就必须遵循以下三个基本的技术原则：
（1）电子式互感器需为各种智能IED提供高准确度的电流和电压，而且在数据采样率上必须做到大于或等12000次/秒，三相同步时间应在±1μs，此外，还应实现综合单元对保护、测量等IED的输出传输速率与IED的采样率匹配性，避免极差而造成的测量时效[2]。
（2）为了实现智能变电站双重化配置的基本原则，电子式互感器内的信息采集方式应由两路独立采样系统进行采集，而每路采样系统都应通过双A/D 系统接入MU的方式，使每个MU 输出两路数字采样值由统一的路径进入相同的保护装置，从而满足双重化而又相互独立的继电保护功能，以增加继电保护可靠性与稳定性。
（3）电子式互感器与常规互感器最大的区别就是传输至合并单元的信号为数字量的光信号，因此传统的常规测试仪在合并单元处通过采样以及CT点极性的方法全都难以有效适用，因此可以采用直流法和精度检验法来对互感器的极性进行检验，也可以采用一次流通法间接判断CT极性，从而检查合并单元及保护装置的采样是否正确。
3.电子式电流互感器在智能变电站中的实践探索
3.1数字化继电保护的应用
为了达到精准的继电保护功用，需要对相应的线路保护、母线保护、测控装置、电度表、监控后台、故录、网都的采样值是否与通入电流对应一致进行查看，而电子式电流互感器在保护装置中使用SV报文进行保护计算（例如差流，零序/负序分量，阻抗，谐波，相位等），从而实现了数字化测控装置对电压、电流的有效值、功率和功率因数等的高效测算[3]。此外通过合并单元对互感器二次绕组的电压、电流模拟信号的采样汇总成数字报文，实现实时的状态信号发送，而对于使用电压、电流量的保护装置和测控装置则不需要自行重复采样，只需直接从合并单元发送的SV报文中读取电压、电流值即可，从而大大提高对变电站状态的有效监测与实时测量，实现更加精准而快速的继电保护。
3.2对电网进行精准的测量与计量
电子式互感器与传统互感器相比，不仅由小信号传输代替大功率输出，光隔离代替了油、气绝缘，从而实现了装置简单，不占空间、安装经济、操作便捷的优点，而且光纤传输的特性让其具有良好的绝缘优势，并有效消除了铁芯构造下磁饱和及铁磁谐振等不良现象，再加上其频率响应范围的极大拓宽，抗干扰能力有所增强，进而实现了大容量电网中变流变压和电气隔离的作用，降低了电力测量中的数据误差，另测量精度和监测灵敏度进而也就提高了很多，并达到了电力一次、二次设备的有效结合，解决了电网自动化发展的技术瓶颈，为大容量智能电网的安全可靠发展奠定了坚实的基础。
3.4故障监测
传统的电磁式电流互感器的铁芯结构会在电力系统在出现短路等故障时，高幅值的短路电流会造成铁芯饱和及磁滞回线，不仅会引起电流测量的不准确，还会造成电流互感器的保护拒动，甚至引发严重的电路事故，严重威胁现代化电网的安全稳定运行。而电子式电流互感器不仅感应灵敏、快速，实现了传输数据的高度精准，可以准确地进行故障测距，而且通过充分利用数据共享的优势，可以实现多点共享，实现互感器同时提供Goose、RS485、MU等不同类型的数字接口，从而供多种测控设备进行数据共享，避免了互感器多点重复的安装，使设备配置更加紧凑，并为和紧凑型一次智能设备的正常运行提供可靠保证[4]。从而有效地消除保护死区，防止保护拒动现象的发生，以尽可能大的避免停电范围的扩大，对我国智能电网的普及与优化应用具有重要的意义。
4.结语
电子式电流互感器是我国现代智能化配电网建设、实现配电网装备水平升级重要技术手段，供电部门和相关生产企业需要不断在干扰防护、误差控制，自供电源等技术上予以努力，以实现电子式电流互感器在数字化、信息化、智能化、集成化方向上的优化升级，达到互感器全面而有效的数字化监测与控制，不断提升我国一次配电网设备的数字化和智能化的水平。
参考文献：
[1]王军，夏利民，陈磊.电子式电流互感器采集单元上下电缺陷分析及改进[J].中国设备工程，2017（12）：43-44.
[2]张琦，张柯.浅谈电子式电流互感器的工作原理与变压器差动保护[J].建筑工程技术与设计，2017（5）.
[3]邵昱，林慧，董锐，et al.智能变电站电子式电流互感器异常导致保护异常动作分析及防控措施[J].河南电力技术，2017（4）：18-20.
[4]朱金摇.电子式互感器在智能变电站中的应用研究[D].2017.
论文作者:邱锡隆
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/15
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