摘要：随着电网系统的自动化、智能化和数字化水平不断提高，电磁式互感器已经日益不能满足系统的发展要求。电子式高压电力互感器取代传统的电磁式互感器成为趋势。文中阐述了电子式高压电力互感器的研究意义，介绍了电子式高压电力互感器的类型及发展历史和研究现状，介绍了混合电子式高压电力互感器的应用情况。
关键词：电网；智能化；互感器；
0.引言
互感器是为电力系统进行电能计量、测量、控制、保护等提供电流电压信号的重要设备，其精度及可靠性与电力系统的安全、稳定和经济运行密切相关，是电力系统必不可少的设备。随着电力工业发展，电力传输系统容量不断增大，电网运行电压等级越来越高。目前，我国运行的最高电压等级是1000KV的交流输电线路和800KV的直流输电线路，数字化变电站成为变电站自动化技术的发展趋势。
1.电子式高压电力互感器研究的意义
1.1传统互感器的缺点
高电压、大电流的测量对于电力系统安全、经济地运行具有重要的意义。准确地测量各种电压、电流值是电能测量、继电保护、系统监测诊断以及电力系统分析的前提条件。电力互感器，包括电压互感器和电流互感器，是电力系统中进行电能计量和获取继电保护信号的重要设备。随着电力系统的发展，发电和输变电容量不断增加，电网电压不断提高，对电流和电压互感器提出了许多新的和更加严格的要求，而传统的电磁式电力互感器己越来越不适应这种发展情况，在运行中暴露出一系列严重缺点：
①绝缘结构复杂，体积笨重，造价高。特别是用于超高压系统并且要满足大短路容量的动稳定及热稳定要求时。
②传统互感器测量稳态电流时，线性度是很好的，但是由于线路中暂态时存在直流电流，使得电流互感器易发生饱和，造成测量误差。
③电压互感器可能出现铁磁谐振，损坏设备。
④由电流、电压互感器引至二次保护控制设备的电缆是电磁干扰的重要藕合途径。
⑤采用油浸纸绝缘易燃、易爆不安全。
⑥电磁式电流互感器的二次侧输出对负荷要求很严格，若二次负载较大，测量误差就增大，准确度下降。
1.2电子互感器的优点
鉴于光电互感器以及其他新型互感器的快速发展，国际电工委员会（IEC）制定了电子式电压互感器标准IEC 60044 - 7、电子式电流互感器标准IEC 60044-8。按照此标准，电子式互感器的含义包括所有的光电互感器及其他使用电子设备的互感器。根据IEC标准[5]，新型互感器被统称为电子式互感器。它与传统电力互感器相比，具有以下优点：
①绝缘结构简单，体积小，重量轻。因无铁心、绝缘油等，一般电子式互感器的重量只有电磁式互感器重量的1/10，便于运输和安装。
②不存在磁饱和与铁磁谐振问题，能在很大的电流与电压变化范围内，以高速动作、准确、抗干扰的宽频带性能来测量电流、电压。
③由于传感和信号处理部分外形小和重量轻，可以装入成套电器或成套配电装置中，适应电力设备向集成化方向发展的趋势。
④采用光纤或其它加强绝缘方式实现高电压回路与二次低压回路在电气上的完全隔离，消除这些回路不希望有的相互影响，保护了二次设备和工作人员的安全。
⑤适应了继电保护装置（包括微机保护）的发展。由于受传统的互感器性能的限制，其保护原理基本上是基于工频量进行保护判断的。易受过渡电阻和系统振荡、磁饱和等的影响，其保护性能难以满足当今电力系统向着超高电压、大容量、远距离方向的发展要求。利用故障时的暂态信号量作为保护判断，是微机保护的发展方向，它对互感器的线性度、动态特性等都有较高的要求，电子式互感器的出现满足了这一要求。
⑥有利于实现变电站数字化、光纤化和智能化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电子式互感器的信号和传输形式都可以采用光缆（光纤）实现，而光信号的突出优点和光纤通信技术的广泛采用使得变电站内部以及和上级站之间的数据传输更加可靠和迅速。电子式互感器与光纤通讯技术和微机相结合组成光纤局域网应用于电力系统是变电站自动化的一个重要的发展方向。开创了未来光纤化变电站的美好前景。
2.电子式高压电力互感器的类别
电子式高压电力互感器有两个主要类别：光学电子式互感器和混合电子式互感器。
2.1光学电子式互感器
光学电子式互感器的电流测量原理包括Faraday效应、磁致伸缩效应、Kerr效应和逆压磁效应等，电压测量原理包括Pockels效应、Kerr效应和逆压电效应等。其中利用Faraday效应测量电流和Pockels效应测量电压的方法最直接，装置最简单、精度高，所以应用范围最广、研究力度最大[1]。
我国对光学互感器的研究起步较晚，沈阳变压器研究所从1970年开始研究，以后在清华大学、四平电业局的积极协助下于1979年研制出第一台样机，并先后研制出三台样机在四平电业局的220KV线路上试运行，后来于1984年退出运行。国家对光学电子式互感器的研究工作非常重视，将其列为“七五”、“八五”重点研究项目。华中理工大学研制的计量用光学电流互感器于1993年在广东新会110kV电网试运行，尽管未达到计量目标，但标志着我国的光学互感器研究已向实用化迈进。
2.2混合电子式互感器
混合电子式互感器是指采用Rogowski线圈、带铁心的低功率电流互感器、霍尔器件以及分压器等作为传感器，利用光纤完成从高压端到低压端的数据传输，通常高压传感部分需要电源供能的各类电子式互感器。从二十世纪九十年代开始，混合电子式互感器作为传统互感器的又一类替代产品，受到人们的广泛关注[2]。其原因可以归为以下几点：
①光学电子式互感器技术较复杂，成本高，性能不易做到稳定，实用化进程缓慢。
②大规模集成电路技术的飞速发展，促进了变电站二次设备向电子化、数字化发展，互感器与二次设备之间通过数字接口和低电压接口实现互连成为可能。
③混合电子式互感器采用的传感器技术比较成熟，运行经验多，具有实用化优势。
④采用光纤进行信息传输，大大简化互感器的绝缘结构，适用于高电压系统。
我国对混合电子式互感器的研究开始九十年代中后期，从事研究的单位有：清华大学、华中科技大学、大连理工大学、西安交通大学和华北电力大学等。研究涉及了高压GIS装置和户外高压互感器等方面的应用，经过近十年的发展，积累了一定的试验和现场运行经验。
3.电子式高压电力互感器在电力系统中的应用
目前，在电力系统中广泛应用的以微处理器为基础的数字保护装置、计量测试仪表、运行监控系统以及发电机励磁控制装置，都要求采用低功率、紧凑型的电压和电流互感器代替常规的电压和电流互感器，电子式高压电力互感器对电力系统特别是提高设备的安全性和可靠性具有重要意义。
目前研究较为成熟并投入变电站运行的主要是有源电子式互感器，应用场合主要有高压直流输电、SF6气体绝缘开关（GIS）及中低压开关柜等。无源光电互感器因其一次侧光学电流、电压传感器无需工作电源，具有较大的优势，但光学传感器的制作工艺复杂，稳定性及一致性不易控制，因此有源电子式互感器有望首先得以推广应用。
4.结论与展望
电子式互感器的诞生是互感器传感准确化、传输光纤化和输出数字化发展趋势的必然结果。电子式电流互感器是电网动态观测、提高继电保护可靠性和数字电力系统建设的基础装备，将在现代电力系统中发挥重要的基础测量作用。
参考文献：
[1]李红斌，余春雨，叶国雄，等.电子式互感器数字输出的研究.[J].高电压技术，2004，30（2）：10-12.
[2]黄智宇，段雄英，张可畏，等.电子式高压互感器数字接口的设计及实现.[J]电力系统自动化，2005，29（11）：87-90.
论文作者:郭小燕
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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