电子式互感器的原理及其与常规互感器比较

1、电子式互感器的原理及其与常规互感器比较江苏西电南自智能电力设备XX公司211106 随着智能化变电站的发展， 电子式互感器也越来越多应用在新的变电站 工程中， 这就需要我们对电子式互感器有一个全面的了解。根据作者的工作经验，将电子式互感器和常规互感器做一个对比分 析，可以使我们更快速的了解电子式互感器的特点。互感器按大类可分为两种： 1. 常规互感器。2.电子式互感器 . 一 电子式互感器与常规互感器对比的优点（1 ）电子式互感器高低压完全隔离，安全性高，具有优良 的绝缘性能，不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁谐振等问题。常规互感器的被测信号与二次线圈之间通过铁芯耦合， 不可 避免地存在磁饱和及铁磁

2、谐振等问题。 绝缘结构复杂， 其造价随 电压等级呈指数关系上升。电子式互感器将高压侧信号通过绝缘性能很好的光纤传输 到二次设备， 消除了磁饱和及铁磁谐振现象， 从而使互感器运行 暂态响应好、稳定性好，保证了系统运行的高可靠性。这使得其 绝缘结构大大简化， 电压等级越高其性价比优势越明显， 实现了 高低压的彻底隔离，安全性和可靠性大大提高。（2）抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压危险 电子互感器的高压侧和低压侧之间只存在光纤联系， 信号通 过光纤传输， 高压回路与二次回路在电气上完全隔离， 互感器具 有较好的抗电磁干扰能力，低压侧无开路引起的高电压危险。常规电流互感器二次回路不能开路，低压侧存在

3、开路危险。（3）动态范围大，测量精度高，频率响应范围宽 电磁式电流互感器因存在磁饱和问题，难以实现大范围测 量，同一互感器很难同时满足测量和继电保护的需要。 电子互感 器有很宽的动态范围， 可同时满足测量和继电保护的需要， 还可 以进行电网电流暂态、高频大电流与直流的测量。（4）数据传输抗干扰能力强 常规互感器传送的是模拟信号， 电站中的测量、 控制和继电 保护传统上都是通过同轴电缆将电气传感器测量的电信号传输 到控制室。这种传统的结构不可避免地会受到电磁场的干扰。（5）没有因充油而潜在的易燃、易爆炸等危险，而非常规 互感器的绝缘结构相对简单， 一般不采用油作为绝缘介质， 不会 引起火灾和爆炸

4、等危险。（6）体积小、重量轻 电子式互感器无铁芯， 其重量较相同电压等级的常规互感器 小很多。综上所述， 电子式互感器以其优越的性能、 适应了电力系统 数字化、 智能化和网络化发展的需要， 并具有明显的经济效益和 社会效益，对于保证日益庞大和复杂的电力系统安全可靠运行并 提高其自动化程度具有深远的意义。二 电子互感器分类按一次传感部分是否需要供电划分：- 有源式电子互感器- 无源式电子互感器按应用场合划分-GIS 结构的电子互感器-AIS 结构（独立式）电子互感器- 直流用电子式互感器 从电子式互感器的优点可以看出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

5、果。电子式互感器是数字变电站的关键装备之一。 传感方法对电 子式互感器的结构体系有很大影响。 光学原理的电子式互感器结 构体系简单， 是无源的电子式互感器。 电磁测量原理的电子式互 感器是有源电子式互感器。2.1 有源电子式互感器 有源电子式互感器利用电磁感应等原理感应被测信号， 对于 电流互感器采用 Rogowski 线圈，对于电压互感器采用电阻、电 容或电感分压等方式。 有源电子式互感器的高压平台传感头部分 具有需电源供电的电子电路， 在一次平台上完成模拟量的数值采 样（即远端模块） ，利用光纤传输将数字信号传送到二次的保护、 测控和计量系统。有源电子式互感器又可分为封闭式气体绝缘组合电器

6、 （GIS） 式和独立式， GIS 式电子式互感器一般为电流、电压组合式，其 采集模块安装在GIS的接地外壳上，由于绝缘由GIS解决，远端 采集模块在地电位上，可直接采用变电站 220kV/110 kV 直流电 源供电。 独立式电子式互感器的采集单元安装在绝缘瓷柱上， 因 绝缘要求， 采集单元的供电电源有激光、 小电流互感器、 分压器、 光电池供电等多种方式， 实际工程应用一般采取激光供电， 或激 光与小电流互感器协同配合供电， 即线路有流时由小电流互感器 供电，无流时由激光供电。对于独立式电子式互感器，为了降低 成本、减少占地面积，一般采用组合式，即将电流互感器、电压 互感器安装在同一个复合

7、绝缘子上， 远端模块同时采集电流、 电 压信号，可合用电源供电回路2.2 无源电子式互感器无源电子式互感器又称为光学互感器。 无源电子式电流互感 器利用法拉第( Faraday )磁光效应感应被测信号，传感头部分 分为块状玻璃和全光纤 2 种方式。无源电子式电压互感器利用 Pockels 电光效应或基于逆压电效应或电致仲缩效应感应被测信 号，现在研究的光学电压互感器大多是基于 Pockels 效应。无源 电子式互感器传感头部分不需要复杂的供电装置， 整个系统的线 性度比较好。 无源电子式互感器利用光纤传输一次电流、 电压的 传感信号， 至主控室或保护小室进行调制和解调， 输出数字信号 至MU供

8、保护、测控、计量使用。无源电子式互感器的传感头 部分是较复杂的光学系统， 容易受到多种环境因素的影响， 例如 温度、震动等，影响其实用化的进程。三 有源式互感器与无源式互感器的比较 有源电子式互感器的关键技术在于电源供电技术、 远端电子 模块的可靠性、 采集单元的可维护性。 基于传统互感器的运行经 验，可不考虑 Rogowski 线圈和分压器（电阻、电容或电感）故 障的维护。 GIS 式电子式互感器直接接人变电站直流电源，不需 要额外供电， 采集单元安装在与大地紧密相连的接地壳上。 这种 方式抗干扰能力强， 更换维护方便， 采集单元异常处理不需要一 次系统停电。 而对于独立式电子式互感器， 在

9、高压平台上的电源 及远端模块长期工作在高低温频繁交替的恶劣环境中， 其使用寿 命远不如安装在主控室或保护小室的保护测控装置， 还需要积累 实际工程经验；另外，当电源或远端模块发生异常、需要维护或 更换时，需要一次系统停电处理。无源式电子式互感器的关键技术在于光学传感材料的稳定 性、传感头的组装技术、 微弱信号调制解调、 温度对精度的影响、 震动对精度的影响、 长期运行的稳定性。 但由于无源电子式互感 器的电子电路部分均安装在主控室或保护小室，运行条件优越， 更换维护方便。 有源或无源电子式互感器的应用， 均大大降低了 占地面积， 减少了传统互感器的二次电缆连线， 是互感器的发展 方向。无源电子式互感器可靠性高、维护方便，是独立安装的互 感器的理想解决方案。四 电子式互感器存在的主要问题 有源电子式互感器在工程应用上存在的主要问题是： 由于需要对传感器进行供能，长期大功率的激光供能会影响光器件的使 用寿命，罗氏线圈输出信号与其结构有很强的相关性，温度变化会导致结构变化，影响电子线路测量准确度。无源电子式互感器在工程应用上存在的主要问题是：温度的变化会引起光路系统的变化引起晶体除具有电光效应外的弹光 效应、热光效应等干扰效应，导致绝缘子内光学电压传