電子式互感器的原理及比較

 
  　　電子式互感器的誕生是互感器傳感準確化、傳輸光纖化和輸出數字化發展趨勢的必然結果。電子式互感器是數字變電站的關鍵裝備之一。傳感方法對電子式互感器的結構體系有很大影響。光學原理的電子式互感器結構體系簡單，是無源的電子式互感器。電磁測量原理的電子式互感器是有源電子式互感器。

1 電子互感器的優點

　　1.1高低壓完全隔離，**性高，具有優良的絕緣性能，不含鐵芯，消除了磁飽和及鐵磁諧振等問題。

　　電磁式互感器的被測信號與二次線圈之間通過鐵芯耦合，絕緣結構復雜，其造價隨電壓等級呈指數關系上升。非常規互感器將高壓側信號通過絕緣性能很好的光纖傳輸到二次設備，這使得其絕緣結構大大簡化，電壓等級越高其性價比優勢越明顯。非常規互感器利用光纜而不是電纜作為信號傳輸工具，實現了高低壓的徹底隔離，不存在電壓互感器二次回路短路或電流互感器二次回路開路給設備和人身造成的危害，**性和可靠性大大提高。

　　電磁式互感器由于使用了鐵芯，不可避免地存在磁飽和及鐵磁諧振等問題。非常規互感器在原理上與傳統互感器有著本質的區別，一般不用鐵芯做磁耦合，因此消除了磁飽和及鐵磁諧振現象，從而使互感器運行暫態響應好、穩定性好，保證了系統運行的高可靠性。

　　1.2抗電磁干擾性能好，低壓側無開路高壓危險

　　電磁式電流互感器二次回路不能開路，低壓側存在開路危險。非常規互感器的高壓側和低壓側之間只存在光纖聯系，信號通過光纖傳輸，高壓回路與二次回路在電氣上完全隔離，互感器具有較好的抗電磁干擾能力，低壓側無開路引起的高電壓危險。

　　1.3動態范圍大，測量精度高，頻率響應范圍寬

　　電網正常運行時電流互感器流過的電流不大，但短路電流一般很大，而且隨著電網容量的增加，短路電流越來越大。電磁式電流互感器因存在磁飽和問題，難以實現大范圍測量，同一互感器很難同時滿足測量和繼電保護的需要。非常規互感器有很寬的動態范圍，可同時滿足測量和繼電保護的需要。

　　非常規互感器的頻率范圍主要取決于相關的電子線路部分，頻率響應范圍較寬。非常規互感器可以測出高壓電力線上的諧波，還可以進行電網電流暫態、高頻大電流與直流的測量，而電磁式互感器是難以進行這方面工作的。

　　1.4數據傳輸抗干擾能力強

　　電磁式互感器傳送的是模擬信號，電站中的測量、控制和繼電保護傳統上都是通過同軸電纜將電氣傳感器測量的電信號傳輸到控制室。當多個不同的裝置需要同一個互感器的信號時，就需要進行復雜的二次接線，這種傳統的結構不可避免地會受到電磁場的干擾。而光電式互感器輸出的數字信號可以很方便地進行數據通信，可以將光電式互感器以及需要取用互感器信號的裝置構成一個現場總線網絡。實現數據共享，從而節省大量的二次電纜;同時光纖傳感器和光纖通信網固有的抗電磁干擾性能，在惡劣的電站環境中更是顯示出了****的優越性，光纖系統取代傳統的電氣系統是未來電站建設與改造的必然趨勢

　　1.5沒有因充油而潛在的易燃、易爆炸等危險

　　非常規互感器的絕緣結構相對簡單，一般不采用油作為絕緣介質，不會引起火災和爆炸等危險。

　　1.6體積小、重量輕

　　非常規互感器無鐵芯，其重量較相同電壓等級的電磁式互感器小很多。

　　綜上所述，非常規互感器以其優越的性能、適應了電力系統數字化、智能化和網絡化發展的需要，并具有明顯的經濟效益和社會效益，對于保證日益龐大和復雜的電力系統**可靠運行并提高其自動化程度具有深遠的意義。

2 電子互感器分類

　　2.1有源電子式互感器

　　有源電子式互感器利用電磁感應等原理感應被測信號，對于電流互感器采用Rogowski線圈，對于電壓互感器采用電阻、電容或電感分壓等方式。有源電子式互感器的高壓平臺傳感頭部分具有需電源供電的電子電路，在一次平臺上完成模擬量的數值采樣(即遠端模塊)，利用光纖傳輸將數字信號傳送到二次的保護、測控和計量系統。

　　有源電子式互感器又可分為封閉式氣體絕緣組合電器(GIS)式和獨立式，GIS式電子式互感器一般為電流、電壓組合式，其采集模塊安裝在GIS的接地外殼上，由于絕緣由GIS解決，遠端采集模塊在地電位上，可直接采用變電站220 V/110 V 直流電源供電。獨立式電子式互感器的采集單元安裝在絕緣瓷柱上，因絕緣要求，采集單元的供電電源有激光、小電流互感器、分壓器、光電池供電等多種方式，實際工程應用一般采取激光供電，或激光與小電流互感器協同配合供電，即線路有流時由小電流互感器供電，無流時由激光供電。對于獨立式電子式互感器，為了降低成本、減少占地面積，一般采用組合式，即將電流互感器、電壓互感器安裝在同一個復合絕緣子上，遠端模塊同時采集電流、電壓信號，可合用電源供電回路

    2.2無源電子式互感器

　　無源電子式互感器又稱為光學互感器。無源電子式電流互感器利用法拉第(Faraday)磁光效應感應被測信號，傳感頭部分分為塊狀玻璃和全光纖2種方式 。無源電子式電壓互感器利用Pockels電光效應或基于逆壓電效應或電致仲縮效應感應被測信號，現在研究的光學電壓互感器大多是基于Pockels效應 。無源電子式互感器傳感頭部分不需要復雜的供電裝置，整個系統的線性度比較好。無源電子式互感器利用光纖傳輸一次電流、電壓的傳感信號，至主控室或保護小室進行調制和解調，輸出數字信號至MU，供保護、測控、計量使用。無源電子式互感器的傳感頭部分是較復雜的光學系統，容易受到多種環境因素的影響，例如溫度、震動等，影響其實用化的進程