智能电子互感器发展现状分析南京理工大学.doc

智能电子互感器发展现状分析廖宇飞912110690127 摘要：综述了国内外能电子互感器研究的现状，并对其发展现状进行了分析。 1.引言 随着我国特高压电网的建设和电力体制改革的不断深化，智能电网也将成为我国电网发展的一个新方向,智能电网要求实现监测、控制、保护、维护、调度和电力市场管理等数字化信息系统的全面集成，形成全面的辅助决策体,电子式互感器由于其本身的特点，成为智能电网中采集数据的重要组成部分。 作为电力系统保护控制、调度运行和经营管理的基础电力装备，互感器的主流发展趋势是传感准确化、传输光纤化和输出数字化。传感准确化首当其冲。现代电力系统要求互感器的测量精度满足电能计量、电能质量监测、保护控制、故障录波以及电网动态观测等各种应用装备和系统现实的不断发展的需求。为了提高电网的运行安全性，近年来相量测量单元(PMU)和基于PMU的广域测量系统(WAMS)得到了普遍的重视。PMU并不具备测量能力，只是数据采集装置，其前端是互感器。互感器不准确，PMU /WAMS采集的电网动态数据就不准确。电网的动态可观测，要求高采样密度和时问同步的PMU /WAMS，还需要暂态测量准确的互感器。 实际运行的保护控制装置主要利用基波测量。事实上，全波形或任何分量的波形，都可以不同程度地反映故障。主要利用基波，是因为传统互感器不具备准确感知非周期分量和全波形的能力。暂态波形或全波形为测量基础的保护原理和方法，由于没有准确暂态测量的支撑，只能停留在概念和理论阶段。 主要体现在以下几个方面: 根据IEC制定的关于电子式电压互感器（EVT，Electronic Voltage Transformer）的标准IEC 60044-7[2]和电子式电流互感器（ECT，Electronic Current Transformer）的标准IEC 60044-8[3]，所有的有别于传统的电磁式电流、电压互感器的新型互感器都可称为电子式互感器。按一次传感器的工作方式，即互感器的高压侧是否需要供电电源，电子式互感器可划分为有源型和无源型两种。 有源电子式互感器的电流检测原理包括低功耗铁芯线圈（LPCT）和罗氏线圈（Rogowski Coil）。LPCT多用在测量级，往往采用传统的电流互感器铁芯线圈结构，只是??次负荷较小，用一标准电阻进行电流电压转换，以输出电压信号的模式采集、处理和传输电流量[4]。罗氏线圈多用于保护级，它是空心线圈结构，经积分电路，以电压量反映一次电流量。有源电子式互感器的电压检测原理包括电容分压、电阻分压和电感分压等，然后在低电压下进行数据采集与处理。有源电子式电流互感器的原理示意图如图1所示。  图1 有源电子式电流互感器原理示意图 Fig. 1　Schematic diagram of active electronic current transformer 有源电子式互感器的最大特点是高压侧的电子元器件（即采集模块）需要由电源供电才能工作——在高压侧完成模拟量的采样。因此，供电技术成为有源电子式互感器的一项关键技术[5]，目前可行的技术方案主要有：小TA从母线取电、高压电容分压器供电、激光供能和蓄电池供能等。为保证供电的可靠性，也有同时采用两种供电方式，例如，正常情况下通过小TA从母线取电的方式供电，在线路投运之前和故障状态下使用激光器作为辅助电源供电。 采集模块由电子元器件组成且长期运行在室外的高电压环境，工作环境温度变化大、电磁干扰强，给元器件的寿命和工作稳定性带来严重挑战，这也是有源电子式互感器必须解决的问题。 无源电子式互感器又称光学互感器，其传感头部分不需要供电电源。无源电子式电流互感器多采用法拉第磁光效应：光束通过磁场作用下的晶体产生旋转，测量光线旋转角度来量测电流。根据传感元件的不同，无源电子式电流互感器又可分为两类：一类是全光纤式，传光部分、传感部分都采用光纤，光纤本身就是传感元件；另一类是混合式，传感部分采用磁光玻璃，光纤只起传输光信号的作用。目前，全光纤电流互感器是纯光学互感器的主流发展方向[6]。无源电子式电压互感器多采用普克尔电光效应，利用电光晶体的普克尔效应测量电场强度来量测导线的对地电压。无源磁光玻璃型电子式电流互感器的原理示意图如图2所示。 图2 无源磁光玻璃型电子式电流互感器原理示意图 Fig. 2　Schematic diagram of passive electronic current transformer(type: magneto optical glass) 无源电子式互感器高压侧不需要电源供电，可靠性相对较高，结构简单，维护方便，无器件寿命问题，但它也存在光学传感材料的稳定性、温度和振动对测量精度的影响以及长期运行的稳定性等问题。3.