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1、一、为什么要研发光隔离电子式电流互感器？传统电磁式电流互感器由于结构原理上的限制，在绝缘以及测量性能上存在一些固有缺点，而这些缺点使得互感器制造业越来越不能适应 电网容量及电压等级不断升高带来的挑战 ，主要表现在： 1) 电磁式结构靠油或 SF6 气体绝缘 , 结构复杂，体积大 , 有泄、漏、燃、爆等危险因素，造价高 , 维护难。 2) 磁滞和磁饱和现象使测量、保护动态范围变小，通频带变窄，难以适应现代大容量电网的使用。 3) 模拟输出不利于电网计量、保护及监控的数字化、网络化和智能化。 而电子式电流互感器可以克服以上缺点，最突出的是依靠光纤实现一二次之间的信息传输，简单、有效地解决了复杂的高
2、电压绝缘问题。传感器摆脱了功率型输出的负担，采用弱信号数字输出，网络化传输，线性测量范围扩大，体积缩小、重量减轻、造价降低，而且电压等级越高，相对造价越低，使用优势越明显。 二、自励源技术华伟独创发明专利近几年来，随着电网容量及电压等级的不断提高，采用光纤传输作为一、二次绝缘隔离的电子式电流互感器的研发在国内外受到高度重视，其中有源式结构由于其优越的性能、易于实现产业化而得到业界的普遍认同，但是如何获取一次侧电源却是阻碍其发展的最大技术难题，为此，国内外研发者普遍采用由低压侧通过光缆向高压侧输送激光能量的方法，例如国外 ABB 公司以及国内已出现的产品均采用了激光送能方案。其缺点是有一定的寿命
3、周期；价格昂贵；需要附加保证激光源运行的技术条件；需要监测和维护。为此国内外研发者希望有一种适应恶劣环境、更加安全可靠、永免维护的电源方式，依靠电磁感应直接从待测高压母线磁场获取能量，以此作为高压侧传感器工作电源，是人们研究最早并寄予厚望的一中取能方式，但据国内外文献记载，例如：高压电器2004 年 2 期论文有源电子式电流互感器中高压侧电路的供能方法 ；电力电子技术2004 年 7 期论文电子电流互感器高压侧电源方案研究的论述，由于电力线电流动态范围很大，这种方法存在三个技术难点，其一是一次电流小于 3A ，不能获得足够的能量，致使传感器留有测量死角 ；其二是一次电流增大至数千安以上时，自励
4、电源不易解决有害温升以及高压尖脉冲对器件造成损坏，其三是一次带电到电源正常启动延时（唤醒时间）较长，因此阻碍了自励源供电技术达到实用的程度。 该发明揭示了一种从高压电力线磁场获取能量的自励电源装置，其唤醒电流已降至几百毫安；在大至短路电流的范围内能安全稳定的工作；唤醒时间缩短至 5 毫秒以内；并具有自动储能、断电延时守候、免于维护的特点。该装置可为光隔离电子式电流互感器及其它电气隔离型仪表的高压侧电路提供稳定的工作电源，以自励源取代复杂而昂贵的激光送能装置；简化了有源电子式电流互感器的体系结构；增加可靠性和使用寿命；降低整机造价。 本发明的核心是漏斗效应器件，其电气特征是：当电力线电流很小时，
5、取能装置呈现高灵敏度，获取更多的能量送入工作电路，这相当于漏斗的小流量无碍通过的特点；当电力线电流较大时，漏斗器件限制多余能量的转换和通过；这样就有效的避免了有害温升以及冲击电压，可以在大电流范围内安全稳定地提供的工作电源。 为了克服电源启动慢的缺点，本发明有两点改进：自励源在电流较大时（大于 10A ）时会自动存储电能，以此保证线路断电 -重合闸期间互感器一直处在工作状态，另外，当线路初次带电时，储能可以使电源快速启动，缩短唤醒时间。 由于完整自励源技术的出现，必将引起光隔离电子式电流互感器制造技术一个质的飞跃，他的意义在于： 有原电子式电流互感器彻底摆脱了低压侧送能装置的束缚 ， 完整自励
6、源结构的互感器除具有电子式的高精度、大量程、数字化、智能化等优势外，其稳定性、可靠性以及使用寿命将不再是人们担心的问题，为高压电子式电流互感器成为一种值得信赖的工业产品鉴定了技术基础。 参考文献 ： 电子式电流互感器高压侧自励源供能方法研究 - 刘忠战， 高压电器 02/2006 原文摘要 介绍了一种直接从高压母线获取工作电源的电子式电流互感器结构方案，讨论了自励源设计中的若干问题及应对策略，提出磁场取能方案中的限流漏斗结构 ，给出了整机实验结果。三、电子式电流互感器有哪几类？电子式电流互感器有多种实现方案，所以曾被称为：磁 - 光电流互感器；光电电流互感器；罗氏线圈互感器等，新发布的 IEC
7、60044-8 标准统称为电子式电流互感器（Electronic Current Transformers） ，大致可分为有源型和无源型两大类。 1) 有源型：指在一次传感头部分需要工作电源，一次传感器可以是 Rogowski 线圈， LPCT 、 HOLL 器件等，由于传感头在高压侧，如何提供高压侧工作电源是这种结构最大的技术难点，称为“入门关” 。根据取能方式的不同，又可分为两种： a) 自励源，依靠电 - 磁感应，从一次高压母线直接获取能量的电源装置。 b) 激光供能，以激光的形式由低压侧向高压侧供能，再由光电池转换为电能。 2) 无源型：高压侧不需电源，传感头为纯光学结构，依靠磁光玻璃
8、的旋光效应（法拉第效应）作为转换机理，为了增大传感作用光程，还派生出一种光纤式传感器。四、ECT 结构方案各有什么优缺点一般评价认为：无源型最大的优点是免去一次电源研制的难度，自然实现了光电绝缘隔离，理论上可实现连续线性测量，因而吸引了很多国内外的早期研制者，但多年的实践表明，由于光学材料应力、温度性能的不稳定性，最终形成工业产品的技术难度较大，产品一致性差，因而近年来，大多数研发单位更着眼于有源式结构的研究，在我国有源式已先于无源式进入了工业化实用。 有源式的最优化“供能方案”的研究是此种方案能否进入实用的关键，最早的可行方案是激光供能，此方案成功解决了隔离送能问题，但仍存在激光源的寿命周期
9、问题以及相关的维护问题，使用中被作为一种辅助供能手段。 “自励源”的研究受到了高度地重视，研究的焦点是如何降低测量死角（即追求最小激发电流） ，以及保证特大电流时不产生有害温升及电压冲击，为了尽可能降低激发电流，由此也引发了一次转换体的低耗能竞赛，不断有更低功耗传感头出世的报道。五、ECT 研制的难点是什么？由于光电式互感器简化了绝缘系统，比电磁式互感器更容易满足诸如高耐压、大电流等常规指标，因而对 ECT 产品性能的关注和评价转移到以下几个方面。系统精度；一次电源；EMC（电磁兼容）及稳定性。A) 光学传感器的主要难度在于如何克服机械应力、温度对磁光玻璃旋光特性的影响，如何校准测量系统的非线
10、性因素。为了克服这些因素，需要附加一些补偿措施，这就使得系统结构相对于其它方案更为复杂。 B) 有源式结构的难点首先是如何解决一次电源，激光送能和母线自励取能是目前可行的两种方法，激光送能需克服光源的寿命周期问题以及光源的技术条件问题。自励源的方法需要克服小电流不能有效取能，形成测量死角，大电流对取能装置造成破坏以及带电激发时间等难题。 C) 微电子线路部件抗电磁干扰的能力备受关注，如果 EMC 设计不完善，容易产生死机或乱码。另外，电子器件的抗恶劣环境及使用寿命是设计中必须重点考虑的问题。六、什么是“自励源技术”？自励源是依靠电磁感应直接从待测高压母线磁场获取能源的方法，也是最早出现在教课书
11、上的就近取能方法，由于取自测量对象，用于测量对象，因此称为“自励源” 。由于在高压侧就近取能，电位悬浮于高压侧，所以该方式曾被认为是最简单可靠的方法。但是这种简单方式去能 存在三个技术缺陷，其一是一次电流小于 3A ，不能获得足够的能量，致使传感器留有测量死角 ；其二是一次电流增大至数千安以上时，自励电源不易解决有害温升以及高压尖脉冲对器件造成损坏，其三是一次带电到电源正常启动延时（唤醒时间）较长，不能确保反映合闸瞬间的暂态过程，因此这种简单方式还不能达到使电子式互感器进入实用的程度。西安华伟光电经五年多的研发，终于解开了三大难题，在国内率先研制出一种完整自励源技术 ，其唤醒电流已降至几百毫安
12、；在大至短路电流的范围内能安全稳定的工作；唤醒时间缩短至 5 毫秒以内；并具有自动储能、断电延时守候、免于维护的特点。该装置可为光隔离电子式电流互感器及其它电气隔离型仪表的高压侧电路提供稳定的工作电源，以自励源取代复杂而昂贵的激光送能装置；简化了有源电子式电流互感器的体系结构；增加可靠性和使用寿命；降低整机造价。该发明的核心是所谓漏斗效应器件，其电气特征是：当电力线电流很小时，取能装置呈现高灵敏度，这相当于漏斗的小流量无碍通过的特点；当电力线电流较大时限制多余能量的转换和通过，这相当于漏斗的大流量限流作用。这样就有效地降低死角，避免有害温升以及冲击电压，可以在较大电流动态范围内安全稳定地提供
13、的工作电源。 完整自励源技术的出现，必将引起光隔离电子式电流互感器制造技术上一个新的飞跃，他的意义在于：有原电子式电流互感器彻底摆脱了低压侧送能装置的束缚，完整自励源结构的互感器除具有电子式的高精度、大量程、数字化、智能化等优势外，其稳定性、可靠性以及使用寿命将不再是人们担心的问题。七、ECT 标准输出与传统电磁式 CT 有何不同？新颁 IEC60044-7/8 规定的二次输出与老的 GB1207/8 标准有很大的不同，主要有： A) 由传输有功信号变为无功信号，以前的 5A / 1A 电流输出均带有数十伏安的功率容量，而 ECT 是轻载的电压或数字信号输出。无功输出有利于减小仪表体积及功耗，
14、降低动、热稳定的设计要求，增大了信息容量，便于多点信息共享。 B) 由以传送模拟量为主变为以传数字量为主，为网络化、电网测控数字化提供方便。 电子式电流互感器采用国际标准的基本数字变比，计量输出变比： I1e:2D41h, 最小数字分辨额定电流的 0.003% ；保护输出变比为：I1 e:01CFh ，最小可数字分辨一次额定电流的 0.2% 。二次保护装置可根据保护范围的需要重新整定。 C) 老式互感器由多绕组实现多变比，而电子式则采用一次侧传感器高精度基本数字变比，二次侧通过仪表输入端重新设定实现多变比。对于仍采用模拟输入的二次仪表，可通过 DA 变换，将数字信号再转换成模拟电压信号，这一过
15、渡性做法也在国外电网上使用，被称作过渡电压馈送（medium-voltage feeder），这一做法成功的解决了新老过渡的问题。八、目前 ECT 进入实用的困难是什么？ECT/EVT 有很大的技术优势，但由于输出标准的改变，需要满足IEC 标准的通信、计量、保护仪表与之对接；与自对应的设定方法及概念也需要改变。因此必将有一个技术过渡和磨合期，电网用户的使用可以分为科研试用、单间隔使用、数字化变电站整站使用几个选择步骤。因而尽快地完成数字仪表成套以及技术观念的改变，加之 ECT 本身技术性能赢得用户信赖是决定 ECT 产品早日进入实用的关键。人民网温州 3 月 14 日电（通讯员 李培培 黄胡
16、）记者从电力部门获悉，近日温州 220 千伏飞云变整体改造工程初步设计方案已顺利通过浙江省电力公司审查，标志着温州智能化变电站建设向 220 千伏等级迈进，温州智能化电网建设拉开新篇。220 千伏飞云变于上世纪 90 年代初投运，是温州瑞安首座 220 千伏变电站。由于建成日期久远，该站构架露筋、腐蚀严重，设备老化、性能差，加之其 110 千伏配电装置为半高型布置，运行维护非常不便，存在严重的安全隐患，迫切需要对飞云变进行整体改造。据了解，本次整体改造以节能环保为重点，采用智能终端通过光纤替代传统的常规电缆，大大降低铜材损耗。改造后将实现全站采集数字化、信息共享化、一体化信息平台、顺序控制、状态检修、智能告警、设备状态可视化等智能化水平，成为温州第一座整体改造的 220 千伏变电站，第一座 220 千伏智能化变电站，浙江省第一个全面贯彻执行国家电网公司 2011
