配网用电子式互感器 江苏科兴电器有限公司 蔡强 2011年 5月 28日一、电子式电流互感器种类二、电子式电压互感器种类四、电子式互感器应用范围五、电子式互感器的 特点六、电子式互感器订货注意事项科兴电子式互感器简介三、合并单元七、关于电子式互感器的几点思考17引言：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不 断发展的需求18现代电力系统正在走向智能化，作为智能电网的重要组成部分，智能变电 站需要以光纤传输方式输出数字信号的互感器传感准确化、传输光纤化和输出数字化的互感器主流趋势必然导致了电子 式互感器的诞生但是不是所有场合下，电子式互感器都要求数字量输出呢？不一定！IEC60044-7《电子式电压互感器》、IEC60044-8《电子式电流互感器》、 GB/T20840.7《电子式电压互感器》、GB/T20840.8《电子式电流互感器》对电 子式互感器的二次输出都规定了数字量及模拟量两种输出模式。
配电网用10 ～35kV中压互感器主要以模拟量输出为主，原因如下：1、中压互感器一般为开关柜内使用，信号传输距离近，一般在10米以内2、中压电子式互感器的二次小电压信号可直接进综保装置3、若改为数字输出，则成本会大大增加；增加了A/D 转换，互感器就地数 字化，还需要电源供电，则会增加故障率，抗干扰能力也会降低191、电子式电流互感器产品种类" -á³3Á¥ÏâÈ0TÈ@ºË ð Øö1µ[/Õ 1.1、采用罗氏线圈的互感器>;>;> að Øm ®fL Fî¥È0TÈ@ºË ð Ø aLþm201.1.2、原理说明：此类电子式电流互感器一次传感部分采用了罗哥夫斯基线圈的 原理，它由罗哥夫斯基线圈、积分器、 A/D转换等单元组成，将一次 侧大电流转换成二次的低电压模拟量输出或数字量输出在高压电网中，罗哥夫斯基型传感器在继电保护上采用日益增多 自从1912 年就已知道，罗哥夫斯基线圈的输出与电流的导数成正比在高电压应用中，传感器输出的积分往往不圈本体上进行，可以 免去电子器件，而更愿在二次设备上实现，这样能够降低费用。
在空 心线圈中，二次绕在非磁性骨架上无铁磁材料使这种传感器的线性 度良好，不饱和也无磁滞现象因此，空心线圈具有优良的稳态性能 和暂态响应211.1.2、原理说明：空心线圈应用安培定理时表明，当负荷为高阻抗 Z时，线圈的输 出电压是穿过线圈的一次电流 Ip (t)的函数对于圆环形骨架a) 任意截面的近似公式ttiANte)()(p0b) 矩形截面的公式ttihNμte)(rrln2)(piaw0E=M×j ω× Ip1.1.2、原理说明：对于稳态下的正弦电流，空芯线圈的输出电压为由于整个线圈均匀地绕在非磁性骨架上，由全电流定律和电磁感 应定律可得到线圈互感系数 M0ln2aiNh RMR单独式空心线圈实际使用时，积分器是继电保护或测量系统的 组成部分为测量单独式空心线圈的瞬时误差，必须采用时间常数合适的 积分器空芯电流互感器关键技术之一 空芯线圈的制作原则• 实现对电流的准确测量取决于一个稳 定的互感系数• 为了获得高测量准确度，空芯线圈绕 制时必须遵循以下原则：1、二次绕组在一定大小的非铁磁材料骨 架上对称均匀分布；2、每一匝绕组的形状完全相同；3、每一匝绕组所在平面与骨架所在的圆 周的中心轴垂直。
空芯电流互感器关键技术之二 积分器的性能优化• 输出必须采用积分器还 原被测电流信号，而积 分器的时间常数有限， 当系统短路、有大的衰 减直流分量的时候，其 暂态误差特性取决于测 量的下限频率251.2、采用低功率线圈（感应式宽带线圈）原理的互感器1.2.1、原理图：®®ÿqL Fî¥È0TÈ@ºË ð Ø aLþm261.2.2 、原理说明铁心线圈式低功率电流互感器（LPCT ）是传统电磁式电流互 感器的一种发展由于现代电子设备的低输入功率要求， LPCT可 以按照高阻抗 Rb进行设计这样传统电磁式电流互感器在非常高 （偏移的）一次电流下出现饱和的基本特性会得到改善，并因此显 著扩大测量范围总消耗功率的降低，便有可能无饱和地高准确度 测量高达短路电流的过电流对全偏移短路电流也能满足除了量 程比较宽， LPCT可以设计得尺寸比传统电磁式电流互感器小由 于全部使用范围可以由单个（多用途）电流互感器承担，测量用与 保护用互感器亦可共用一个线圈 271.2.2 、原理说明此类电子式电流互感器的这种原理是采用低功率线圈（感应式 宽带线圈）的原理，它代表着经典感应电流互感器的发展方向。
它由一次绕组、小铁芯和损耗最小化的二次绕组组成二次绕 组上连接着分流电阻RA ，该电阻是电流互感器一体化元件，分流电 阻RA 是以使互感器消耗的功率接近为零这种方式设计的二次电流 I2 在分流电阻RA 两端的电压降U2 与一次电流I1 成比例，U2 可以根据需 要设计在0-5V之间，这种互感器比传统互感器的电流测量范围大很 多，甚至同一个线圈可以同时满足测量和保护的要求；• LPCT仍然是基于电磁感应原理的铁芯CT，它实际上代表了传 统CT的发展• 特别之处在于所用的铁芯材料是超微晶合金铁芯 ，并且集成 了一个取样电阻，将电流输出转换成电压输出• LPCT的精度很大程度上取决于取样电阻的精度，因此取样电 阻的选择就变得至关重要P1IpNpP2NSRshS1S2RbUS二次输出电压US =Rsh ×IS = Rsh ×Np/ Ns ×Ip= 1/ KR ×Ip2、电子式电压互感器产品种类目前我公司生产的中压电子式电压互感器原理主要有以下三种：2.1采用电阻分压原理的电子式电压互感器2.1.1、原理图¨ÈEsâ¥È0TÈâºË ð Ø aLþm302.1.2、原理说明此类电子式电压互感器采用优化的高压电阻及低压电阻设计， 其分压器的特性无比优越，其准确度误差特性表明，电子式电压互 感器可同时满足电压测量和保护的要求，测量准确度可达0.2级， 保护级可达3P级；电子式电压互感器的二次电压正比于一次电压，二次电压可以 根据需要设计在0-6.5V或6.5/√3之间，很容易与二次智能化设备 接口，满足当代智能化、数字化二次仪表及保护的需要，又因其没 有铁芯，因而从根本上消除了产生铁磁谐振的危险。
312.2、采用阻容分压原理的电子式电压互感器2.2.1、原理图¨È ¸sâ¥È0TÈâºË ð Ø aLþm测量和保护设备322.2.2、原理说明此类电子式互感器是在电容分压器的基础上，对低压电容器C2 并联一个电阻R，使线路出现短路或断路故障时，存储在分压器电 容中的能量可以通过该电阻来快速释放，从而实现了对输电线路上 的电压变化快速响应跟踪测量C1 为高压电容，u2 和u2 *之间要设有 积分和移相补偿环节，ZL为负载，也就是测量和保护设备33?;@ a¨®ÿ{M¥¥È0TÈâºË ?;@;> að Øm¨®ÿ{M¥È0TÈâºË ð Ø aLþm34?;@;? að تü此类电子式电压互感器仍然采用传统的电磁感应原理，二次输出小电 压信号它的一次绕组并联在一次线路上，当一次电压 U1加在一次绕组 上，就有一次电流I1流经一次绕组，产生一次磁动势，并在二次感应出二 次电压 u2考虑到传统的电磁式电压感器并联路中会产生铁磁谐振的现象， 并且结合电子式互感器二次输出容量较小的实际情况，在设计时，我们 大大降低了此类互感器的磁密，由此极大地提高了互感器的安全性能。
由于互感受器一、二次绕组均采用铜导线绕制而成，具有同样的温度 系数，从而确保了此类互感器在高低温时的误差在互感器的二次采用了特殊的防短路设计，可以确保互感器在二次长 期短路时不至烧毁，这是此类互感器区别于常规电磁式电压互感器又一 个优点35用以对来自二次转换器的电流和/或电压数据进行组合的物理 单元合并单元可以是现场互感器的一个组件，也可以是一个独立 单元合并单元是对传感模块传来的三相电气量进行合并和同步处 理，并将处理后的数字信号按特定的格式提供给间隔级设备使用的 装置合并单元的输出格式：•GB/T20840.8（IEC60044-8）•DL/T860.91（IEC61850-9-1）•DL/T860.92（IEC61850-9-2 3、合并单元363.1、 合并单元的结构373.2、合并单元的基本功能接收 ECT、EVT数字信息采样值有效性处理采样值输出时钟同步及守时设备自检及指示可配置采样率故障报警LED状态显示提供秒脉冲测试信号选配功能交流模拟量采集采样值突变处理状态量采集功能当地显示及参数设置提供采样脉冲测试信号其他实用功能381、与微机综合保护测量装置配套使用 ，该装置由电子式电流、电压互感器与微机测量保护装置有机组合而成；2、与户外高压真空断路器配套使用；3、与各种高压开关柜配套使用；4、电子式互感器应用范围395、电子式互感器与传统互感器对比比较项目 传统互感器 电子式互感器绝缘 复杂 绝缘简单体积及重量 体积大、重量重 体积小、重量轻CT动态范围范围小、有磁饱和 范围宽、无磁饱和PT谐振易产生铁磁谐振PT无谐振现象二次输出CT不能开路,PT 不能短路 CT可以开路、PT 可以短路输出形式 模拟量输出模拟量/ 数字量输出输出量5A/1A 100V 100/√ 3V电流125~225mV/1~4V电压1.625 ～ 6.5V准确度 稳态准确度高，暂态特性较差 稳态精度高，暂态特性好绕组通用性计量 /测量必需与保护分开 计量 /测量可与保护共用一个线圈温度特性 温度特性好 需要采取补偿抗干扰能力 好 较好比较结果从保护的角度：空心线圈互感器为首选；从计量的角度：对于工频测量， LPCT是 首选；对于冲击性负荷的宽频测量，空心线 圈是首选。
41传统变电站计量系统和数字化变电站计量系统比较CT0.2级VT0.2级线缆误差0.1A/D转换传统电能表0.2级测量系统误差0.7电子式CT0.2级电子式VT0.2级光缆数字传输无误差测量系统误差0.4全数字系统无误差42电子式互感器对继电保护的影响：电子式互感器具有传统互感器无法比拟的优点，采用电子式互感 器对测量和计量、保护、设备的安装方式以及设备的检修产生较大的 影响采用电子式互感器，对继电保护的影响主要体现在以下几个方面：在硬件上简化了保护系统的结构，增加了硬件系统的可靠性电子式互感器小电压信号的模拟输出省去了继电保护的输入变换插 件；电子式互感器数字输出省去了继电保护的 A/D变换环节；电子式互感器的光输出充分利用了光纤的抗干扰、。