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1、电子知识随着光纤传感技术、光纤通信技术的飞速发展，光电技术 在电力系统中的应用越来越广泛。电子式互感器就是其中之一。电子式互感器具有体积小、 重量轻、频带响应宽、无饱和现象、 抗电磁干扰性能佳、无油化结构、绝缘可靠、便于向数字化、 微机化发展等诸多优点，将在数字化变电站中广泛应用。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。1电子互感器的优点1.1高低压完全隔离，安
2、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电磁式互感器的被测信号与二次线圈之间通过铁芯耦合， 绝缘结构复杂，其造价随电压等级呈指数关系上升。非常规互 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， 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。非常规互感器利用光缆而不是电缆作为信号传输工具，实 现了高低压的彻底隔离，不存在电压互感器二次回路短路或电 流互感器二次回路开路给设备和人身造成的危害，安全性和可 靠性大大提高。电磁式互感器由于使用了铁芯，不可避免地存在磁饱和及 铁磁谐振等问题。非常规互感器在原理上与传统互感器有着本 质的区别，一般不用铁
3、芯做磁耦合，因此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。1.2抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压危险电磁式电流互感器二次回路不能开路，低压侧存在开路危 险。非常规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。1.3动态范围大，测量精度高，频率响应范围宽电网正常运行时电流互感器流过的电流不大，但短路电流 一般很大，而且随着电网容量的增加，短路电流越来越大。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
4、难同时满足测量和继电保护的需要。非常规互感器 有很宽的动态范围，可同时满足测量和继电保护的需要。非常规互感器的频率范围主要取决于相关的电子线路部 分，频率响应范围较宽。非常规互感器可以测出高压电力线上 的谐波，还可以进行电网电流暂态、高频大电流与直流的测量，而电磁式互感器是难以进行这方面工作的。1.4数据传输抗干扰能力强电磁式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。当多个不同的装臵需要同一个互感器的信号时， 就需要进行复杂的二次接线，这种传统的结构不可避免地会受 到电磁场的干扰。而光电式互感器输出的数字信号可以很方便
5、地进行数据通信，可以将光电式互感器以及需要取用互感器信 号的装臵构成一个现场总线网络。实现数据共享，从而节省大 量的二次电缆；同时光纤传感器和光纤通信网固有的抗电磁干 扰性能，在恶劣的电站环境中更是显示出了无与伦比的优越性， 光纤系统取代传统的电气系统是未来电站建设与改造的必然趋1.5没有因充油而潜在的易燃、易爆炸等危险信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 引起火灾和爆炸等危险。1.6体积小、重量轻非常规互感器无铁芯，其重量较相同电压等级的电磁式互 感器小很多。综上所述，非常规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
6、 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。2电子互感器分类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（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
7、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220 V/110 V直流电源供电。独立式电子式互感器的采集单兀安装在绝缘瓷柱 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
8、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臵，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。3有源式互感器与无源式互感器的比
9、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 臵，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
10、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。4电子式互感器存在的主要问题电子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
11、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。光电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感器的工 作稳定性减弱。温度对光电式互感器测量误差的影响，一直是 人们讨论的热点，在实际应用中，对于温度变化所产生的测量 误差的影响，应提高光路系统（如光电二极管）的抗干扰能力 如使用温度稳定性好，且波长漂移小的发光光源、纯净且经过 多次提拉的电光晶体等，在提高温度稳定性的研究中，近年来 倍受国内外学者关注的有温控法、双光路温度补偿法，双晶体 温度补偿、硬件电路补偿和软件补
12、偿等方法。另外还有磁光材 料的双折射效应对光电电流互感器测量精度的影响由于磁光材 料的双折射效应，使射人磁光介质的线性偏振光变成椭圆偏振 光，其结果是：从检偏器输出的光强度变化与被测电流不成正 比，使光电式电流互感器的灵敏度不稳定，从而降低了光电式 电流互感器的测量精度。上述两种不同类型的互感器存在的共同问题：(1) 常规电流互感器的接口兼容问题，其输出接口没有统一标准，产品的标准尚未规范化，频率响应、动态范围、信噪比、波形畸变、稳定性的检验需有特殊规范；More: 数码万年历 More:s2csfa2(2) 非常规互感器现场校验问题，输出为弱电信号且包括数 字量，必须探索新的校验方法；(3
13、) 设备的可靠性问题，包括电磁兼容、系统热稳定性以及 电子元件的可靠性问题需进一步在工程应用中检验。IBIS模型是一种基于 V/I曲线对I/O BUFFER 快速准确建 模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提 供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等咼频效应计算与 仿真。IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中 如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些 被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具 来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获 取有关芯片驱动器和接
14、收器原始信息源；获取一种将原始数据 转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线 信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析 计算软件工具。IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿 真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振 荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。 IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于 检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法 解决情况；模型可以免费从半导体
15、厂商处获取，用户无需对模 型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组 成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。 非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除 了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型， 并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。IBIS模型是一种基于 V/I曲线对I/O BUFFER 快速准确建 模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提 供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降
16、时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等咼频效应计算与 仿真。IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中 如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些 被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具 来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获 取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据 转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线 信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析 计算软件工具。IBIS模型优点可以概括为： 在I/O非线性方面能够提供准 确模型，同时考虑了封装寄生参数与 ESD结构；提供比结构化 方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿 真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：
