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邵培从
安顺电力设计研究院 贵州安顺 561000
摘要：数字化变电站是指按照DL/T860标准分为站控层、间隔层、过程层构建，采用DL/T860数据建模和通信服务协议，过程层采用电子式互感器等具有数字化接口的智能一次设备，以网络通信平台为基础，实现了变电站监测信号、控制命令、保护跳闸命令的数字化采集、传输、处理和数据共享，可实现网络化二次功能、程序化操作、智能化功能等的变电站。数字化变电站的实现，就一次设备而言主要是将以往传统的互感器更改为电子式互感器，本文将对电子式互感器的功能做其介绍。
关键词：数字化变电站；电子式互感器
前言
智能电网是当今电力系统发展变革的最新方向，而数字化电网是其重要的组成部分。数字化变电站简言之就是一次设备智能化，二次设备网络化且符合IEC61850标准。国内从21世纪初开始对数字化变电站的技术研究和探索，经过近几年的发展已从数字化变电站的试验研究阶段进入实际工程应用阶段。目前已建成投运了一批新建工程或技改工程的数字化变电站示范站，涵盖从110kV-500kV电压等级，还有大量数字化变电站正在建设当中。而数字化变电站的实现离不开负责采集、调理一次侧电压电流并转换成数字信号的电子式互感器，电子式互感器较传统互感器的主要优势：（1）高低压完全隔离，绝缘简单，安全性高；没有因漏油而潜在的易燃、易爆等危险；（2）不存在磁饱和、铁磁谐振等问题；（3）频率响应宽，动态范围大，精度高，可同时满足测量和继电保护的需要；（4）体积小，重量轻，节约占地面积；无污染，无噪声，具有优越的环保性能；（5）不存在CT二次输出开路及PT二次输出短路的危害；（6）数字信号分享更为容易，带负载能力强；（7）成本与电压等级的关系不大，因此电压等级越高，经济性越明显；（8）方便地实现电压电流组合式；（9）适应电力系统数字化、智能化和网络化的需要。电子式互感器分为有源电子式互感器和无源电子式互感器，
1、有源电子式互感器
利用电磁感应等原理感应被测信号，CT：空心线圈、低功率CT（LPCT）、分流器；PT：电容分压、电感分压、电阻分压；传感头部分具有需用电源的电子电路利用光纤传输数字信号。
有源电子式电流互感器工作原理如下：利用空芯线圈及低功率线圈传感被测一次电流。低功率CT（LPCT）的工作原理与常规CT的原理相同，只是LPCT的输出功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。空芯线圈不含铁芯，具有很好的线性度。
空芯线圈的输出信号e与被测电流i有如下关系：
其结构如下：
有源电子式互感器的关键技术：a.绝缘技术特别是高压独立式互感器的绝缘；b.空芯线圈及电容分压器的稳定性及抗干扰技术；c.远端电子模块的稳定性和可靠性（安置在室外时温度、电磁干扰等）；d.独立型电子式互感器的远端模块取电技术；e.积分技术、与保护的通讯配合
2、无源电子式互感器
无源电子式互感器（光CT、光PT）利用光学原理感应被测信号，CT：Faraday磁光效应；PT：Pockels电光效应；传感头部分不需电子电路及电源 利用光纤传输传感信号。
无源电子式互感器的关键技术：a.传感材料（低双折射）；b.传感头的组装工艺技术（减小双折射）；c.信号处理技术；d.温度对精度的影响、振动对精度的影响、长期工作的稳定性
无源电子式电流互感器的工作原理：
无源电子式电流互感器机构如下：
3、有源电子式互感器与无源电子式互感器的比较
有源电子式互感器的技术相对较为成熟，其技术性能已基本可以满足实用化要求，国内目前建设的数字化变电站使用的互感器绝大部分均为有源电子式互感器。
无源电子式互感器的技术难度较大，其温度稳定性一直是阻碍其实用化的关键问题，但由于其不需要远端电子模块，可靠性较高，具有很好的应用前景，多年来国内外有关单位一直在从事技术攻关。近年来，无源电子式互感器的研究取得了较大的进展，特别是基于Faraday磁光效应的全光纤电流互感器的性能指标已基本可以满足实用化要求，取得了较好的试验及试运行效果，但目前还处于初期应用阶段。
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護测控装置，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
结语
数字化变电站技术先进成熟，可靠性高，利于降低建设成本，节约综合费用。数字化变电站作为数字电网的重要单元，应用于工程实践对促进电网的数字化、信息化和网络化具有重大意义。采用电子式电流互感器和电子式电压互感器，取代常规电磁型互感器用少量光缆取代了大量二次电缆，不仅使变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，而且具有体积小、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。
参考文献：
[1]GB_T 20840.7-2007 互感器 第7部分：电子式电压互感器
[2]GB_T 20840.8-2007 互感器 第8部分：电子式电流互感器
[3]贵州电网数字化变电站技术规范
安顺电力设计研究院 贵州安顺 561000
摘要：数字化变电站是指按照DL/T860标准分为站控层、间隔层、过程层构建，采用DL/T860数据建模和通信服务协议，过程层采用电子式互感器等具有数字化接口的智能一次设备，以网络通信平台为基础，实现了变电站监测信号、控制命令、保护跳闸命令的数字化采集、传输、处理和数据共享，可实现网络化二次功能、程序化操作、智能化功能等的变电站。数字化变电站的实现，就一次设备而言主要是将以往传统的互感器更改为电子式互感器，本文将对电子式互感器的功能做其介绍。
关键词：数字化变电站；电子式互感器
前言
智能电网是当今电力系统发展变革的最新方向，而数字化电网是其重要的组成部分。数字化变电站简言之就是一次设备智能化，二次设备网络化且符合IEC61850标准。国内从21世纪初开始对数字化变电站的技术研究和探索，经过近几年的发展已从数字化变电站的试验研究阶段进入实际工程应用阶段。目前已建成投运了一批新建工程或技改工程的数字化变电站示范站，涵盖从110kV-500kV电压等级，还有大量数字化变电站正在建设当中。而数字化变电站的实现离不开负责采集、调理一次侧电压电流并转换成数字信号的电子式互感器，电子式互感器较传统互感器的主要优势：（1）高低压完全隔离，绝缘简单，安全性高；没有因漏油而潜在的易燃、易爆等危险；（2）不存在磁饱和、铁磁谐振等问题；（3）频率响应宽，动态范围大，精度高，可同时满足测量和继电保护的需要；（4）体积小，重量轻，节约占地面积；无污染，无噪声，具有优越的环保性能；（5）不存在CT二次输出开路及PT二次输出短路的危害；（6）数字信号分享更为容易，带负载能力强；（7）成本与电压等级的关系不大，因此电压等级越高，经济性越明显；（8）方便地实现电压电流组合式；（9）适应电力系统数字化、智能化和网络化的需要。电子式互感器分为有源电子式互感器和无源电子式互感器，
1、有源电子式互感器
利用电磁感应等原理感应被测信号，CT：空心线圈、低功率CT（LPCT）、分流器；PT：电容分压、电感分压、电阻分压；传感头部分具有需用电源的电子电路利用光纤传输数字信号。
有源电子式电流互感器工作原理如下：利用空芯线圈及低功率线圈传感被测一次电流。低功率CT（LPCT）的工作原理与常规CT的原理相同，只是LPCT的输出功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。空芯线圈不含铁芯，具有很好的线性度。
空芯线圈的输出信号e与被测电流i有如下关系：
其结构如下：
有源电子式互感器的关键技术：a.绝缘技术特别是高压独立式互感器的绝缘；b.空芯线圈及电容分压器的稳定性及抗干扰技术；c.远端电子模块的稳定性和可靠性（安置在室外时温度、电磁干扰等）；d.独立型电子式互感器的远端模块取电技术；e.积分技术、与保护的通讯配合
2、无源电子式互感器
无源电子式互感器（光CT、光PT）利用光学原理感应被测信号，CT：Faraday磁光效应；PT：Pockels电光效应；传感头部分不需电子电路及电源 利用光纤传输传感信号。
无源电子式互感器的关键技术：a.传感材料（低双折射）；b.传感头的组装工艺技术（减小双折射）；c.信号处理技术；d.温度对精度的影响、振动对精度的影响、长期工作的稳定性
无源电子式电流互感器的工作原理：
无源电子式电流互感器机构如下：
3、有源电子式互感器与无源电子式互感器的比较
有源电子式互感器的技术相对较为成熟，其技术性能已基本可以满足实用化要求，国内目前建设的数字化变电站使用的互感器绝大部分均为有源电子式互感器。
无源电子式互感器的技术难度较大，其温度稳定性一直是阻碍其实用化的关键问题，但由于其不需要远端电子模块，可靠性较高，具有很好的应用前景，多年来国内外有关单位一直在从事技术攻关。近年来，无源电子式互感器的研究取得了较大的进展，特别是基于Faraday磁光效应的全光纤电流互感器的性能指标已基本可以满足实用化要求，取得了较好的试验及试运行效果，但目前还处于初期应用阶段。
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護测控装置，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
结语
数字化变电站技术先进成熟，可靠性高，利于降低建设成本，节约综合费用。数字化变电站作为数字电网的重要单元，应用于工程实践对促进电网的数字化、信息化和网络化具有重大意义。采用电子式电流互感器和电子式电压互感器，取代常规电磁型互感器用少量光缆取代了大量二次电缆，不仅使变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，而且具有体积小、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。
参考文献：
[1]GB_T 20840.7-2007 互感器 第7部分：电子式电压互感器
[2]GB_T 20840.8-2007 互感器 第8部分：电子式电流互感器
[3]贵州电网数字化变电站技术规范