數(shù)字互感器簡介

傳統(tǒng)的電流互感器原理是電磁感應(yīng)，一次繞組串聯(lián)在電力線路中，二次繞組外部回路接有測量儀器或繼電保護(hù)及自動(dòng)控制裝置，利用高、低壓繞組之間的電磁耦合，將信息從一次側(cè)傳到二次側(cè)。這種結(jié)構(gòu)要求在鐵芯與繞組間以及一、二次繞組之間有足夠耐壓強(qiáng)度的絕緣層，以保證所有的低壓設(shè)備與高電壓相隔離。隨著電力系統(tǒng)傳輸?shù)碾娏θ萘康脑黾?，電壓等?jí)越來越高，這樣互感器的絕緣結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，體積和重量加大，產(chǎn)品的造價(jià)也越來越高。例如，常規(guī)的油浸式電流互感器，500kV產(chǎn)品的價(jià)格要比300kV的價(jià)格增加一倍。又因電磁型電流互感器的鐵心具有飽和非線性，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，高幅值的短路電流使互感器飽和、輸出的二次電流嚴(yán)重畸變，造成保護(hù)拒動(dòng)，使電力系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重事故。互感器的飽和引起波形畸變，而且其頻帶響應(yīng)特性較差，頻帶窄，系統(tǒng)高頻響應(yīng)差，而導(dǎo)致新型的基于高頻暫態(tài)分量的快速保護(hù)的實(shí)現(xiàn)存在困難等一系列隱患。隨著光電子技術(shù)的迅速發(fā)展，科技人員已研制出利用光學(xué)傳感技術(shù)和電子學(xué)原理相結(jié)合的電子式電流互感器，簡稱數(shù)字互感器或光電互感器。

數(shù)字互感器在原理與傳統(tǒng)的互感器完全不同，數(shù)字互感器是利用光電子技術(shù)和光纖傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓、電流測量的新型互感器。它是光學(xué)電壓互感器（OVT）、光學(xué)電流互感器（OCT）、組合式光學(xué)互感器等各種光學(xué)互感器的通稱?；诰w材料光電效應(yīng)的教字式光電互感器，將取代現(xiàn)有基于銅材電磁效應(yīng)的鐵磁式互感器，已經(jīng)成為業(yè)界的共識(shí)。我國研制已出220KV全電壓、單晶體、縱向調(diào)制結(jié)構(gòu)模式的光電互感器原理性樣機(jī)，為產(chǎn)業(yè)化開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。

光電互感器：包括有源型電子式電流互感器、無源磁光玻璃電子式電流互感器兩種。

數(shù)字互感器有源型

有源型電子式電流互感器特點(diǎn)是一次傳感器為空心線圈，高壓側(cè)電子器件需要由電源供電方能工作。其原理如圖1所示：

數(shù)字互感器無源磁光玻璃型

無源磁光玻璃型電子式電流互感器特點(diǎn)是一次傳感器為磁光玻璃，無需電源供電。其原理如圖2所示：

優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式電流互感器相比，光電式電流互感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）優(yōu)良的絕緣性能，造價(jià)低。電磁感應(yīng)式電流互感器絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其造價(jià)隨電壓等級(jí)呈指數(shù)關(guān)系上升。在光電式電流互感器中，高壓側(cè)信息是通過由絕緣材料做成的玻璃光纖而傳輸?shù)降蛪簜?cè)的，其絕緣結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)一般隨電壓等級(jí)升高呈線性地增加。

（2）不含鐵心，不存在磁飽和、鐵磁諧振等問題。光電式電流互感器運(yùn)行暫態(tài)響應(yīng)好、穩(wěn)定性好，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性。

（3）電磁感應(yīng)式電流互感器二次回路不能開路，低壓側(cè)存在開路高電壓危險(xiǎn)。由于光電式電流互感器的高壓與低壓之間只存在光纖聯(lián)系，而光纖具有良好的絕緣性能，因此可保證高壓回路與二次回路在電氣上完全隔離，低壓側(cè)沒有因開路而產(chǎn)生高壓的危險(xiǎn)，同時(shí)因沒有磁耦合，消除了電磁干擾對(duì)互感器性能的影響。

（4）暫態(tài)響應(yīng)范圍大，測量精度高。電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，電流互感器流過的電流并不大，但短路電流越來越大。電磁感應(yīng)式電流互感器因存在磁飽和問題，難以實(shí)現(xiàn)大范圍測量，并在一個(gè)通道同時(shí)滿足高精度計(jì)量和繼電保護(hù)的需要。光電式電流互感器有很寬的動(dòng)態(tài)范圍，一個(gè)測量通道額定電流可測到幾十安培至幾千安培，過電流范圍可達(dá)幾萬安培。因此既可同時(shí)滿足計(jì)量和繼電保護(hù)的需要，又可免除電磁感應(yīng)式電流互感器多個(gè)測量通道的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

（5）頻率響應(yīng)范圍寬。光電式電流互感器傳感頭部分的頻率響應(yīng)取決于光纖在傳感頭上的渡越時(shí)間，實(shí)際能測量的頻率范圍主要決定于電子線路部分?，F(xiàn)代光電式電流互感器的結(jié)構(gòu)已經(jīng)可以測出高壓電力線路上的諧波。而電磁感應(yīng)式電流互感器是難以進(jìn)行這諸多方面工作的。

（6）沒有因充油而產(chǎn)生的易燃、易爆炸等危險(xiǎn)。光電式電流互感器絕緣結(jié)構(gòu)簡單，可以不采用油絕緣，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就可避免這方面的危險(xiǎn)。

（7）體積小、重量輕。光電式互感器的傳感頭本身的重量一般小于1KG。

（8）適應(yīng)了電力計(jì)量與保護(hù)數(shù)字化、微機(jī)化和自動(dòng)化發(fā)展的潮流。光電式電流互感器一般以數(shù)字量輸出，這將最佳地適應(yīng)日趨廣泛采用的微機(jī)保護(hù)、電力計(jì)量數(shù)字化及自動(dòng)化發(fā)展的潮流。

國際上德國的數(shù)字互感器發(fā)展的比較成熟。近幾年來，隨著國外光電互感器產(chǎn)品的出現(xiàn)，以及國內(nèi)陸續(xù)安裝試用國外光電互感器，光電互感器的開發(fā)受到了產(chǎn)業(yè)部門和企業(yè)的重視。據(jù)有關(guān)資料分析，我國的光電互感器產(chǎn)業(yè)的市場潛力可達(dá)每年20億元以上，但目前國內(nèi)還沒有能夠提供正規(guī)產(chǎn)品的企業(yè)，但是隨著中國電谷等地的電力發(fā)展我們必定能夠趕超世界電力技術(shù)尖峰。

數(shù)字式互感器，可以廣泛應(yīng)用于GIS、IIGIS的普遍應(yīng)用和特高壓變電站的建設(shè)。與目前電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的常規(guī)電磁式電流、電容式電壓互感器相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、不怕電磁干擾、不飽和及易于數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。

避免了原有設(shè)備互感器的絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積增大、造價(jià)偏高的缺點(diǎn)，故此高能數(shù)字式互感器在工程應(yīng)用的領(lǐng)域極為廣闊。