導(dǎo)語(yǔ)：繼電保護(hù)互感器技術(shù)的應(yīng)用與不足一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】互感器技術(shù)是繼電保護(hù)工作的重要組成部分，是確保繼電保護(hù)裝置正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。簡(jiǎn)要介紹了互感器技術(shù)在繼電保護(hù)工作中的應(yīng)用，提出了當(dāng)前互感器技術(shù)的不足和新式光電互感器的優(yōu)點(diǎn)?；ジ衅骷夹g(shù)是電網(wǎng)安全保護(hù)工作的重要組成部分，呼吁技術(shù)人員關(guān)注和研究互感器技術(shù)，為電網(wǎng)安全保護(hù)工作貢獻(xiàn)力量。

【關(guān)鍵詞】互感器技術(shù)；繼電保護(hù)；光電式互感器

1引言

隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)電力的需求和質(zhì)量要求都在不斷提升，導(dǎo)致電網(wǎng)輸配變?nèi)萘坎粩嘣黾?，電網(wǎng)的安全保護(hù)工作壓力也越來(lái)越大。作為電力系統(tǒng)檢測(cè)、繼電保護(hù)的基礎(chǔ)，互感器技術(shù)成為電網(wǎng)運(yùn)行中不可或缺的重要組成部分。

2互感器技術(shù)原理

互感器在原理上類似于變壓器，是利用電磁感應(yīng)原理將一次電壓、電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)小電壓、電流的測(cè)量設(shè)備。繼電保護(hù)及測(cè)量?jī)x表都是通過(guò)互感器二次側(cè)電壓、電流來(lái)判斷二次側(cè)運(yùn)行狀況，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)電路的測(cè)量和保護(hù)工作?；ジ衅靼搭愋头譃殡妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅鲀煞N。電壓互感器是將一次側(cè)高電壓轉(zhuǎn)變成二次側(cè)低電壓，用來(lái)測(cè)量被測(cè)電路電壓的設(shè)備。電壓互感器的一次線圈并聯(lián)在被測(cè)回路上，并且二次回路電壓較高，阻抗很大，工作電流小，如果電壓互感器二次回路短路，將產(chǎn)生很大的短路電流，損壞電壓互感器甚至危害工作人員安全[1]。因此電壓互感器的二次回路不允許短路，可裝設(shè)熔斷保護(hù)。電流互感器是將一次側(cè)高電流轉(zhuǎn)變成二次側(cè)低電流，用來(lái)測(cè)量被測(cè)電路輸送的電流、電能等數(shù)據(jù)。電流互感器一次線圈串聯(lián)在被測(cè)回路上，并且起二次回路電壓很低，阻抗很小。起二次回路電流取決于一次線圈的電流大小，與其所帶負(fù)荷無(wú)關(guān)。電流互感器二次回路開(kāi)路，會(huì)使一次電流全部轉(zhuǎn)化為勵(lì)磁電流，導(dǎo)致互感器磁心飽和發(fā)熱損壞，二次側(cè)產(chǎn)生高壓危害人身安全。因此電流互感器二次回路不允許開(kāi)路，且不能裝設(shè)熔斷保護(hù)[2]。

3互感器技術(shù)繼電保護(hù)的應(yīng)用

3.1電壓保護(hù)

電壓保護(hù)是指電壓互感器并聯(lián)在被測(cè)電流中，測(cè)量被測(cè)電路電壓峰值、有效值、零序電壓、相位、頻率等因數(shù)，間接控制對(duì)電壓峰值過(guò)高、過(guò)電壓、低電壓、相位異常和頻率偏高等電壓異常情況進(jìn)行保護(hù)切斷[3]。目前通常電壓保護(hù)有過(guò)電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)等。過(guò)電壓是指任何峰值大于正常運(yùn)行下穩(wěn)態(tài)電壓的相應(yīng)最大峰值的電壓。過(guò)電壓保護(hù)分為瞬態(tài)過(guò)電壓和暫態(tài)過(guò)電壓，瞬態(tài)過(guò)電壓是指持續(xù)時(shí)間極短，如雷擊、開(kāi)關(guān)操作、靜電放電等。瞬態(tài)過(guò)電壓主要通過(guò)防雷裝置保護(hù)。而暫態(tài)過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，在0.1～1000ms之間，主要有諧振過(guò)電壓、甩負(fù)荷過(guò)電壓、中性點(diǎn)漂移導(dǎo)致的過(guò)電壓和轉(zhuǎn)移過(guò)電壓等。這些過(guò)電壓故障嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致電器設(shè)備損壞，電器絕緣被擊穿等，危害極大，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)及用電用戶安全。因此，過(guò)電壓保護(hù)是繼電保護(hù)中的重要項(xiàng)目之一。電壓保護(hù)使用電壓互感器并聯(lián)在被測(cè)回路中，用較低的變壓互感器的二次回路電壓替代被測(cè)電壓，以達(dá)到安全、有效的繼電保護(hù)工作。

3.2過(guò)電流保護(hù)

過(guò)電流保護(hù)是指當(dāng)電流超過(guò)預(yù)定最大值時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作切斷隔離過(guò)電流回路的保護(hù)。過(guò)電流保護(hù)分為短路速斷保護(hù)和過(guò)負(fù)荷保護(hù)，短路速斷保護(hù)是指發(fā)生相間短路或接地短路時(shí)，短路回路產(chǎn)生極大故障電流，保護(hù)裝置動(dòng)作切斷被測(cè)回路的過(guò)程，過(guò)負(fù)荷短路是指線路所掛負(fù)荷容量超過(guò)了線路允許最大值，導(dǎo)致線路電流過(guò)高，從而使保護(hù)裝置動(dòng)作的過(guò)程。過(guò)電流保護(hù)通常是使用電流互感器串聯(lián)在被測(cè)回路中，監(jiān)測(cè)被測(cè)回路電流峰值和有效值，當(dāng)被測(cè)回路出現(xiàn)電流大小超過(guò)設(shè)定的允許值時(shí)，互感器二次回路電流使保護(hù)裝置動(dòng)作，達(dá)到切斷和隔離故障回路的效果。

3.3零序保護(hù)

零序保護(hù)是指在大短路電流接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障，導(dǎo)致線路產(chǎn)生零序電流、零序電壓，利用這些電氣量構(gòu)成保護(hù)原理的接地短路保護(hù)裝置。零序電流保護(hù)的原理，是在三相線路或N線上安裝電流互感器（CT），利用這些CT來(lái)檢測(cè)三相的電流，由此計(jì)算零序電流大小。當(dāng)線路上所接的三相負(fù)荷完全平衡時(shí)，線路無(wú)接地，可正常運(yùn)行；當(dāng)線路上所接的三相負(fù)荷不平衡，電路產(chǎn)生不平衡電流，不平衡電流達(dá)到了預(yù)設(shè)的動(dòng)作值時(shí)使控制繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，從而達(dá)到零序保護(hù)的目的。同時(shí)，當(dāng)三相發(fā)生接地故障時(shí)，接地相產(chǎn)生一個(gè)很大的接地短路電流，此時(shí)的零序電流是三相不平衡電流與接地短路電流的矢量和，因此零序電流大小劇增，使零序保護(hù)動(dòng)作，達(dá)到接地短路保護(hù)目的。

3.4差動(dòng)保護(hù)

差動(dòng)保護(hù)是輸入設(shè)備或線輪兩端電流矢量差，當(dāng)電流矢量差達(dá)到設(shè)定的動(dòng)作值時(shí)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作，被測(cè)線路兩端之間的設(shè)備。差動(dòng)保護(hù)是反映被保護(hù)設(shè)備或區(qū)域兩側(cè)電流差而動(dòng)作的保護(hù)裝置。依照基爾霍夫定理，電路中流入同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有電流的矢量和等于零。把被保護(hù)的電氣設(shè)備看成是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么正常時(shí)流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流相等，差動(dòng)電流等于零。當(dāng)變壓器、電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)等設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，流進(jìn)被故障設(shè)備的電流和流出的電流不相等，即存在差動(dòng)電流。使用電流互感器（CT）檢測(cè)故障設(shè)備兩端電流，則流入CT電流互感器的兩端電流存在一個(gè)矢量差即差動(dòng)電流，當(dāng)差動(dòng)電流達(dá)到了設(shè)定的動(dòng)作值時(shí)，使差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作，繼而達(dá)到切斷故障設(shè)備和回路的效果[4]。差動(dòng)保護(hù)通常作為變壓器主保護(hù)，是繼電保護(hù)中最重要的保護(hù)之一。

4現(xiàn)有互感器技術(shù)的不足

當(dāng)前主流互感器技術(shù)，即電磁式互感器技術(shù)仍有很多缺陷和不足之處，使得互感器在保護(hù)工作上事故頻發(fā)。（1）互感器誤差。互感器容易受特定因素影響，如線圈匝數(shù)、磁芯橫截面積、電流頻率等因素影響，導(dǎo)致互感器二次回路誤差較大。二次回路的小誤差，則算到一次回路就是一個(gè)較大的誤差，容易導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作和拒動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行危害極大。電力系統(tǒng)中存在大量的感性負(fù)荷和容性負(fù)荷，這些感性負(fù)荷和容性負(fù)荷在一定條件下會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，引起諧振過(guò)電壓；在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，導(dǎo)致非故障相電壓升高、引起發(fā)生位移；單相接地電弧熄滅后，容易導(dǎo)致電壓互感器的鐵芯飽和。諧振現(xiàn)象、單相接地故障、積極單相接地短路電流電弧熄滅等，均可能引起電壓互感器嚴(yán)重誤差。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時(shí)非故障相對(duì)地電壓上升到根號(hào)三倍，因單相短路接地時(shí)可帶故障運(yùn)行兩小時(shí)，電壓互感器不但誤差很大而且導(dǎo)致過(guò)熱損壞。（2）電流互感器誤差。正常運(yùn)行中的電流互感器產(chǎn)生剩磁是一種普遍存在的現(xiàn)象。正常工況下，剩磁不會(huì)自動(dòng)消失，滯留在磁心中產(chǎn)生磁滯。對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行的電流互感器，磁滯對(duì)測(cè)量和保護(hù)電流互感器的性能都會(huì)產(chǎn)生影響，使電流互感器的誤差，嚴(yán)重時(shí)，將導(dǎo)致電能計(jì)量錯(cuò)誤、繼電保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)等事故。（3）鐵磁諧振。鐵磁諧振是由于鐵磁心的非線性特性等原因，電壓互感器磁芯飽和之后發(fā)生持續(xù)性的諧振過(guò)電壓現(xiàn)象。如果線路所帶負(fù)荷呈較大感性負(fù)荷，同時(shí)帶有大容量的深井泵。當(dāng)系統(tǒng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)或持續(xù)性諧波，電路中電流或電壓發(fā)生突變，可能導(dǎo)致電壓互感器鐵心迅速飽和、感抗減小，當(dāng)感抗小于容抗時(shí)，就有可能產(chǎn)生鐵磁諧振。鐵磁諧振會(huì)導(dǎo)致電壓互感器產(chǎn)生很大的激磁電流和電壓突變。嚴(yán)重時(shí)，將導(dǎo)致磁心的溫度迅速升高，導(dǎo)致電壓互感器燒壞。

5互感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，一種新型的光電式互感器(OCT)技術(shù)引起關(guān)注，國(guó)內(nèi)外的高等院校，科研單位、制造商投入大量的資金和科研人員在不斷地開(kāi)發(fā)和研制各種電壓等級(jí)的光電式電流互感器。光電式互感器是利用法拉第磁光效應(yīng)，即當(dāng)線偏振光通過(guò)置于磁場(chǎng)中的磁光材料時(shí)，其偏振面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角與平行于光線方向的磁場(chǎng)有線性關(guān)系，利用這一原理來(lái)測(cè)量被測(cè)短路電流等信息[5]。光電互感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小，絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；無(wú)鐵芯、無(wú)磁飽和及鐵磁諧振引發(fā)的問(wèn)題；具有良好的抗電磁干擾性，不會(huì)有低壓側(cè)開(kāi)路出現(xiàn)高電壓的危險(xiǎn)；頻率響應(yīng)范圍寬，動(dòng)態(tài)范圍大，測(cè)量準(zhǔn)確度高；不充油，無(wú)燃燒、爆炸等危險(xiǎn)；光電式互感器是能順應(yīng)電力計(jì)量與保護(hù)的數(shù)字化、微機(jī)化和自動(dòng)化的新型互感器技術(shù)。但是光電式互感器技術(shù)仍有很多不足之處。其一，測(cè)量小電流時(shí)，法拉第旋轉(zhuǎn)角非常小，而傳感器的靈敏度有限，測(cè)信號(hào)被噪聲所淹沒(méi)，導(dǎo)致光電式互感器輸出讀數(shù)波動(dòng)較大，線性度較差，準(zhǔn)確度也略超出計(jì)量要求；其二，溫度應(yīng)力等外界因素引起的光在介質(zhì)中產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，也是降低了檢測(cè)靈敏度的一大因素；其三，機(jī)械振動(dòng)溫度變化等因素都會(huì)引起輸出光強(qiáng)的變化，以及傳輸輸入光信號(hào)的光纖所表現(xiàn)出的偏振特性受到應(yīng)力溫度等因素影響，而產(chǎn)生部分偏振，使輸入光信號(hào)進(jìn)入偏振器后因?yàn)橄鸸鈴?qiáng)波動(dòng)，導(dǎo)致互感器測(cè)量誤差?？梢钥闯?，光電式互感器將是未來(lái)互感技術(shù)的主流，但是互感器存在不足之處，需要繼續(xù)投入分析和研究。

6結(jié)語(yǔ)

互感器技術(shù)是繼電保護(hù)的基礎(chǔ)，在繼電保護(hù)工作中占據(jù)重要地位。但由于現(xiàn)有的互感器仍有很多不足之處，致使繼電保護(hù)工作事故時(shí)有發(fā)生，或需要投入大量運(yùn)檢人工，才能確保電網(wǎng)保護(hù)正常運(yùn)行。新型電子式互感器因其線性特性好、誤差小、受環(huán)境影響低等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)是電磁式互感器技術(shù)的理想替代品。本文意在給廣大電力工作者和相關(guān)專業(yè)講述現(xiàn)有互感器技術(shù)在繼電保護(hù)工作中的應(yīng)用，討論了電磁式互感器的不足，介紹了新式光電互感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，呼吁廣大技術(shù)人員積極投入互感器技術(shù)的研究和創(chuàng)新，為智能電網(wǎng)發(fā)展提供支持。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周遷.剩磁對(duì)電流互感器誤差的影響[J].通信電源技術(shù)，2018，35(12)：32-33.

[2]劉天曉，晁岳振，楊紹輝.淺談當(dāng)前電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)與應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019(7)：209.

[3]楊飛.分析智能變電站繼電保護(hù)檢測(cè)和調(diào)試技術(shù)[J].科技與創(chuàng)新，2019(15)：79-80.

[4]吳路明，薛明軍，陳琦，等.一起電子互感器異常引發(fā)的復(fù)雜發(fā)展性故障分析及改進(jìn)[J].華電技術(shù)，2020，42(6)：10-15，30.

[5]張鵬，王瑋，徐丙垠，等.模擬光電式電流互感器的頻率特性分析[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2020，40(2):42-48.

作者：張良武 胡帥 金龍 王廷旺 袁煥炯 單位：國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司檢修公司 國(guó)網(wǎng)新疆電力科學(xué)研究院 廣州市仟順電子設(shè)備有限公司