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    浅谈电子式电流互感器


    深圳风采2012008 www.aahwb.tw     随着现代科学的发展,许多传统的电力电气设备都已被采用高新技术的新设备取代。作为这一趋势的一个崭新的例证,电子式电流互感器(ECT)将有可能成为传统的电流互感器(CT)的更新换代产品。 

        随着输电线路电压升高到超高压与特高压,传统的充油式CT已暴露了出一系列内在的、致命的缺点,主要表现在:由爆炸引起的灾难性事故的潜在危险(采用气体绝缘的电流互感器也有类似的问题);大故障电流导致铁芯饱和从而无法记录故障电流的实际大小及变化过程;铁磁共振效应;铁芯大电感导致相位滞后并使频响受限无法记录故障电流高频分量,不利于故障分析;二次输出端开路导致高压危险;体积与重量均大;不易与后续数字设备连接等。与其相比,ECT则表现出截然相反的优点:无爆炸危险;无磁饱和;几乎无滞后效应;经由光路输出,无二次输出端开路导致高压的危险,因此可在不切断一次电流情况下维修二次电路;体积小、质量轻;不易受电磁干扰;易于与后续数字设备连接等。故用ECT取代现在普遍使用的电磁式CT已成为必然趋势。

        所谓ECT,就是采用现代高新技术设计与制造的、具有并扩展了传统CT所有功能的,可取代传统CT的新型电流互感器。之所以称其为高科技产品,是因为其中除了电磁学外,还涵盖了光学、光电子学、材料学、计算机与信息科学等多个学科的许多先进技术,包括电磁感应技术、电磁屏蔽技术、偏振光学技术、专用玻璃设计制造加工与退火技术、精密机械加工技术、计算机技术、模似与数字信号处理技术、光通信技术等。说ECT是集光机电算于一身的高科技产品是一点都不为过的。

        ECT是一大类采用现代技术的新型CT的总称。按照是否需要向其高压部分供电,其可分为有源式ECT与无源式ECT两大类。其中有源式ECT在其高压部分采用新型高饱和电流精密电流互感器或空心线圈(罗氏线圈)作为一次电流传感元件,将电流信息经过数字处理器(DSP)或单片机及相关电子线路处理并转换成光信号后,经光纤传到低压部分(多数在控制室内),再经后续处理形成二次输出的模似或数字信号;无源式ECT在其高压部分采用光学元件(光纤或光学玻璃元件)对一次电流传感后,直接将带有一次电流信息的光信号经光纤传到低压部分,再经后续处理形成二次输出的模似或数字信号。

        这两类ECT在工作原理上有根本性的区别:有源型ECT仍采用电磁感应作为其一次传感原理;无源型ECT则对传统CT进行了根本性的变革,采用磁光效应作为其一次传感原理。由于这种本质上的差别,使得无源型ECT具有一系列有源型ECT不具备的优点,包括其高压部分因不需要电子线路而具有更加简洁的结构与更可靠耐冲击或浪涌电流的能力与绝缘能力;因其一次传感元件为光学器件,因此不存在铁心的影响而具有更快的响应速度与更宽的响应带宽(有文献报道某无源型ECT具有500MHz带宽及纳秒级时延),使其有可能被用做故障录波等其他用途。因此,无源型ECT比有源型ECT具有更好的性能和潜在的更加广泛的用途。

        早在上世纪60年代国际上就提出了电子(光学)式电流互感器的概念并开始了相关的科学与技术研究。经过40年的努力,随着ECT技术的逐步成熟,2002年IEC正式颁布第一个关于ECT的技术标准IEC60044-8:2002。我国相关的技术标准也将在近期予以颁布。这标志着国内外电力行业对ECT技术的认可与接受。ECT在国内外的研发历史具有两个共同的特点。一是早期的研究多集中于大专院校,随着相关技术的成熟企业开始介入并逐步成为研发与生产的主体。二是直至上世纪90年代后期,研发的主要对象都是无源型ECT,有源型ECT研究几乎没有什么进展。但由于光纤或光学玻璃传感头中线性双折射问题的困扰,国内无源型ECT一直难于取得实用化产品研发的进展,在此期间随着单片机与DSP实用技术的迅速发展,有源型ECT先于无源型ECT形成了实用化产品。

        据悉,国内也有数家公司与数所大学已研制出ECT产品或即将形成产品,共中绝大多数是有源型ECT(具体商家及产品信息可在网上查询)。特别值得称道的是,国内已有公司针对无源型ECT的光学玻璃传感头中线性双折射问题,从传感头材料这个根本问题入手,投入巨资刻苦攻关,研制出热膨胀系数极小的ECT专用玻璃,一举攻克了这个困扰多年的技术难题,成功地研制出了采用光学玻璃电流传感头的无源型ECT,并于2004年6月经10余位专家考核后由中国电力企业联合会主持召开了产品鉴定会,其结论为该产品技术达到国际先进水平,与会委员一致同意通过新产品技术鉴定,并可投入小批量生产。从而为我国无源型ECT研究开发开创了一条新路。

        随着IEC关于ECT的技术标准60044-8:2002与我国相关技术标准的颁布、实用化ECT技术的日趋成熟以及更多的ECT投入实际运行,ECT技术相对于传统CT的突出的优点必将为众多的电力系统人士所深刻地认知并得到认同。我国电力行业中超高压与特高压大电流计量与线路技术也将随之实现一次新的进步。国内众多从事ECT艰苦研究多年的研究与开发者的夙愿终于有望如愿以偿了。


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