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摘 要

电子式互感器作为数字化变电站过程中的重要组成部分，与传统互感器相比具有绝缘简单、动态范围宽、抗饱和性能强、占地面积小、实现数据输出等优点。本文详细介绍了传统互感器与电子式互感器的工作原理与方法，对这两种类型进行比较，并介绍了其功能，及国内外电子互感器研究现状，电子式互感器将成为未来电力系统信号测量和互感器技术发展的必然趋势。

关键词：数字化变电站；电子式互感器；构成原理；功能模块

ABSTRACT

Electronic transformer is an important part of digital substation process, and has a simple insulation ,wide dynamic range, strong anti-saturation performance, small covers, data output and so on compared with the traditional transformer. This paper describes the the working principle and method of traditional transformer and electronic transformer, these two types compared, and introduces its function, and domestic and international research status of electronic transformers. Electronic transformers will become inevitable trend of signal measurement and transformer technology in the future power system.

Key words:Digital Substation;Electronic transformer;Composition principle; functional module

目 录

第一章 绪论 1

1.1互感器与数字化变电站 1

1.2研究的意义 1

第二章 互感器的基本概述 3

2.1 互感器的作用与分类 3

2.2 传统电磁式互感器的工作原理 3

2.3 互感器的发展概况 6

2.3.1我国电网使用的互感器类型及特性 6

2.4 传统互感器的缺点 11

2.5解决互感器误差的方法 12

2.5.1电流互感器产生误差原因 12

2.5.2误差解决方案 13

第三章 数字式互感器的研究 13

3.1 电子互感器的现状概述 13

3.2电子式互感器 14

3.2.1有源电子式互感器 15

3.2.2无源电子式电流互感器 16

3.2.3有源、无源电子式互感器的比较 17

3.3电子式互感器的优点 19

3.4电子式互感器的原理 21

3.5 电子式互感器的数字化趋势 22

3.6 国内外研究的进展 23

第四章 应用实例 25

第五章 结论 27

第六章 鸣谢 28

参考文献 29

附 录 30

第一章 绪论

1.1互感器与数字化变电站

互感器(instrumenttransformer)又称为仪用变压器，是电流互感器和电压互感器的总称。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（100 V）或标准小电流 （5A或 1A ，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。与此同时互感器也可以用来隔开高电压系统 ，确保人身和设备的安全^[1]。因此，互感器也叫做按比例变换电压或电流的设备 。

数字化变电站是在智能化的一次设备和网络化的二次设备的基础上，在IEC61850通信规范基础上按不同区块形成的，能够在一定的站内实现智能化电气设备之间的信息共享和相互之间可以操作的现代化高智能的变电站。IEC61850一般它把数字化形式的变电站分成不同的形式，所谓的三层，包括过程层、间隔层和站控层，它们各层次内部之间以及各层次之间一般采用的是先进的高速网络通信形式。它们和传统的变电站比较，数字化变电站的间隔层和站控层所用的零件及采取的网络连接形式一般主要是接口及它的通信模型发生了一般的变化，而它的工作过程层却发生了相当大的变化，我们平常所用的电子式电流电压互感器、智能化的形式开关等新的类型一次设备，而其过程层中的各设备之间的数据交换一般遵循IEC61850-9—1／2或IEC60(04-8的标准要求^[1]。

近10年来，随着Rogowski空心线圈的电流互感器越来越普及化，但是这种互感器也有缺点，那就是它的输出信号相对其他互感器来说是比较弱的，而且在它工作的环境中受到其他干扰比较严重，尤其是电磁干扰严重，所以我们一般要进行A／D之间的转换，同时更需要利用光缆设备进行数字信号传输。为了保证电子式互感器本身的安全性能以及人的安全，因此在与测控设备进行连接时候，而它们之间的数字接口主要有两种方式：一种方式是把输出的数字信号转换成低压模拟量的形式，这种方式不需要做任何形式的变动，它的A／D转换器我们仍然进行保留；第二种方式是把它的输出信号和带数字式接口的装备直接连起来，这样我们就可以把保护层中的隔离变压器与A／D转换器玩群可以不要。不管从互感器本身的可靠性来看还是从技术发展长远角度来看，第二种方式比第一种方式的更具有优势发展前景。

1.2研究的意义

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^[2]。电子式互感器属于电力系统中应用广泛的一种。电子式互感器具有许多优点：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，因此，它将在数字化变电站中会得到越来越广泛地应用。 

电子式互感器的产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发展的局势。电子式互感器是数字变电站中重要的组成部分之一。传感方法对电子式互感器的体系结构影响很大。光学原理的电子式互感器体系结构相对来说比较简单，被认为是无源的电子式互感器。而电磁测量原理的电子式互感器属于有源电子式互感器^[3]。电子式互感器因为它的这些优越特性、极大的适应电力系统智能化、数字化和网络化发展的需要，同时有明显的经济和社会效益，对于保证越来越庞大和复杂的电力系统可靠安全运行及其自动化程度具有决定性的意义。

第二章 互感器的基本概述

2.1 互感器的作用与分类

互感器作用主要有：将该系统一次侧的电压和电流信息准确地传递到互感器二次侧相关设备上；将一次系统的高的电压转化成低的电压，大的电流转化为小的电流，那么测量仪器、计量仪表和继电器等系统装置标准化、小型化，同时对二次设备绝缘性能要求也大大降低了；在电气方面将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备完全隔离，进而确保该设备和人身的安全。按一次侧是否需要供电将互感器分为有源式电子互感器 和无源式电子互感器 ；按应用场合划分为GIS结构的电子互感器 、AIS结构电子互感器 和直流用电子式互感器。
随着国民经济的飞速发展，我国对电力系统的依赖越来越强，而电力系统对设备要求也越来越高，要求容量越来越大，电压越来越高等，同时也要求电力设备有原来的复杂、笨重、可靠性低向小型化，智能化，可靠性越来越高的方向发展，就最近几年来说，电力系统中大部分用的是传统的互感器，但是如果我们把电压增高，那么在互感器制造上就造成了互感器复杂程度提高，尤其是它的绝缘结构，体积不断变大，成本越来越高，与此同时电磁式互感器还存在磁通量饱和，磁谐振，互感器的动态范围小等许多缺点，一般情况，这种互感器不能满足电力系统的要求，就在此基础上，新的电子式电流电压互感器针对这一问题应运而生，它的优势在于结构非常紧凑，占地不大，而它的抵抗电磁干扰性强，也方便数字信号的传输，极大的满足了电力系统的需求，特别是伴随着与气体相关的绝缘开关的普继化和特高压变电站的不断建设，电子式互感器在工程实践上的用处越来越大。

2.2 传统电磁式互感器的工作原理

我们所说的电压互感器与传统的变压器的它们的工作原理可以说基本相同，但在它们的结构设计方面和所用的材料方面都是有差别的。
⑴电压互感器：
电压互感器是可以调节电压的。它一般可以把高电压通过各种方法变为低的电压，让我们一般通过测量低电压就可以知道高的特征变化。所以，一般我们只要通过互感器，我们就可以利用普通的仪表就可以进行电压测量。
1、电压互感器我们也可以叫它仪用的变压器，是一种可以进行各种电压调整变换的仪器；
2、电压互感器所能测得的范围很小，通常说它只能在范围为10~100V之间变化；
3、电压互感器在它的一次侧电压，就是我们通常所说的的电网电压，一般情况下与二次侧所的荷载无关，而且它的荷载是固定的值，不会发生变化；
4、二次侧的荷载大致包括测量仪表和继电器线圈等部分元件，因为它们的内部有很大的阻抗，但是有很少的I,所以给我们的测量造成很大的误差；
5、用电压互感器也可以不是直接而是间接的方法进行电压测量，通常情况下也可以反映出高压侧的电压变化情况，也能满足我们一般需要的范围；
6、不管它的开始值为何值，但它的额定电压通常情况下都是100V，从而为其他设备的制造确定了统一的标准。
7、电压互感器通常应用在变配电仪表测量和继电保护等回路中。
⑵变压器：
变压器是针对交流而设计的设备^[8]，通常情况下，如果有交流电流时，随着交流电流的变化，铁芯中便产生感应交流磁通量，那么在次级线圈中就产生出电压或电流，从而电压等级就会发生改变。

电流互感器和变压器工作原理差不多相似，在组成上也差不多，主要由两个部分组成：其中一个匝数线径细而且匝数多，而另外一个相对来说线径粗而匝数少。
如果线圈的缠绕匝数多、线的直径又细，在电路中并联连接，如果他们的匝数很少、线径却很粗，则该互感器就是一个电压互感器。电压互感器说到底就是一台在空载状态下工作的降压变压器。

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