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電子式電流互感器解決方案

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一、問題提出
現代電力系統發展的特點是大容量、高電壓、小型化、數字化和輸配電系統自動化。電網電壓的不斷提高，使傳統互感器的體積愈來愈大，絕緣結構愈來愈復雜，制造的難度也愈來愈提高。同時，傳統互感器存在的磁滯、磁飽和、二次不能開路、線性度低、靜態和動態準確范圍小等問題日益突出，已經不能為電力系統發展提供保證。由于傳統互感器輸出為模擬信號，不能為輸配電系統自動化提供所需的數字信號，因而也成為數字化變電站必須解決的難題。
為了適應高電網電壓，同時實現電網運行的保護、控制、監測、通訊和記錄的自動化，市場迫切需要一種完全新型的互感器出現，以滿足電力系統的迅猛發展。
二、解決方案
近年來，電子式電流互感器的研究方興未艾。其中，無源磁光玻璃型電子式電流互感器現已取得突破性進展。西安同維電力技術有限責任公司研發生產的LDGDZB電子式電流互感器（ECT）已通過鑒定，并已實現銷售。
LDGDZB 電子式電流互感器（ECT）采用純光式結構，一次傳感器無需電源供電，一次與二次部分無電纜連接，因而其絕緣結構簡單，實現了體積的小型化，并可在線維修。同時由于一次傳感器采用光信號，克服了傳統互感器的磁滯與磁飽和缺點。它最大的優點在于，其輸出可以是模擬信號也可以是數字信號，使電力系統數字化變電站的實現成為了可能。
三、LDGDZB電子式電流互感器（ECT）的工作原理
根據法拉第（Faraday）磁光效應，如果通過一次導線的電流為I，導線周圍所產生的磁場強度為H，當一束線偏振光通過該磁場時，偏振光的偏振角度會發生偏轉，其偏轉角θ的計算公式為：
θ=V∫L Hdl
式中：V為磁旋光材料的Verdet常數
L為磁旋光材料中的通光路徑長度
在LDGDZB電子式電流互感器產品中將L設計為環路，則 θ=V∮L Hdl
根據安培環路定律，在環路中：
I=∮L Hdl
可推出： θ=VI
根據馬呂斯定律，如果用檢偏器將已有偏轉角度的偏振光分成兩路光，
J1=αJ0sin2（φ+θ）
J2=αJ0cos2（φ+θ）
式中：J0為輸入光強
J1、J2為經檢偏器分出的兩路光強
α為光路中的光強衰減系數
φ為起偏器與檢偏器夾角(在LDGDZB電子式電流互感器中為45°)
則運算得出：(J1-J2)/(J1+J2) ≈2VI
因而，只要測出經檢偏器分出的兩路光強，即可計算出通過導體的一次電流。
四、LDGDZB電子式電流互感器（ECT）的應用
1、模擬接口電纜傳輸典型應用
LDGDZB電子式電流互感器可替代傳統電流互感器直接使用，此時其輸出信號可轉化為模擬信號。作為替代傳統電流互感器使用時，原二次設備無需改變。產品輸出的信號通過電纜提供給中控室的二次設備，如電流表、電能表、功率表或故障錄波、繼電保護等設備。典型應用圖如下：
2、數字接口光纜傳輸應用
LDGDZB 電子式電流互感器的一大特點就是輸出信號的數字化，信號通過光纜傳輸，可為變電站節省大量的電纜購置開支，同時可以大大縮小電纜溝的占地面積。可實現與保護、故障錄波設備點對點連接方式；計量設備和測量設備可采用點對點方式連接（IE660044.7），也可采用以太網方式（IEC61850）。其典型應用圖如下：
3、混合輸出應用
LDGDZB電子式電流互感器還可實現模擬信號、數字信號的同時輸出，其典型應用圖如下：
五、數字化變電站的前端
LDGDZB電子式電流互感器的投入使用,使電力系統數字化變電站的實現成為了可能。現代電力系統發展的特點是大容量、高電壓、小型化、數字化和輸配電系統自動化。輸配電系統自動化即電網運行的保護、控制、監測、故障預測、通訊和記錄的自動化。隨著計算機的廣泛應用，通訊技術、傳感技術的飛躍發展，電力系統控制保護技術也發生了重大變化，傳統的電磁式繼電保護正在向微處理機分級監控保護轉變，在電網中心系統管理下，組成智能化遠動終端。電子式電流互感器和電子式電壓互感器在電力系統控制保護和監控中起樞紐作用。它的使用，為數字化變電站奠定了基礎，成為數字化變電站的前端。
1、智能化的一次設備：數字信號輸出電子式互感器的使用，使一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路可以采用微處理器和光電技術設計，簡化了常規機電式繼電器及控制回路的結構，數字程控器及數字公共信號網絡取代傳統的導線連接。換言之，變電站二次回路中常規的繼電器及邏輯回路被可編程序代替，常規的強電模擬信號和控制電纜被光電數字和光纖代替。
2、網絡化的二次設備：數字信號輸出電子式互感器的使用，可以使變電站內常規的二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功裝置、同期操作裝置以及正在發展中的在線狀態檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接可以采用高速的網絡通信，二次設備不再出現常規功能重復的I／O現場接口，通過網絡真正實現數據共享、資源共享，常規的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。
3、自動化的運行管理系統：數字信號輸出電子式互感器的使用，可以實現變電站運行管理自動化。可實現電力生產運行數據、狀態記錄統計無紙化；數據信息分層、分流交換自動化；變電站運行發生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統能自動發出變電站設備檢修報告，即可將常規的變電站設備“定期檢修”改變為“狀態檢修”。

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