高压电子式互感器
1、狼在盯着什么？ 狼是华为的文化，是华为的图腾。狼的凶狠、狼的狡猾、狼的敏锐，狼克服苦难的勇气、狼的合群性和狼的攻击性决定了狼在恶劣自然环境下有着顽强的生存能力。（是的，华为，很令人想象的企业）在电力系统的市场上，也有许多狼，他们都在盯着什么？ 高压互感器，是狼的目标之一。 为什么要搞高压互感器？要回答这个问题，我们先来看我国的电力市场的实际需求，以500KV电压互感器为例，2004年的时候，每只电压互感器的投标成交价为18万，每组为54万，2006年以来，由于市场竞争的激烈，每只的价格降到了12万左右，每组价格仍然高达36万，厂家表示每只8万元也要抢着做，说明利润很高。电流互感器的价格比电压互感器的价格更高，需要的数量更多，500KV占一般采用3/2接线，由于各种保护和测控的的需要，每间隔配置6组以上的互感器，市场容量十分惊人。互感器为什么要卖这么贵？主要是绝缘材料和铁磁材料比较难搞，当材料问题解决后，生产厂家就多了，竞争就激烈了。那么搞电压互感器的厂家为什么特别多呢？这是因为电压互感器以前做的是充油的结构，原理就是变压器，现在搞的是电容器式的结构，原理是电容器分压，制造难度当然减少了很多，成本也可以大幅度降低，利润就很高了。而电流互感器没有什么变化，仍然很难搞，原因是技术没有突破啊。现在的局面是：有一小块带点肉的骨头，大家都在抢着啃，而一大块肥肉却没有人问津，一群狼就这么虎视眈眈的望着，各自打着自己的算盘，从哪里下手？如果能搞出一种新的互感器，它的绝缘问题很容易解决，那么它就很容易制造；它的性能大大优于现在的互感器，那么它就很好推广；它不用充油，那么它就很安全；它占地很少，那么它就很容易安装……这一定能赚很多钱，一定不得了。现在许多方案和研究都是围着这块“肥肉”转的，光CT、光PT、高压电子式互感器、空心线圈研究……五花八门的明堂多的很啊。国外搞这鬼东西的公司也很多，他们有钱啊，搞出来了，你想要，好，拿钱来，一二十万美元一只，比我们常规国产的贵了10倍。2002年以来，我注意到很多学校、电力公司、投资公司、研发公司、研究院所、生产厂家和政府部门都在开展这方面的工作，但我看到的结果是大家好象都先知先觉的知道它不会很快行成市场，那么就一定要聪明的弄出个“概念”和“成果”，先从政府或者什么机构弄点银子花花，这样骗来的钱都搞了什么工程中心、重点实验室、开发区建设等等了，没有什么像样的东西出来。这难道是狼的狡猾？傻瓜的旁边一定有骗子啊，大多数的时候是政府扮演“傻瓜”的脚色，学校或一部分专家则天经地义的扮演“骗子”角色，而真正想搞并且有把握能搞成的研发人员和公司由于自身控制社会资源的能力有限则很少有机会得到相关的支助，甚至没有人愿意对他们的建议认真考虑并作出决策（是啊，我差点乞讨了）。公司都急功近利，巴不得今天上午投入，明天下午就有产出和利润，但是谁能专心的做点事情呢？有3000年历史的中国社会目前仍然是一个“盼明君”的社会，产品的研发也是一个盼“明君”的过程，如果有一个“明君”出现，就有一个震动社会的产品和企业诞生，好在这个和平的年代里，“明君”渐渐多起来了。然而，“明君”究竟在哪里？ 根据国家规划与预测，2020年我国发电装机容量比目前的装机容量将翻两番,达目前中等发达国家人均水平。2050年翻五番,达目前发达国家人均水平。一般来说，输变电设备的容量为发电容量的10倍才能将电能送至广大用户。那么，高压、超高压、特高压电网必需迅速发展，我们从西电东送、三峡电站的投产已经看到了这种趋势。但是随之而来的问题和课题就来了，我国目前500KV超高压电网系统短路电流已经超过了63KA，在规划建设中的750KV或 1000KV的电网，其短路电流将更大，那么，这么大的短路电流靠什么互感器来传变？互感器是否能承受动热稳定电流？暂态响应特性是否能满足保护的要求？显然现有的常规的互感器都只能三缄其口，不便回答了。在这种形势下，新原理的互感器就成了一种期盼，一种希望，一种目标。不光是如此，IEC61850规约的颁布和执行，表明电力系统的数字化领域正在跑步进入 “一个世界、一种技术、一个标准”的大同世界，它在呼唤一种新的数字式的互感器的横空出世；微机保护正在经历从硬件到原理和算法的革命性变化，以小波理论为代表的一些算法出现改变了以往许多的判据，以32位嵌入式单片机位代表的各种芯片使我们逐步摆脱了采样和运算速度对保护原理的限制，使许多从前不可能的梦想变成了现实，好马要配金鞍，这样对对互感器的暂态和高频响应特性都提出了要求，比如说我们过去将100K赫兹的高频信号全部滤波了，现在却不行，我们必需要它来唱“主角”，这些要求就是常规的互感器的“气门”，所以常规的互感器应该“退位”或者“下岗”。那么，什么样的“新贵”有勇气有能力担当起如此重任？是哪一路神仙有如此耀眼的光环？在它们千呼万唤不出来，“尤抱琵琶半遮面”的时候，我们在猜测，是光CT、光PT？还是空心线圈？不管它是谁，我们把它统称为电子式互感器好了。最近国际电工协会已发布了电子式电压互感器的标准，以及电子式电流互感器（传感器）的标准。电子式互感器的含义，主要包括光电式互感器，还包括其它各种利用电子测试原理的电压、电流传感器。这充分说明，在电力系统中使用电子式互感器的时机已经到来，全球范围内在高压领域使用电子式互感器取代传统电磁式互感器已成为共识，成为发展的必然。国外一些公司研发出了相应的产品，通过试用积累了一些经验。 狼们要知道电子式互感器这块“肥肉”究竟有多大。据全国33个主要厂家的销售统计,我国每年110KV以上电压等级的互感器为18000台，平均按每台售价20万计算，市场总额为36亿元人民币，与2001年7月《科学时报》测算的电子式互感器市场份额基本相符。我在新华社发布的消息中查到:根据国家有关部门公布的资料，我国每年将新建35～500kV变电站1160座，新增发电机组271台，并且每年将以5%～15%的速度增加，加上改造的发（变）电站，自动化系统每年的市场需求为46亿元，当年与之配套的OCT、OPT市场需求也达36亿元。与我的预测相符合。 作为研发人员，我知道每台高压电子式高压互感器的直接成本可以控制在2万元，那么它的利润空间是十分巨大的，即使是价格降一半和常规的一样，它的利润仍然可以和xx的利润媲美。还有什么样的狼不趋之若骛？我个人认为真正的巨大市场在110KV及以下的电压等级，复合式的电子互感器作为开关的配套件与开关一体化将有强大的市场和生命力，对这个市场的份额无法估计，因为这个“金砖矿”太庞大了。目前国外公司在GIS开关上采用了这种复合式的互感器，结果他们将开关卖到了天价，100多万一台开关啊，常规的只要它的零头就够了。 高压电子式互感器 2、电子互感器究竟是个什么东东？ 地球人都知道，电力工业在国民经济中占有重要的地位，现代工业、农业、交通、国防以及人民生活的许多方面都离不开电。输变电设备是电力设备的重要组成部分，电站发出的强大电能，只有通过输变电设备才能输送到各个用户。互感器是输电线路中不可缺少的重要设备，其作用就是按一定的比例关系将输电线路上的高电压和大电流数值降到可以用仪表直接测量的标准数值，以便于用仪表直接进行测量。谁不怕电啊？谁敢直接去摸几十万的要命高压啊？谁敢去玩可以把人瞬间变成骨灰的电流啊？但是就是通过这个互感器，我们就可以玩电于股掌之间，电不打熟人啊。 传统的电力互感器是电磁感应式的，电磁型的就要有铁心和线圈，它的一次绕组串联在电力线路中，二次绕组外部回路接有测量仪器或继电保护及自动控制装置。它的结构和变压器很相似，在它的铁芯上绕有一、二次绕组，靠一、二次绕组之间的电磁耦合，将信息从一次侧传到二次侧，换个通俗的说法是高压侧打喷嚏，低压侧就马上感冒。在铁芯与绕组间，以及一、二次绕组之间有足够耐电强度的绝缘结构，以保证所有的低压设备与高电压相隔离，否则要是导电了就要了我们的小命，我们还怎么玩电于股掌之间？中间不能就这么空着，总得填充点什么绝缘物质，比如说环氧树脂，绝缘油或者六氟化硫气体，目前的铁心式电流互感器正是以干式、油浸式和气体绝缘式这三种结构为主。随着电力系统传输的电力容量的增加，电压等级越来越高，这样电流互感器的绝缘结构越来越复杂，体积和重量越来越大，产品的造价也越来越高。例如，常规的油浸式电流互感器，500kV产品的价格要比300kV的价格增加一倍。这种互感器具有先天性的缺陷，而且没有什么基因xx可以xx的，那就是它的线性范围有限，电流超过一定范围就容易发生饱和，输出的二次电流就会严重畸变，造成保护拒动，使电力系统发生严重事故。大流大了，互感器的饱和，频率高了，互感器同样要饱和，饱和就引起波形畸变，系统高频响应特性就差，从而使得新型的基于高频暂态分量的快速保护的实现存在严重困难。此外，其固有的体积大、重量重、容易铁磁谐振、抗干扰差等弱点，也难以满难以满足新一代电力系统自动化、电力数字网等的发展需要，使得目前电力系统的安全运行和自动化水平都无法达到安全生产所需要的应有水平。（电子的也有点问题呢，量程自动调整看起来容易，做起来还有点难） 随着光电子技术的迅速发展，许多科技发达国家已把目光转向利用光学传感技术和电子学方法来发展新型的电子式电流互感器，目前国际电力设备大公司如ABB等纷纷加紧光纤传感器及相关电力测控设备产业化进程，并将向中国市场推出相关产品，准备宰我们来了，当然会友好的提供给我们政府xx什么的。 电子互感器主要包括光电式互感器和其它各种利用电子测试原理的电压、电流传感器，它是利用光电子技术和光纤传感技术来实现电力系统电压、电流测量的新型互感器。大致可以分为有源型和无源型两种。有源型的是指在传感头部分需要电源；无源型的则在传感头部分不需电源。两者的结构各异，但他们和电传统磁式的电流互感器比较起来，均具有类似的种种优点，即能有效地克服传统互感器的各种缺陷，同时又能以光数字信号输出，取消大量的二次线路，为电力系统的安全运行、节约成本、优化二次设备提供坚实的基础。以电子互感器和光纤通讯网络为基础构成的光纤化发（变）电站综合自动化系统已成为电力自动化发展最有前景的方向之一。不都在讲要站在高科技的最前沿，代表先进的生产力吗，这就是最前沿了。谁要是能做个样板站，我想全世界的目光都会在哪里集中，也许还会出几个工程院士，先进的生产力也就代表了。 有源型的电子互感器主要采用空心线圈，或者传统的互感器加光纤传输，一看就明白了前者换汤也换药了，后者是换汤不换药，自然不是发展方向，倒是可能成为廉价的改造方向。无源型的电子互感器主要包括全光纤互感器和光学互感器，看清楚，光纤和光学不是一回事情，不能想当然，差不多。想知道原理，不要急，后面有详细的介绍，保证看的你xx，一般的认识是老师把学生搞的糊涂了就显出高水平来了。 鉴于有源式的光电式电流互感器结构比较简单，它的各个部分的功能也易为了解，下面以一种采用激光供能的有源式的光电式电流互感器为例介绍光电互感器的原理。 这么做有什么优点？ 电子式互感器首先是绝缘性能优良，价格便宜啊，都是光纤绝缘还不好处理啊，只有一个很小的高压头，一点电子元件，还不便宜啊，麻起胆子算，成本还能过2 万？它不含铁芯，自然就xx了磁饱和和铁磁谐振的问题，也不会饱和，所以动态范围大，测量精度高，额定电流可测到几十安培几千安培，过电流范围可达几万安培；它没有线圈，所以抗电磁干扰性能就好，低压边也无开路高压危险；传感头部分的频率响应取决于光纤在传感头上的渡越时间，实际能测量的频率范围主要决定于电子线路部分。光电式电流互感器已被证明可以测出高压电力线上的谐波，还可用于电网电流暂态、高频大电流与直流的测量，而电磁感应式电流互感器是难以进行这方面的工作的，现有的保护装置由于受传统的互感器性能的限制，其保护原理基本上是基于工频量进行保护判断的，易受过渡电阻和系统振荡、磁饱和等的影响，其保护性能难以满足当今电力系统向着超高电压、大容量、远距离方向的发展要求，利用故障时的暂态信号量作为保护判断,是微机保护的发展方向，光电互感器显然能满足这一要求，而传统互感器则不能；它没有使用油来绝缘，自然就xx了易燃、易爆炸等危险；电子式电流互感器传感头本身的重量一般小于1kg，据美国西屋公司公布的345kV的MOCT，其高度为2.7m，总重量为109kg，而同电压等级的油浸式电流互感器高为5.3m，重量2300kg，所以它体积小、重量轻、节约空间，给运输和安装都带来了很大的方便；它适应了电力计量和保护数字化、微机化和自动化发展的潮流，电磁感应式电流互感器的5A或 1A输出规范必需采用光转换技术才能与计算机接口，而光电式电流互感器本身就是利用光电技术的数字化设备，可直接输出给计算机，避免中间环节；将电压电流传感器集于同一绝缘结构中，构成组合型光电互感器，更是大大提高了xxx；光电互感器不仅可以做成独立式的互感器,而且可以装在GIS、PASS等高压开关和变压器的电流套管中,与其它光纤传感器一起,使一次设备智能化和多功能化，它的出现开创了未来光纤化变电站的美好前景。 这么好多东西怎么不快点出啊？谁都想搞快点，但是它还是难搞啊。 电子式电流互感器主要存在加工要求高、电源问题不好解决，传感头对温度和振动比较敏感等问题。如果采用空心线圈（Rogowski线圈），那它绕制的方式、加工精度以及工艺要求都非常严格，需要厂家耐心细致的试验和摸索；如果采用法拉第传感器，它检测的是光的偏转角，那么安装和振动导致的细微变化都将直接影响测量结果；如果采用有源的方式，安装和加工要求相应降低了，风险也降低了，但是电源如何解决就成了问题，目前在GIS上是直接用导线引电源，那是因为电压等级比较低可以行，但是如果是高压、超高压和特高压肯定就不行了，采用激光供电是一种方法，但是也有自身的缺点，它传递的能量有限，能量转化的器件使用寿命也是问题，还有采用太阳能供电的方案，采用感应电供电，采用电容器分压互感器供电，采用高能电池供电等多种方案，每种方案都不能十全十美。 高压电子式互感器 3、 国内外研究现状 世界范围内对电子式互感器的应用研究，从60年代兴起，70年代形成高潮，但当时仍处于精度低、温度影响没有较好解决的阶段。进入80年代以来，光电子技术、PC微机、单片机及数字处理器技术的兴起与成熟，为研制出高性能的光电式电流互感器奠定了基础。2000年后，电子式互感器的研究开发进入了快速发展时期，ABB公司、Alstom公司、Siemens公司走在了最前面。2002年的时候，我看到了上海一个研究所搞的基于光互感器的微机保护样本，如见天人，高山仰止啊，可惜好景不长，我很快就知道沦为洋奴的上海人根本就不是自己搞的东西，用的是 ABB的，糊弄我们“乡下人”。 ABB公司的进展情况 ABB公司利用波克效应开发出了无源型光电电压互感器，户外互感器做到了420KV级，GIS互感器做到了60～120KV级。他们还利用法拉第效应开发出无源型光电电流互感器，做到了69kV～765kV电压等级的，测量电流范围为5～2000A，准确度达到±0.2％。同时，他们研制了用于GIS中的复合电子式电压、电流互感器，电流测量范围为5A～2000A，电压测量范围为69～500kV，准确度都达到±0.2％，在这种复合电子互感器中，电压测量是直接使用电容环测量，没有使用分压器。 Alstom公司的进展情况 Alstom公司的电子式电流互感器是利用Faraday效应研制的，做到了100～800kv级，在－30～50℃的范围内准确度达到±0.2％。光电电压互感器已做到345kv级。2000年，他们研制的362kV电子式电流互感器已经开始向LCRA和CINERGY等美国公司供货。 国内对电子式互感器的研究处于初始阶段，其结构和功能还不完善，与国外比有较大差距，离实用化还有一段距离。目前国内外许多科研机构和大专院校的研究人员正致力于光电互感器等新型互感器的研究。从事这方面的主要研究单位有清华大学、华中科技大学、上海大学等。其中，由于无源的光学或者光纤互感器有一定的难度，不好把握，所以有源的空心线圈互感器成为国内研究人员的{sx}，因为他们的目标市场只是取代GIS中的组合电子互感器。一些喜欢投机的小公司甚至是一些非典型性的研发公司和制造厂家也参与到了其中，大多急功近利，与高校一道扮演“骗子”角色，弄电国家支持的银子花花，舍不得孩子的做法决定了他们套不住狼。 我看到一个报道，国家下文同意将某公司的电子式互感器产业化示范工程项目，列入国家高新技术产业发展项目计划，项目总投资6000多万元，建设期两年，年产电流互感器3000套、电压互感器500套，预计效益年销售收入2.2亿元，年利税7500多万元。2年时间早就过去了，国家的钱肯定是花光了，而且可能是超了，然而销售和利税没有看见，关键是产业化的产品没有看见。一个偶然的机会我看到了它的成果，我自己掂量了一下，究竟要花多少钱能得到这个结果，我的答案是6000元人民币！注意这个成果是不可能产品化的，因为它不能实际使用。有报道说他们经过多少个多月的强力攻关，终于研制成功并通过国家某科研部门组织的严格测试，各项参数全部达到设计要求，但研发人员说测的参数事先已经预计并修正好的。学术造价是个人学术道德的沦丧，而科研成果的xx则是国家创新力的堕落。一些学术xx心知肚明，却故意装聋作哑，只要能搞来钱就默认，可悲！ 与此相反的是我也看到一些很小的公司在力所能及的范围内扎实的开展这项工作，国家一些退休的专家也默默无闻的参与了这些工作，他们的敬业、坚持和良心使我感动。 再后来，我看到一则消息，2005年5月26日，国家电网公司在南京南瑞继保公司组织召开了“电子式电压电流互感器”项目的验收会，与会专家给出如下验收结论：“电子式电压电流互感器绝缘简单可靠、性能稳定、线性度好，研制的GIS用电子式电流、电压互感器为国内xx，达到国际先进水平。”这消息应该是不错的，因为沈国荣院士是非常求实合严谨的，现在已经一年多了，不知道什么原因，在市场上还是没有见到相关的产品，也许是电子互感器的春天还没有来临？ |
在这种光电式电流互感器的高电位侧的传感头中，全部采用的是电子器件。在高电位侧用空心线圈（Rogowski线圈）将母线电流变成电压信号，该电压信号为模拟量，经过A/D转换成数字信号，用电光转换电路将此数字信号变为光信号，然后通过绝缘的光纤将光信号传送下来（
电子电路就要有稳定可靠的电源给它供电，怎么办？其中一种办法就是采用激光光源将光能从地电位侧通过光纤送到高电位侧，再由光电转换器件将光能转换成为电能，经过电源稳定电路后，给各电子电路供电。这样传上的和传下的都是光纤，绝缘很好处理，也不怕电磁干扰。当然还有其他的供电办法。
