[发明专利]用于电力系统的组合互感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电力系统的组合互感器，尤其涉及一种独立电子式组合互感器。

背景技术

电力系统中需要采用互感器对高压大电流和高电压进行测量，以实现电力系统的保护、控制与电能计量。在此过程中还需要将一次高压和二次低压进行电气隔离。组合互感器是一种同时具备电流和电压测量功能并能够同时对一次高压与二次低压进行电气隔离的设备。

在传统的组合互感器中，电流和电压的测量均采用基于法拉第电磁感应原理的带铁心的电磁式互感器技术。目前这种组合互感器广泛应用于全世界的电力系统中。由于其中的电压互感器采用电磁式，故铁心和一次绕组构成的电感元件在一定运行条件下可能与电网上的电容元件(如断路器、电容器等)形成铁磁谐振，从而影响电网的稳定运行。其次，在二次侧上电压互感器不能短路而电流互感器不能开路，否则短路后形成的大电流或开路后形成的过电压将对互感器造成很大损伤。此外，传统互感器的输出界面适用于机电继电器，且单个线圈的输出功率有时较大，进而使得互感器使用的磁芯截面积大，损耗大，增加了互感器的体积。

对于高压侧有源型电子式组合互感器，电流测量部分位于互感器上部的高压侧，一次电流经一次导电杆从电流互感器中心穿过，其中一般采用空心线圈作为保护级用互感器，并采用低功率线圈作为测量级用互感器，而电流互感器的二次输出被转换为数字光信号后经光纤发送到低压侧。电压测量部分一般位于绝缘子中，多采用电极式电容分压器。这种组合互感器的稳定性较差，电流测量误差直接受到高压侧电源电压和各电子器件工作状态的影响，而由于电压测量采用的是电容分压器原理，输出误差需要在现场安装后进行校准，故不能做到即插即用。电力系统中互感器的设计寿命一般要求达到30年，而高压侧有源型电子式组合互感器的电子器件的寿命一般只有4到5年，且几乎无法正常检修而只能在停电后才可以更换或修理，但是非正常停电对电网的稳定运行会造成很大影响。其次，高压侧有源型电子式组合互感器的抗电磁干扰能力较差，输电网络上因隔离开关等操作形成的过电压可能导致高压侧电源或电子模块的死机或直接被击穿。再次，电流互感器的电流保护功能采用空心线圈，需要通过二次积分来实现二次输出电压与一次电流的线性关系，但无论采用何种形式的积分器，其积分器的时间常数都会对输出波形造成一定的畸变，特别是在积分器时间常数不够大的情况下，当一次通过短路电流时，罗氏线圈输出的拖尾现象非常严重，甚至会导致保护异常动作，影响电网安全运行。

对于高压侧无源的纯光电子式组合互感器，电流测量部分位于互感器上部的高压侧，采用基于法拉第磁光效应的全光纤式或磁光玻璃式敏感环。该组合互感器的缺点在于互感器造价偏高，对材料(特别是电流互感器的保偏光纤及电压互感器的压电晶体)要求非常高，是传统互感器的数倍甚至十几倍。电流测量部分的光纤敏感环和电压测量部分的晶体不仅对一次电流形成的磁场和一次电压形成的电场敏感，同时也是压力、温度等的传感元件，在互感器运行中的振动和温度变化等均可能会对误差造成直接的影响。此外，二次信号的处理回路复杂，输出信号均伴有白噪声，在无一次电流时，因白噪声的干扰，该组合互感器还会输出二次信号，不能满足计费需要。如果电压测量采用了电容分压器与泡克耳斯(pockels)效应相结合的技术，则电压部分的测量误差也必须现场校准，不能做到即插即用。

因此，本领域需要一种用于电力系统的成本合理、可靠性高且安装方便的组合互感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种组合互感器，避免使用现有组合互感器在安装后的误差校准，且成本合理、可靠性高、使用寿命长且可即插即用。