導(dǎo)語：低壓互感器在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著智能電網(wǎng)的推進，二次設(shè)備越來越多地使用微電子技術(shù)，對電磁干擾的敏感性日益增強。同時，互感器和繼電保護設(shè)備的就地化安置使得部分二次設(shè)備長時間工作在高場強環(huán)境中，出現(xiàn)電磁干擾問題的概率也大大增加。本文重點研究低功率線圈結(jié)構(gòu)電子式互感器的傳變特性，分析各雜散參數(shù)對模型幅頻特性響應(yīng)的影響情況，完成低壓互感器在具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的智能建筑配電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；互感器；傳變特性；影響

1智能建筑配電系統(tǒng)相關(guān)概述

1.1智能配電系統(tǒng)的含義與特點

智能配電系統(tǒng)集物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、專家系統(tǒng)、生物識別、圖像識別、全息感知、5G通訊、北斗短報文等新技術(shù)，構(gòu)建了一個多源協(xié)調(diào)管控、輸配電智能監(jiān)管運維、智慧用電為一體的綜合能源管理平臺。其特點主要包括：（1）無人值守，自動監(jiān)測；（2）自主預(yù)警，分級推送；（3）精準(zhǔn)監(jiān)控，智能分析；（4）靈活設(shè)置，管理閉環(huán)。

1.2智能建筑配電系統(tǒng)的設(shè)計要求

近年來，智能電網(wǎng)加速建設(shè)進一步擴大了市場和用戶側(cè)對于智能設(shè)備的需求，一二次設(shè)備的融合使得整個電力系統(tǒng)及傳統(tǒng)電力設(shè)備制造行業(yè)發(fā)生了巨大的變革。越來越多的二次設(shè)備被就地化安置，在自動控制領(lǐng)域采用多層分布式的保護與控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了設(shè)備的就地化控制和自動保護脫離。配電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電磁干擾突出表現(xiàn)在一次系統(tǒng)對于二次設(shè)備的干擾，例如開關(guān)或斷路器操作時產(chǎn)生的暫態(tài)電磁干擾。據(jù)國家電網(wǎng)公司不完全統(tǒng)計，1835臺現(xiàn)場運行的電子式互感器其中發(fā)生ECT故障137次，發(fā)生EVT故障51次。為了確保智能電力二次設(shè)備的正?？煽窟\行，研究和抑制電子式互感器收到的干擾信號能有效減少二次設(shè)備的誤操作，能在根源上增強設(shè)備的抗干擾能力，對互感器進行電磁兼容設(shè)計具有重大的現(xiàn)實意義。供配電系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)系到相關(guān)建筑和住戶、商鋪的安全，再設(shè)計過程中的要求有：（1）安全性；（2）可靠性；（3）高效低質(zhì)量使用電力。我國的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：額定輸出頻率范圍是50Hz，允許頻率偏差范圍是0.2～0.5Hz；（4）靈活性和方便性；（5）經(jīng)濟性；（6）可擴性。

1.3智能建筑配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同性

配電系統(tǒng)通常是智能建筑最主要的能源來源，一旦電力中斷，大部分系統(tǒng)就會立即失效。因此，可靠、連續(xù)地供電是使智能建筑正常工作的前提條件。與常規(guī)配電系統(tǒng)相比，智能建筑的配電系統(tǒng)可以自動、持續(xù)地監(jiān)測所有配電設(shè)備的運行/故障狀況和運行參數(shù)，并具有自動應(yīng)急處理功能，因此，它具有較高的可靠性，更好的電力連續(xù)性；智能建筑配電系統(tǒng)柔性好，可擴展性強，可以隨時變更、擴展，滿足發(fā)展需要；自動化度高，可以大大提高配電系統(tǒng)管理水平，實現(xiàn)無人值守配電系統(tǒng)，并能夠提高能量的利用，最大程度地實現(xiàn)節(jié)能；智能建筑的配電系統(tǒng)也可以很方便地連接到其他建筑自動化系統(tǒng)，構(gòu)成了完整的建筑自動化監(jiān)測系統(tǒng)。智能建筑的配電系統(tǒng)是智能區(qū)域內(nèi)必不或缺的一個重要部分。第二，在智能建筑的7個弱電系統(tǒng)中，只有配電系統(tǒng)處于強和弱電的兩大類系統(tǒng)中。它既是弱電系統(tǒng)的一部分，又是強電系統(tǒng)的一部分，對配電設(shè)備實行連續(xù)、持續(xù)的監(jiān)測。這就決定了在智能區(qū)配電系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)和安裝時，必須處理強弱之間的關(guān)系，以保證系統(tǒng)功能的滿足，同時確保系統(tǒng)安全可靠。

2低壓電子式互感器應(yīng)用概述

2.1電子式互感器的概念

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20840.7-2007定義，電子式互感器是一種由連接到傳輸系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一個或多個電流或電壓傳感器組成的測量裝置，用于傳輸正比于被測量的量，以供給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置?；诜ɡ陔姶鸥袘?yīng)原理，傳統(tǒng)的電流互感器（CT）通常采用羅氏線圈結(jié)構(gòu)或低功率線圈結(jié)構(gòu)，電壓互感器（VT）則通常為電容、電阻或者阻容分壓器。其對于高電壓、大電流采得的信號為模擬信號，不僅體積大，且抗電磁干擾能力弱。電子式電流互感器（ECT）和電子式電壓互感器（EVT）在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝了一種將模擬量就地數(shù)字化的轉(zhuǎn)換器，用非常小的尺寸達(dá)到了高性能的標(biāo)準(zhǔn)。其目的是在接近信號源的地方，將采集到的電壓或電流的模擬信號轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定而可靠數(shù)字量，再經(jīng)由光纖或電纜將采樣得到的數(shù)字信號傳遞到二次轉(zhuǎn)換器和合并單元。

2.2電子式互感器的分類及特點

電子式互感器的構(gòu)成要素主要分為傳感單元、采集器和合并單元3個部分。其中電流傳感單元可以劃分為四種方式：羅氏線圈、低功率線圈、磁光玻璃和光纖環(huán)；電壓傳感單元主要是電容、電阻、阻容分壓器或光學(xué)分壓設(shè)備。此外，根據(jù)傳感單元是否需要電源供電還可以將其分為有源型電子式互感器和無源型電子式互感器。雖然電子式互感器的傳感原件的類型繁多，但是從整體上看可以簡略地劃分為電氣傳感元件和光學(xué)傳感元件兩種。以電子式電流互感器為例，電氣傳感探頭的工作原理是利用法拉第電磁感應(yīng)原理，通過采樣繞組采集到高壓側(cè)電流信號，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，再通過光纖傳遞到低壓側(cè)，還原成電信號后進行放大和輸出；光學(xué)傳感元件（磁光玻璃）的工作原理是利用低壓側(cè)光源發(fā)出的偏振光，通過光纖傳遞到高壓側(cè)的過程中偏振面在磁場中的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，完成對一次側(cè)電流的測量。與傳統(tǒng)電磁式互感器相比較，電子式互感器具備絕緣簡單、質(zhì)量輕、成本低、動態(tài)范圍大、精度高、頻帶寬的性能優(yōu)勢。在運行中，傳統(tǒng)的電磁式互感器二次回路不能出現(xiàn)開路的情況，否則在復(fù)變繞組中感應(yīng)出的高電壓會嚴(yán)重危及設(shè)備和人員的安全。由于電子式互感器的高低壓側(cè)之間采用光纖通信，完成了一二次設(shè)備的電氣隔離，極大地提高了設(shè)備運營的安全性，因此電子式互感器已被廣泛地運用于配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中。

3低壓互感器建模方法

3.1數(shù)據(jù)采集與模型建立方法

通過文獻調(diào)研，目前國內(nèi)外對于互感器和電子式互感器寬頻等效模型的研究資料比較匱乏，由于不同公司生產(chǎn)、不同工作原理、不同安裝方式的互感器對于其模型有非常大的影響，目前學(xué)術(shù)界罕有能反映某一類互感器工況的分布參數(shù)模型，對于電子式互感器的頻率響應(yīng)研究也主要集中于數(shù)值計算。因此在電子式互感器仿真模型建立和參數(shù)確定的過程中缺乏理論依據(jù)。本文將采用現(xiàn)場測量和數(shù)值仿真計算相結(jié)合的方式，對照Comsol有限元模型的仿真值，綜合確定HCLJ32-10中各參數(shù)，特別是雜散參數(shù)的取值，建立該一體化傳感器的分布參數(shù)模型。在此基礎(chǔ)上，分別將模型中的各個參量在一定鄰域內(nèi)變動。倘若變動范圍較小，則可以將模型中的各個參數(shù)看作線性獨立的參量，也即某一參數(shù)的變化不影響其他參數(shù)的取值。由此得出互感器對于其回路拓?fù)渲械母鱾€參數(shù)的敏感度，得到此類互感器較為普適性的敏感參數(shù)。最后，對HCLJ32-10的分布參數(shù)模型進行時域仿真，對其輸入端施加模擬操作波干擾，研究二次側(cè)響應(yīng)，分析在實際開關(guān)動作過程中可能出現(xiàn)的問題，對該一體化傳感器的電磁兼容防護給出改進建議。

3.2電壓互感器模型分析

HCLJ32-10一體化傳感器中所使用的電壓互感器為電容分壓器，采用多電容串聯(lián)分壓結(jié)構(gòu)?？紤]到雜散電阻和電感的影響，電容分壓器的每一個電容都可以等效為RLC的串聯(lián)支路，且阻值和電感值都極小。電容器的內(nèi)阻和內(nèi)感是由電容器的材料、結(jié)構(gòu)和制造工藝所決定的，不可能從根源上消除，這使得電容器在不同頻段顯現(xiàn)出不同的特性。電容分壓器的雜散電阻測量值在較寬頻帶下呈現(xiàn)出穩(wěn)定的特性，在模型建立中取中頻段電阻穩(wěn)定值與諧振點阻抗計算值相比較.發(fā)現(xiàn)誤差較小。經(jīng)過重復(fù)測量，HCLJ32-10中電壓互感器各項參數(shù)均較為穩(wěn)定，如圖1所示。在分析時，可將較寬頻段內(nèi)電容器的雜散電阻視為恒定值。圖2a）、b）分別為實際測量得到的HCLJ32-10一體式互感器中電壓互感器高低壓臂電容的頻率特性。注：圖中測量結(jié)果電容負(fù)值即表示該器件呈現(xiàn)出電感特性。a）低壓臂頻率特性b）高壓臂頻率特性圖3-2電壓互感器頻率特性測量圖由于HCLJ32-10中互感器采用頻率響應(yīng)特性較好的薄膜電容，具有較好的頻率響應(yīng)。圖2為電容互感器實際測得的頻率響應(yīng)曲線。從圖中可以看出，電容器低壓臂由容性元件轉(zhuǎn)為感性元件的頻率點為116kHz，高壓臂為1.12MHz。隨著頻率繼續(xù)升高，在3.82MHz左右，互感器的高壓臂電容組電抗再次發(fā)生突變。當(dāng)頻率高于3.82MHz時，測得電容組再次對外呈現(xiàn)容性。由于HCLJ32-10一體化傳感器中電容分壓器高壓臂采用多電容串聯(lián)分壓結(jié)構(gòu)，懷疑當(dāng)外施電壓頻率在3.82MHz時，呈現(xiàn)感性的高壓臂電容組和設(shè)備與地之間的分布電容產(chǎn)生了并聯(lián)諧振。表1電容分壓器參數(shù)低壓臂高壓臂工頻CRLCRL變比測量值1.96μF0.179Ω0.8μH604pF8.61Ω30μH3245官方值1.8μF620pF3077相對偏差8.9%2.6%5.4%經(jīng)過多次測量，得到電容分壓器的具體參數(shù)。如表1所示，同廠商給出的參考值相比較，HCLJ32-10中電容分壓器測定的各項參數(shù)偏差較小。此外，由于電流互感器中某些雜散參數(shù)的量級過小，如一二次側(cè)繞組之間的電容等，無法利用儀表直接測定。本文采用簡化模型的數(shù)值計算和Comsol有限元仿真電場模型來給出參考值。COMSOLMultiphysics軟件一款對基于偏微分方程的多物理場系統(tǒng)進行建模和仿真計算的分析平臺，可以靈活地自定義模型，同時也支持多種模型格式文件的直接導(dǎo)入。軟件中內(nèi)嵌了大量的材料庫供用戶直接調(diào)用，同時也可以任意更改修正材料的物理屬性及邊界條件。圖3為HCLJ32-10一體化傳感器額定工作狀態(tài)下內(nèi)部及周圍空間內(nèi)的電場分布情況。以一二次側(cè)之間的分布電容為例，從圖中可以看出10kV母線導(dǎo)桿、連接件和電容分壓器等高電位元件均較為密集的分布在線圈的周圍，大大增加了ECT和EVT之間的容性傳導(dǎo)耦合關(guān)系，增加了一二次側(cè)之間的分布電容。僅考慮導(dǎo)桿對線圈的分布電容時，該分布電容的簡化計算值為10.8pF，仿真結(jié)果為8.91pF，兩者偏差不大。當(dāng)考慮了連接件等線圈其他元件對線圈的分布電容情況時，一二次側(cè)之間的電容增大為18.4pF。當(dāng)高壓引線中有電磁侵入波傳來時，這種特殊的結(jié)構(gòu)可能會在電流互感器二次側(cè)耦合出幅值更高的干擾波，影響互感器及與其相連接設(shè)備的電磁兼容性能。根據(jù)計算和仿真得到的結(jié)果，可以確定電流互感器模型中各元件參數(shù)的取值，建立起該ECT的電路結(jié)構(gòu)模型。

3.3互感器敏感性分析

敏感性分析方法是一種分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的系統(tǒng)分析方法。存在某一系統(tǒng),其系統(tǒng)特性P存在n個影響因子，且存在函數(shù)關(guān)系。在基準(zhǔn)值狀態(tài)下,有。令某一影響因素在其概率值域范圍內(nèi)浮動，P的取值將發(fā)生變化。通過分析xi的變動使得特性P偏離P*的程度和趨勢，可以判斷系統(tǒng)特征P對于影響因素xi的敏感程度。這種分析方法被稱作敏感性分析法。系統(tǒng)的敏感程度用敏感度S來表示：以表2中網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的選定值作為基準(zhǔn)值，選取，研究在頻段10Hz～1GHz區(qū)間中，存在任意一點達(dá)到敏感條件標(biāo)準(zhǔn)，則認(rèn)為影響因子為該電流互感器幅頻響應(yīng)的敏感參數(shù)。經(jīng)過研究歸納，HCLJ32-10一體化傳感器的電流測量頻率響應(yīng)的敏感參數(shù)包括二次側(cè)對地電容和線圈內(nèi)阻；較敏感參數(shù)為一二次側(cè)之間的分布電容。試驗結(jié)果表明，影響低功率線圈型電流互感器傳遞函數(shù)的主要雜散參數(shù)為一二次側(cè)之間的分布電容、二次側(cè)對地電容和線圈內(nèi)阻。其中，一二次側(cè)之間的分布電容和二次側(cè)對地電容主要影響線圈的高頻特性，增大其電容值均會降低互感器的上限截止頻率；線圈內(nèi)阻主要影響線圈的低頻特性，增大線圈內(nèi)阻會使得互感器的下限截止頻率增加。有效降低線圈內(nèi)阻對于配電網(wǎng)絡(luò)測量所使用的工頻電子式互感器性能意義重大。

4結(jié)語

綜上所述，本文著眼于低壓互感器在具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的智能建筑配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，根據(jù)華采HCLJ32-10一體化傳感器在現(xiàn)實使用中遇到電磁兼容問題，通過現(xiàn)場試驗和Comsol仿真計算等方法測得互感器相關(guān)參數(shù)，研究電壓和電流互感器的電路拓?fù)浜透哳l傳遞特性，建立起該類型電流互感器較為普適的分布參數(shù)模型。通過定義敏感度，使用Pspice軟件仿真研究各雜散參數(shù)對互感器傳遞特性的影響。

作者：龔科 單位：江蘇凱隆電器有限公司