【摘 要】光電電流互感器在實(shí)際的使用中有著突出的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)用性，因而日益得到廣泛地運(yùn)用。近些年來(lái)，光電電流互感器開(kāi)始逐步在GIS上運(yùn)用，而且已經(jīng)取得了較深的進(jìn)展。本文將結(jié)合實(shí)例就光電電流互感器在GIS上的設(shè)計(jì)與運(yùn)用進(jìn)行探討，以期取得深入的研究成果。

【關(guān)鍵詞】GIS 光電電流互感器 設(shè)計(jì) 運(yùn)用

一、引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于電力需求的日益增長(zhǎng)，電網(wǎng)運(yùn)行中的電流和電壓對(duì)電力系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，使得過(guò)去的電流互感器的體積變得越來(lái)越大，其中的絕緣結(jié)構(gòu)也變得越來(lái)越復(fù)雜，而且由于過(guò)去的電流互感器存在磁滯、不能二次開(kāi)路等問(wèn)題，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足電力發(fā)展的要求，使得傳統(tǒng)的電流互感器的實(shí)用性受到了很大的質(zhì)疑。并且過(guò)去的電流互感器只能輸出模擬信號(hào)，不能輸出數(shù)字信號(hào)，因而無(wú)法和數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)對(duì)接。為了解決這些問(wèn)題，適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，光電電流互感器應(yīng)運(yùn)而生了。光電電流互感器根據(jù)磁光效應(yīng)的原理和結(jié)構(gòu)可分為有源型、無(wú)源型和全光纖型等三種類(lèi)型。光電電流互感器具有如下的優(yōu)點(diǎn)：一是其內(nèi)部不含鐵芯，故不存在磁飽和和鐵磁諧振等干擾現(xiàn)象，使得光電電流互感器的運(yùn)行狀態(tài)更加穩(wěn)定，確保了電力系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)；二是光電電流互感器由于其高低壓之間的通過(guò)光纖聯(lián)系，在光纖超高的絕緣性能下，可以進(jìn)行二次回路的開(kāi)路，故而不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)槎伍_(kāi)路導(dǎo)致的高壓的危險(xiǎn)，并且消除了電磁的干擾，確保了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性；三是光電電流互感器的過(guò)電量十分巨大，可以有效消除線路短路時(shí)引發(fā)的瞬時(shí)電流過(guò)高下導(dǎo)致的磁飽和的問(wèn)題，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；四是不具有易燃易爆等危險(xiǎn)性因素；五是光電電流互感器的體積小，制造成本較低，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

二、GIS中光電電流互感器的設(shè)計(jì)與運(yùn)用實(shí)例

接下來(lái)，本文將以某一GIS項(xiàng)目為例，就光電電流互感器在GIS中的設(shè)計(jì)與運(yùn)用進(jìn)行探討。該GIS項(xiàng)目中電壓為126KV，自項(xiàng)目正式運(yùn)行以來(lái)，電力系統(tǒng)運(yùn)行未發(fā)生重大故障，運(yùn)行狀態(tài)較為平穩(wěn)。

1.光電電流互感器設(shè)計(jì)與運(yùn)用的思路

GIS項(xiàng)目組成員在項(xiàng)目之初就產(chǎn)生了激烈的爭(zhēng)論，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)之一就是將光電電流互感器放置在六氟化硫氣體中還是放置在自然空氣中。

第一種方案將光電電流互感器放置到六氟化硫之后，此時(shí)光電電流互感器在六氟化硫氣體之中就相當(dāng)于至于很高的氣壓環(huán)境內(nèi)，但是光電電流互感器要想與控制箱實(shí)現(xiàn)連接，就需要光纖起到連接作用。但是從六氟化硫的高氣壓環(huán)境中如何將光纖接到控制箱是一個(gè)十分困難的問(wèn)題。如果將光纖按照電磁式電流互感器的形式制作接線端口，那么，此時(shí)就需要十分專(zhuān)業(yè)的無(wú)縫焊接技術(shù)。但如果采用焊接的形式，又回到光電信號(hào)通過(guò)光纖形成一定的干擾，更為重要的事，焊接形式的牢固程度還不能確保。

第二種方案就是將光電電流互感器放置在平常的空氣環(huán)境中。這種方案，不需要考慮空氣壓力的因素，也就不需要考慮焊接的問(wèn)題。但這種方案的最大問(wèn)題就是如何確保光電電流互感的密閉性以及渦流是否會(huì)對(duì)測(cè)量的精度產(chǎn)生的影響，以及可能產(chǎn)生的影響。

GIS項(xiàng)目組成員在經(jīng)過(guò)認(rèn)真的分析比對(duì)后，最終還是選擇了第二種方案。第二種方案將系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性以及穩(wěn)定性放在了首位，并且還將方案實(shí)施的可操作性考慮進(jìn)來(lái)了。

2.方案問(wèn)題的解決

將光電電流互感器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器進(jìn)行分析對(duì)比后，最終確定將光電電流互感器放置在空氣中，并進(jìn)行了如下的設(shè)計(jì)：

首先，應(yīng)當(dāng)擁有一個(gè)合適的大型法蘭，將光電電流互感器放置在大型法蘭內(nèi)，并在大法蘭的側(cè)面引出光纖，此時(shí)光纖與光電電流互感器的連接處的部位在互感器的內(nèi)側(cè)，連接處再用另外相應(yīng)型號(hào)的大法蘭壓緊，從而實(shí)現(xiàn)了光電電流互感器與六氟化硫氣體的有效隔絕。

其次，由于法蘭屬于金屬物質(zhì)，兩個(gè)大法蘭金屬面直接接觸會(huì)在光電電流互感器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生環(huán)流，而這將會(huì)對(duì)于光電電流互感器的測(cè)量精度和準(zhǔn)度產(chǎn)生直接的干擾。為了解決這個(gè)問(wèn)題，考慮到環(huán)流的電壓很低，因此可以在兩個(gè)大法蘭的金屬接觸面采取靜電噴涂的形式，以阻斷環(huán)流回路，并且確保了六氟化硫提起的密閉性。

最后，由于這種設(shè)計(jì)運(yùn)用了法蘭的結(jié)構(gòu)，因而會(huì)使得光電電流互感器的電場(chǎng)發(fā)生改變。為了有效地確保這種設(shè)計(jì)方案能夠通過(guò)測(cè)試和驗(yàn)收，需要對(duì)該方案進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬計(jì)算需要使用到限元分析軟件，當(dāng)前市場(chǎng)上較為成熟的限元分析軟件為ANSYS。運(yùn)用ANSYS對(duì)兩個(gè)法蘭的金屬環(huán)與導(dǎo)體進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)使用雷電制造設(shè)備施加550KV的電壓在導(dǎo)體上，此時(shí)法蘭和屏蔽罩屬于地電位，經(jīng)過(guò)ANSYS軟件的精確分析，最終計(jì)算出法蘭及屏蔽罩邊沿部位的場(chǎng)強(qiáng)為最大，最大值可達(dá)到20kv/mm，這意味法蘭結(jié)構(gòu)的絕緣性較好。

該方案經(jīng)過(guò)項(xiàng)目組人員的深入研究和科學(xué)精確地模擬計(jì)算，最終得以通過(guò)測(cè)試和驗(yàn)收。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)運(yùn)行了較長(zhǎng)時(shí)間，系統(tǒng)運(yùn)行較為平穩(wěn)，效果良好。當(dāng)前我國(guó)在光電電流互感器的研究方面已經(jīng)取得了一定的研究成果，但在高電壓等級(jí)上還存在亟待解決的難題。例如，如何降低應(yīng)力和溫度導(dǎo)致的雙折射的情況，如何確保系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的運(yùn)行，以及如何加強(qiáng)運(yùn)行中的準(zhǔn)度和精度。

三、結(jié)論

通過(guò)對(duì)光電電流互感器在GIS上思路、方案選擇、實(shí)驗(yàn)及問(wèn)題的解決的論述上，可知光電電流互感器在GIS上設(shè)計(jì)與運(yùn)用上已經(jīng)取得初步的成果。鑒于光電電流互感器相較于過(guò)去的電磁電流感應(yīng)器具有明顯的優(yōu)勢(shì)，光電式電流感應(yīng)器目前獲得了越來(lái)越多的生產(chǎn)廠家和用戶(hù)的肯定，可以預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)，光電式電流感應(yīng)器將會(huì)全面替代電磁式電流互感器，并將互感器的技術(shù)提升一個(gè)大臺(tái)階，使電流互感器的技術(shù)更加成熟，為互感器技術(shù)發(fā)展的事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧啟柱.新型光電式電流互感器的研制[J].光電子技術(shù)，2009（03）.

[2]胡丹、錢(qián)波.高性能通用信號(hào)處理器[J].火控雷達(dá)技術(shù)，2010（03）.

[3]盧啟柱、劉豐、蘆鑫、張保軍、畢衛(wèi)紅.有源型光纖電流互感器的研究[J].光通信技術(shù)，2009（06）.

[4]王曉艷、魏新宇、馮家鵬.一種有源式電子電流互感器的設(shè)計(jì)[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008（17）.

[5]王曉艷、魏新宇.一種VFC式電子電流互感器的設(shè)計(jì)[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2008（05）.