呂文宏

一、引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，對(duì)于電力系統(tǒng)的容量也提出了新的要求，這就要求不斷擴(kuò)大和提高電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的壓力和等級(jí)，那么就對(duì)于繼電保護(hù)提出了更高的要求。在這一基礎(chǔ)上，就要求互感器能夠擁有較為靈敏的響應(yīng)特征，能夠真實(shí)且有效地反映出故障信號(hào)，從而使得繼電保護(hù)裝置能夠在暫態(tài)過(guò)程并未結(jié)束時(shí)就能夠采取正確的動(dòng)作（工作原理如圖1）。從當(dāng)前的技術(shù)角度來(lái)看，電流傳感器能夠很大程度上這個(gè)問(wèn)題。

圖1 工作原理圖

二、電流傳感器的發(fā)展歷史

本文所介紹的電流傳感器主要是第二代電流傳感器，它是一種三端口的電流型有源集成器件。和第一代電流傳感器相比，它新增加了緩沖器、電流模和電流鏡等，通過(guò)新舊技術(shù)的互補(bǔ)，提高了寬帶和動(dòng)態(tài)范圍，并且具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)速度高和功耗比較低等優(yōu)點(diǎn)。因此，如果將電流傳感器和其他的電子元件進(jìn)行組合，則可以形成一些其他的電路結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)電流傳感器的廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)出更加復(fù)雜和性能更好的模擬電路。

三、電流傳感器在繼電保護(hù)中應(yīng)用的可行性

隨著我國(guó)對(duì)于電力系統(tǒng)要求的提高和電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的輸送容量和電壓等級(jí)也在不斷提高，傳統(tǒng)的互感器在電網(wǎng)測(cè)量和監(jiān)控方面存在著諸多不足，例如以往的絕緣結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積過(guò)大并且也存在著成本過(guò)高的缺點(diǎn)。目前，電流傳感器在光纖通訊網(wǎng)中的應(yīng)用前景十分廣泛，并且已經(jīng)成為電力自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的前沿方向之一。電流傳感器在電量測(cè)量和監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮了重要作用，是實(shí)現(xiàn)電力自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備。新型的電流傳感器克服了尺寸過(guò)大、質(zhì)量過(guò)大和抗干擾能力差的缺點(diǎn)，使得電力系統(tǒng)運(yùn)行得更加安全，更加節(jié)約成本和優(yōu)化。

隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)也相繼實(shí)現(xiàn)了微機(jī)化控制，控制設(shè)備也逐漸趨向小型化，這就要求繼電保護(hù)的相關(guān)控制設(shè)備的接口等也要相應(yīng)改變和適應(yīng)。從這點(diǎn)出發(fā)，我們可以發(fā)現(xiàn)電流傳感器正好符合要求。與其他設(shè)備相比，電流傳感器在這方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。在符合最基本的連接要求的基礎(chǔ)上，設(shè)備的兼容性、方便性和成本的節(jié)約方面等都比傳統(tǒng)的繼電方式更加令人滿(mǎn)意。而且，采用電流傳感器的繼電保護(hù)方式在技術(shù)上也是可行的，尤其是電腦技術(shù)的發(fā)展為電流傳感器的推廣和使用提供了一個(gè)承載平臺(tái)。

四、電流傳感器在繼電保護(hù)中的應(yīng)用方式

1、電流傳感器與繼電保護(hù)接口

從電路的知識(shí)我們可以看出，電流傳感器，是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)電流的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為符合一定標(biāo)準(zhǔn)需要的電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。例如光發(fā)射的部分波長(zhǎng)就可能會(huì)影響到傳感器的運(yùn)行效率，這就要求兩者的波長(zhǎng)和設(shè)置能夠達(dá)到一致。另一方面，我們也可以說(shuō)電流傳感器需要與電路的設(shè)置相互配合，從而形成一個(gè)完整有效的整體。從這個(gè)角度來(lái)看，電流傳感器并不僅僅是提供光信號(hào)或者電信號(hào)，而是兩個(gè)怎樣配合。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，大家討論最多的依然是電流傳感器提供更加有效的電信號(hào)。

從我國(guó)的現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，傳統(tǒng)的電流傳感器的功能較弱，這也就導(dǎo)致了傳統(tǒng)電流傳感器所傳輸?shù)碾妷簝H僅是較小的模擬電壓信號(hào)，也不利于電路的使用和維護(hù)。因此，新型的電流傳感器，改進(jìn)了這方面的設(shè)置，新增了一個(gè)輸出端口，在原來(lái)的基礎(chǔ)上新增加了電子模塊，這樣的方法有利于擴(kuò)大繼電器的應(yīng)用和推廣。這樣的做法可以很大程度上節(jié)省硬件成本，減輕了電流傳輸器的重量，增加了其使用效率，可以非常有效地進(jìn)行繼電保護(hù)，實(shí)現(xiàn)成本效益的最大化。

2、電流傳感器對(duì)繼電保護(hù)的影響

電流傳感器對(duì)于繼電保護(hù)的影響主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。首先是促成了電路保護(hù)方面研究的新發(fā)現(xiàn)。目前我國(guó)市場(chǎng)上關(guān)于繼電保護(hù)的產(chǎn)品較多，工作原理也是多種多樣，但是在原理上并沒(méi)有大的突破，都需要進(jìn)行濾波，這就會(huì)產(chǎn)生延時(shí)，造成資源和電力的消耗和浪費(fèi)。因此，為了進(jìn)一步提高電路的運(yùn)行效率，保證電流運(yùn)轉(zhuǎn)的高效，往往需要研究故障后的暫態(tài)分量，進(jìn)行電路的高速保護(hù)。通過(guò)研究我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的電流傳感器頻響范圍較窄，并不能完整地顯示電流波形，這就造成并不能真實(shí)地反映高頻信號(hào)。新型電流傳感器在這方面的應(yīng)用則可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，為暫態(tài)量提供可靠的保護(hù)，從而保護(hù)數(shù)據(jù)的安全，在一定程度上可以促進(jìn)繼電保護(hù)研究的發(fā)展。

其次是，電流傳感器也可以很大程度上提高繼電保護(hù)的可靠性。傳統(tǒng)電流傳感器由于飽和問(wèn)題及其局限性，造成了未能實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的正確動(dòng)作，尤其是造成飽和，從而產(chǎn)生了不平衡，這就非常容易造成錯(cuò)誤的保護(hù)動(dòng)作。另一方方面，如果在保護(hù)出口短路過(guò)程中，常規(guī)電流傳感器可能會(huì)在一側(cè)電流下達(dá)到飽和，難以在很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電路的保護(hù)。但是新型的電流傳感器則可以在很大程度上避免這個(gè)問(wèn)題，提高繼電保護(hù)的可靠性。

再次，新型的電流傳感器還可以為保護(hù)提供新的功能。電流傳感器的動(dòng)態(tài)范圍波動(dòng)很大，無(wú)論是電路正常還是故障時(shí)都能準(zhǔn)確反映電流的值，這一點(diǎn)就可以在測(cè)量和運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)。另一方面，我們還需要考慮到電流傳感器的另一種特征，可以非常有效地記錄故障發(fā)生瞬間和電路斷裂瞬間的波形，從而可以實(shí)現(xiàn)記錄波長(zhǎng)變動(dòng)和電路開(kāi)關(guān)狀態(tài)的功能，尤其是在近幾年來(lái)，我國(guó)的電力電子設(shè)備不斷增多，它們所產(chǎn)生的電磁干擾也會(huì)對(duì)于電網(wǎng)產(chǎn)生很大程度上的畸變，從而使得情況更加復(fù)雜，這就對(duì)于電流傳感器提出了新的挑戰(zhàn)。

結(jié)語(yǔ)

微機(jī)保護(hù)的普及使得具有高功率輸出的電磁式互感器暴露出許多問(wèn)題，以電流傳感器為代表的新型變換器的出現(xiàn)為此提供了新的解決方案。本文分析了電流傳感器相對(duì)于傳統(tǒng)方式的一些優(yōu)點(diǎn)，介紹了電流傳感器的工作原理，對(duì)電流傳感器在繼電保護(hù)中的應(yīng)用情況進(jìn)行了展望，相信電流傳感器的使用一定會(huì)推動(dòng)繼電保護(hù)的發(fā)展。

（作者單位：云南省楚雄州工業(yè)學(xué)校）