电网运行中“保护神”电子互感器

安徽互感器有限公司（原安徽互感器厂）位于安徽省芜湖市无为县无城工业园区。是专业生产互感器的生产厂家。始建于1964年，至今已有四十多年互感器生产历史，是国家原电力部、能源部定点企业，现为国家电网公司会员单位。公司总占地面100余亩，公司资产总值超亿元，2010年实现销售收入8065元。
　  安徽互感器有限公司多次被评为“经济效益十佳企业”，2002年通过“ISO9001—2000认证”， 2011年“黄山”牌互感器被评为“巢湖市著名商标”。 
　  安徽互感器有限公司一贯重视技术开发及人才的培养，公司技术中心拥有一支互感器专业人员和高级工程师领衔的技术研发队伍，年平均开发新产品近十种，在电子式互感器等方面的研究居于领先水平，并在互感器关键工艺和技术研发方面取得了大量的应用成果，掌握和拥有了一批互感器制造核心技术，产品技术水平、质量水平处于行业领先地位。
　  成果概要
　  电子式电压互感器（即EVT）采用新型传感原理，利用近年来发展起来的微电子技术，能有效地克服传统电力互感器的缺陷，为电力系统的安全运行、节约成本、优化二次设备提供了坚实的基础。作为传统电磁式互感器理想的换代产品，电子式互感器可广泛用于中压领域电力监测、控制、计量、保护系统、工矿企业、高层建筑、配、变电等场所，能有效降低 变电站（配电所）的建设成本和运行维护成本，提高电网运行质量、安全可靠性和自动化水平，因其几乎不消耗能量、无铁心（或仅含小铁心）、且减少了许多有害物质的使用而使其成为节能和环保产品。
　  项目产品由高压臂电阻、低压臂电阻、屏蔽电极、过电压保护装置及模块电路组成。通过分压器将一次电压转换成与一次电压和相位成比例的小电压信号。采用屏蔽电极的方法改善电场分布状况和杂散电容的影响，在二次输出端并联一个过电压保护装置，防止在二次输出端开路时将二次侧电压提高。产品具有以下功能及优点：1、不含铁芯，消除磁饱和、铁磁谐振等问题。2、高精度传感器功能设计。3、信号输入模块功能设计。4、为后续设备实现智能化、数字化打下基础。5、独特的系统安全性设计。6、独特的系统可靠性设计 。7、体积小、重量轻，能有效的节省空间，功耗极小，节电效果十分显著，且具有环保产品的特征。8、安装使用简单方便，运行无需维护，使用寿命高。
　  电子式电压互感器产品是电力行业中电网运行中采用信息手段的保护产品，是完全的自主技术产品，属于功率模块产品，项目的实施符合“十一五”高技术产业发展规划和信息产业发展规划，能够有效推进电网运行的节能降耗，促进电力电子技术和产业化的发展，也是国家发改委2010年新型电力电子产业化功率模块产业化专项重点内容。
　  一、前言和实施背景
　  1、前言
　  安徽互感器有限公司（原名：安徽互感器厂）创建于1968年，是国家原电力部、机械部定点专业企业，1997年又被国家经贸委列入《全国城乡电网建设与改造推荐企业名录》。公司主要生产110kV及以下户内、户外电流、电压互感器，品种规格齐全。产品广泛应用于国家重点工程，并随主机配套出口巴基斯坦、俄罗斯、伊朗等十多个国家和地区。企业以产品质量过硬、服务周到著称。
　  安徽互感器有限公司从互感器设计到互感器制造均积累了丰富的经验。企业拥有一支从产品研制开发到生产制造均有过硬技术的员工队伍。本公司现有员工362人，其中专业技术人员60人。多年来，我公司一直致力于产品质量控制和企业管理工作，1999年通过ISO9001质量管理体系认证，2003年又顺利通过了ISO9001:2000换版认证，2006年获安徽省质量技术监督局颁发《计量检测（保证）体系确认证书》，2009年通过14000环境认证，生产过程全面受控。
　  “质量第一，诚信服务”始终是我公司对客户的坚定承诺。严格、科学的GBT19001-2000-ISO9001：2000质量保证体系、14000环境体系以及雄厚的技术力量，先进的生产和检测设备，为企业产品质量的进一步提高和持续发展提供着强有力的保证和动力。
　  
　  2、实施背景
　  随着计算机技术和电力设备二次系统测量、保护装置的数字化发展，电力系统对测量、保护、控制和数据传输智能化、自动化及电网安全、可靠和高质量运行的要求 越来越高，具有测量、保护、监控、传输等组合功能的智能化、小型化、模块化、机电一体化电力设备，对电网安全、可靠和高质量运行具有重要意义。这已成为国 内外著名电力设备生产企业进行产品研发的主流。
　  传统的电磁式电流电压互感器难以直接完成计算机技术对电流电压完整信息进行数字化处理的要求，难以实现电网对电量参数变化的在线监测。阻碍了电力系统自动化向更高水平发展，因此寻求一种能与数字化网络配套使用的新型电流电压互感器成为电网安全高效运行的迫切需要。
　  二、成果内涵和具体做法
　  1、内涵
　  电子式电压互感器项目由传感器（电阻分压器）和处理电路两部分组成，结构框图如下图1所示，电阻分压构成了互感器的传感单元。被测电压U1绝缘大部分降落在R1上，从R2上取出与U1成正比的小电压信号。通过设置分压比，可以得到符合后续的测量或保护设备输入要求的电压等级。
　  
　  引入处理电路的目的是对分压器的输出进行阻抗变换及相位补偿等，使之满足IEC60044-7规定的二次输出的要求。分压器的输出信号经放大，移相处理后，给出额定方均根值为6.5/√3V(测量)并与被测电压相位差有误差范围内的电压信号。
　  为了防止在低压臂出现过电压，在电阻R2的两端并联一个放电管，其放电电压须略小于或等于低压侧允许的最大电压；同时，在电路输入端也加入适当的保护措施。
　  由于系统采用电阻分压器进行分压，必然存在误差。分压器分压比的误差主要来源于分压器对地杂散电容的影响以及温度漂移。杂散电容是由于分压器与其周围处于地电位的物体之间存在固有电场引起的。漏电流从对地杂散电容中流过，使得分压器的电压呈非线性分布，因而造成测量误差。杂散电容引起的误差包括幅值和相角两方面。温度对处理电路和杂散电容的影响也是产生测量误差一的个原因。温度变化会影响电路元器件的稳定性，使电路的线性度降低。高压端对分压器杂散电容和分压器本体对地杂散电容也会受温度影响。
　  2、具体做法
　  （1）为了解决分压器对地杂散电容的影响，对传感器结构的设计主要采取了以下措施。
　  由于分压器高压端流向本体间的杂散电容电流可以部分补偿本体流向地的杂散电容电流，所以，在分压器顶端加一适当屏蔽电极以改善对地杂散电容引起分压器上电压分布的不均匀。
　  （2）为了解决温度漂移造成的误差：
　  采用耐高压、几何尺寸、温度系数和阻值误差均很小的厚膜电阻，其温度系数为2.5×10-6/℃，最大连续工作电压为22kV。参考国外有关资料（德国、阿施瓦伯、《高电压测量技术》），选取的阻值高压臂为MΩ、低压臂为KΩ数量级。
　  电路部分选用稳定性好、温度系数低的元器件。
　  （3）电路部分为了避免外界电磁干扰
　  低压臂电阻引出信号，以及模拟电路输出，都采用屏蔽双绞线。
　  
　  三、成果实施后所产生的效果
　  1、经济效益
　  生产单位原材料成本表 单位：元 
　  外购原材料 单位 数量 单位原材料成本
　  1 耐高压低温度系数绕线电阻 只 2 40.00
　  2 低压低温度系数绕线电阻 只 2 20.00
　  3 热敏电阻 只 2 10.00
　  4 放电管 只 2 10.00
　  5 TVS管 只 2 6.00
　  6 电压跟随器 套 2 30.00
　  7 滤波器 套 2 20.00
　  8 相位补偿电路 套 2 50.00
　  9 线性放大电路 套 2 50.00
　  10 外绝缘浇注材料 公斤 6 144.00
　  11 模压封装高精度金属膜电阻 只 2 30.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 30.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 20.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 20.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 10.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 10.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 30.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 30.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 30.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 30.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 30.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 30.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 15.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 10.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 10.00
　  模压封装高精度金属膜电阻 只 2 10.00
　  12 芯片DIP8 只 12 200.00
　  13 耦合电容RAD0.2 只 30 45.00
　  14 电容RAD0. 2 只 2 30.00
　  15 电位器 只 2 15.00
　  只 2 15.00
　  只 2 15.00
　  16 二极管为封装类型DIODE-0.4 D1 只 2 15.00
　  二极管为封装类型DIODE-0.4 D2 只 2 15.00
　  17 C41电解电容 只 2 10.00
　  C42电解电容 只 2 10.00
　  C43电解电容 只 2 10.00
　  C44电解电容 只 2 10.00
　  C61 CBB电容 只 2 10.00
　  C62 CBB电容 只 2 10.00
　  C63 CBB电容 只 2 10.00
　  C64 CBB电容 只 2 10.00
　  18 均压屏蔽罩 只 2 5.00
　  合计 1160.00
　  
　  单价按5500元/只估算。剔除人员工资、能源支出、销售费用及计入的折旧等相关费用，单只毛利达1880元，年生产量20000只计算，营业利润达3760万元。
　  
　  2、社会效益
　  （1）、推进电力系统自动化建设进程
　  据国家电网建设中长期发展规划，开发能长期对系统运行状态进行自动监测、诊断和保护、促进高压开关的智能化发展水平的光机电一体化设备，是城乡电网迈向自动化的迫切要求。
　  加速开发作为系统一次电量采集单元的电子式电流电压互感器尤显迫切，这也是电力系统自动化、数字化发展的需要。而电子式互感器是满足现代电力系统中高压电器设备向智能化、模块化、小型化、多功能、免维护方向发展的关键设备之一。
　  电流电压互感器是电力系统中不可缺少的重要设备，其作用是按比例将输电线路上的高电压和大电流降到可以用仪表直接测量的标准数值，以便用仪表直接进行测量。传统的电力互感器（即CT、VT）由于自身存在电气绝缘性能差，动态范围小，易发生饱和等缺陷。电子式电流电压互感器（即ECT、EVT）采用新型传感原理，利用近年来发展起来的光电子、光通信、激光及微电子技术，能有效地克服传统电力互感器的缺陷，同时能以光数字信号输出，为电力系统的安全运行、节约成本、优化二次设备提供了坚实的基础。以电子式互感器和光纤通讯网为基础构成的数字化变电站已成为电力自动化技术发展最有前景的方向之一。
　  （2）、提升电力系统智能化水平
　  现代化的微机综合测量保护装置及仪器仪表不再需要互感器提供能量来工作，而仅需互感器将一次电流电压信息完整、及时、准确的采集并传送过来即可，仅需几伏的电压信号和极小的功率就能满足其接口需求，而电子式电流电压互感器能很好满足这一要求。作为传统电磁式电流电压互感器理想的换代产品，将给电力测量和保护领域带来革命性变革。将电子式电流电压互感器应用于电器成套设备中，将全面提升产品的智能化水平。
　  （3）、降低电力系统建设成本
　  110kV电子式互感器的成本与传统的电磁式互感器的成本差不多。随着电压等级的升高，电子式互感器因绝缘简单而使其成本远少于电磁式互感器的成本。例如ECVT1-252型220kV GIS用电子式电流电压互感器的成本不超过4万元人民币，而购买相同电压等级的电磁式电流电压互感器约需10多万元人民币。电子式互感器的应用不仅使互感器的成本降低，还有很多其他方面的社会效益使的整个电力系统建设成本大幅度降低。
　  四、持续改进措施
　   系统由传感器（电阻分压器）和处理电路两部分组成。
　  
　  
　   技术原理：
　  由于对地杂散电容的存在，流经电阻的一部分电流经过对地杂散电容分流入地，一次电压大部分集中在分压器顶部，从而导致分压器低压臂实际输出电压与理论值存在幅值和相位误差。
　  对地杂散电容的存在是影响电压互感器性能的主要因素，减少分压器对地杂散电容的影响是改善互感器特性的重要措施。
　  一种减少对地杂散电容对互感器测量准确度影响的有效措施是在分压器的高压端安装屏蔽罩改善分压器电场分布，补偿