第 4 章 电子式互感器与数字化采样技术
4.1 电子式互感器的构成与分类
互感器是电力系统中最基本、最重要的监测设备之一，用以传输正比于被测量的电流、电压量，供给计量、测量、控制和保护设备。所以分析、比较和选择电子式互感器对智能变电站设计是非常重要的。
4.1.1 电子式互感器的构成
传感器以及合并器两部分组成了一般意义上的电子式互感器，传感器模块又叫为远端模块，安装在互感器的高压一次侧，其功能是采集、调理一次侧电压电流并将其转换为数字信号，合并器安装在二次侧，其功能是对各相远端模块传来的数字信号做同步合并处理。
4.1.2 电子互感器的分类
（1）按远端模块是否需要供电可分为有源电子互感器和无源电子互感器。
有源电子互感器主要采用罗氏线圈（电流互感器）和电阻电容或电感分压（电压互感器）方式；无源电子式互感器利用法拉第磁光效应（电流互感器）和 pockels电光效应（电压互感器），现在主要有磁光玻璃和全光纤两种形式。
（2）按应用场合可分为：GIS 结构的电子式互感器和独立式电子互感器。
4.1.3 电子式互感器实际应用情况
与常规互感器相比，电子式互感器相比传统互感器具有体积小、抗饱和能力强、线性度好等优势，可避免传统互感器铁磁谐振、绝缘油爆炸、六氟化硫泄漏、CT 断线导致高压危险等固有问题，同时能够节约大量铁芯、铜线等金属材料，在高电压等级和传统互感器相比具有一定的经济性，在电力系统中具有广泛的应用潜力。但是由于出现时间较短，应用经验少，其可靠性、稳定性较传统互感器存在较大差距。就现阶段而言，常规互感器具有较成熟的运行经验，常规互感器配以合并单元直线就地采样传输，这种方式一方面解决了互感器可靠性的问题；另一方面随着电子式互感器的逐步推广，为应用二次设备全寿命周期运行创造了条件。
莲西 110kV 智能变电站根据国家电网公司典型方案要求，采用“常规互感器+合并单元”的方式，故本文不对电子式互感器原理进行详细介绍。
4.2 常规互感器实现数字化采样
4.2.1 合并单元
合并单元是用以对来自二次转换器的电流和/或电压数据进行时间相关组合的物理单元，其作用是同步采集多路电压、电流瞬时数据后，按照标准规定的格式发送给保护、测控设备。合并单元的基本功能是获取采样数据并组帧在以太网上传输。常规互感器配置合并单元，应将合并单元下放布置在互感器附近（就地智能控制柜内），互感器与合并单元直接用电缆连接，合并单元与保护、测控装置或交换机之间用光缆连接。
4.2.2 就地数字化数据采集
通过合并单元与常规互感器接口，可实现电压电流量的就地数字化采集。
这种方式具有以下特点。
（1）有利于二次设备实现优化集成，进而优化变电站整体设计。当采用合并单元直接向二次设备提供数字粮食，可以省去原来保护装置中的终端变换器和 A/D 采样部分，大大简化二次设备。采样数字化以后，简化了原来的装置插件，可以将以前的保护装置、测控装置一体化设计，如线路保护测控一体化装置，保护、测控、计量、录波四合一装置等。这些装置的集成，使得变电站屏柜内的布置更加集中优化，便于运行维护。屏柜的数量大大缩减，保护小室的面积相应减小， 可以整合很多功能房间，更大程度上压缩变电站建筑面积，减小占地面积，更为经济。
（2）可保证采样数据的唯一性，方便实现共享。在常规变电站中，几乎每个装置都是自行采样的，由于精度不同，同一路电压、电流由不同装置采集处理结果不尽相同。二通过就地数据采集，电压、电流的瞬时值数据仅由合并单元输出，不仅实现了数据的唯一性，同时在源头上保证了数据的唯一性，为提升变电站智能化水平提供了坚实的数据基础。
（3）有利于实现二次设备接口标准化。所有采样值都是以数字式接口上传给保护、测控等二次设备的，二次设备接口可以做到标准化设计，统一接口形式便于后期设备维护、更换，同时提高设备互换性，为实现变电站规范化设计提供支撑。
（4）使常规互感器体积减小，集成度提高，可靠性提高。在现阶段采用常规互感器就地配置合并单元模式具有很大优势。一方面，采集用基于标准协议的通信取代了复杂的模拟量电缆传输，可以大大提高信号传输的看干扰性。传输中没有附加误差，同时还可节约大量控制电缆，减小电缆沟截面积，降低综合造价，便于变电站设计、施工、扩建、维护、维修。另一方面，二次绕组较少，容量减小，试得互感器的体积减小，绝缘特性提高，可靠性提高。
4.3 莲西 110kV 智能变电站互感器及合并单元配置方案
本站 110kV 及主变各侧采用常规互感器，合并单元下放布置在智能控制柜或开关柜内。母线电压合并单元应接收至少 2 组电压互感器数据，并支持向其他合并单元提供母线电压数据，根据需要提供 TV 并列功能。各间隔合并单元所需母线电压量通过母线电压合并单元转发。
4.3.1 互感器配置方案
（1）电流互感器
a、为了保证主变各侧电流互感器特性一致，本站 10kV 主变进线及中性点电流互感器均选用和高压侧特性一致的常规电流互感器，额定二次电流均为 5A.计量、测量用电流互感器绕组准确级采用 0.2S 级，保护用电流互感器准确级采用 10P 级。
b、本站 10kV 保护测控装置就地安装于 10kV 开关柜上，选择常规电流互感器，额定二次电流为 5A.计量用电流互感器绕组准确级采用 0.2S 级，保护用电流互感器绕组准确级采用 10P 级。
（2）电压互感器
a、110kV 间隔及主变各侧采用常规电压互感器，计量、测量用电压互感器准确级采用 0.2 级，保护用电压互感器准确级采用 3P 级。
b、10kV 母线采用常规电压互感器，计量用电压互感器准确级采用 0.2 级，测量用电压互感器准确级采用 0.5 级，保护用电压互感器准确级采用 3P 级。
4.3.2 合并单元配置方案
110kV 线路、分段间隔合并单元单套配置，布置于智能控制柜内，智能控制柜与 GIS 汇控柜一体化设计。
主变各侧合并单元双套配置，中性点电流、间隙电流并入相应侧合并单元。
主变 110kV 侧合并单元布置于智能控制柜内，智能控制柜与 GIS 汇控柜一体化设计；主变 10kV 侧合并单元布置于开关柜。
10kV 配电装置采用户内开关柜布置，不配置合并单元（主变间隔除外）。
同一间隔内的电流互感器和电压互感器合用一个合并单元。
合并单元输出统一采用 DL/T860.92（IEC61850-9-2）协议。
合并单元具备电压并列功能，支持以 GOOSE 方式开入断路器或刀闸位置状态。
