1、陳文升，馬駿，王耀（1、上海電力設計院有限公司，上海 200025；2、上海市電力公司，上海 200025；3、南京南瑞繼保電氣有限公司，南京210000）摘要：該文介紹了柔性光學電流互感器的原理以及在如何提高精度和穩定性方面采取的措施，介紹了應用于上海某220kV改造工程中的設計方案、現場安裝方法以及運行數據，并分析了該技術的應用效益。該文研究成果可直接用于電網改造中加裝CT的工程實踐，不僅能夠節省加裝CT所發生的工程費用，還能避免停電所帶來的經濟損失。關鍵詞：光學電流互感器，計量，電網改造，智能變電站作者簡介：陳文升（1976-），男，碩士，從事智能電網、變電站二次系統的研究工作，chen

2、ws1、概述在輸變電工程中，經常碰到由于加裝電流互感器（比如計量CT）而停電施工的情況。特別是GIS設備的情況下，如果GIS內原有CT不能滿足改擴建的要求，那么就需要停電打開GIS殼體加裝CT繞組，電網企業不僅要支付工程發生的費用，還要承擔停電所帶來的經濟損失。如果采用光學CT，上述問題可能會有更好的解決方案。光學CT采用法拉第光學原理，根據安培環路定律，傳感部分有效環繞導體一周即可完成一次電流的測量，這就為運行中的電氣設備特別是GIS設備不停電加裝CT提供了可能性。在目前國內智能變電站試點工程中，光學CT也有過許多應用，應用范圍從110kV到500kV電壓等級均有案例，在特高壓直流工程中也有

3、應用。目前應用方法有兩種：一種是將光學CT安裝于GIS設備上，另外一種是將獨立式光學CT應用于敞開布置的電氣設備間隔內。這兩種應用方法都無法實現不停電或短時停電加裝CT的目的，因此本文可以在此方面彌補國內工程應用的空白。2、原理和性能研究2.1原理簡介柔性光學電流互感器是一種新型的光學計量技術，利用傳感光纖的Faraday（法拉第）磁光效應傳感一次電流，柔性光學電流互感器主要由光纖電流傳感環、傳輸光纖、采集單元組成，結構圖見圖1，光纖傳感環盤繞在絕緣電纜外圍，處于低壓端，光纖傳感環外可以配套結構件進行支撐和緊固。傳感光纜采用特殊材料和工藝后，可以現場繞制和熔接，達到不停電或短時停電加裝CT的目

4、的。圖1 柔性光學電流互感器結構圖柔性光學電流互感器基本原理和其它光學CT相同，也是基于法拉第電磁感應原理。光學電流互感器采用光纖為Faraday材料，將光纖環套在一次導體外感應一次電流產生的磁場，采用反射式光纖Sagnac干涉技術實現對光信號的測量，反射式光纖Sagnac干涉技術降低了互感器受環境溫度、振動等因素干擾的影響，提高了互感器精度。電流互感器各主要器件如圖5-2所示。圖2光學電流互感器的主要器件2.2 精度和穩定性一直以來限制光學電流互感的最重要因素是溫度變化、振動、應力等環境因素對傳感光纖的傳感精度和穩定性會產生較大影響，柔性安裝方式的光纖電流傳感器引起安裝方式的隨機性，光纖傳感

5、環的放置狀態也并不穩定，在這樣的狀態下，如何確保光學電流互感器的輸出穩定性就成為一個重要的課題。本文通過采用多種手段提高了柔性光學電流互感器的精度和穩定性，采用反射式Sagnac干涉儀結構、選擇低雙折射光纖作為傳感光纖、采用特殊的螺旋盤繞傳感光纖方式、采用波片自糾環境補償技術、采用光學自適應算法等手段克服了其易受溫度和光學器件特性影響的缺點。采用上述手段后，柔性光學電流互感器具有良好的精度和穩定形，可以較好滿足實際運行的需求。經過廠內測試和型式實驗等驗證，柔性光學電流互感器具有較高的精度（可以達到0.2s級），溫度特性穩定，動態范圍大，輸出頻帶寬，有優良的諧波特性，可以更好的滿足電網的需求。3

6、、工程應用研究3.1 安裝方式北美地區光CT的安裝現普遍采用將柔性全光纖電流互感器安裝在室內電纜筒下方位置，裸露的隔空環繞在電纜的周邊，在墻面或地面上安支架，此種方式有以下缺點：1) 安裝方式固定效果效差。如上圖所示，光CT僅有兩點與支架連接，其它部位不受支撐，長時間后容易造成光纜受重力影響發生形變造成損傷。2) 安裝工程重復性差，批量安裝時安裝質量不受控。3) 光CT不受保護。光纜僅靠外層進行保護，在惡劣的外界環境下外層容易劣化并最終造成光CT的損壞。于是本文采用了新的安裝方式，如圖3所示。于電纜上安裝一個固定夾，在上方支撐一個光纜收藏盒，將光纜穩定的纏繞于盒內。圖3安裝方法此種安裝方式的優

7、點為：1) 光CT安裝穩定并受到良好的保護。光纜安裝于收藏盒內，受到均勻的支撐，適合于長時間運行，另由于外層有收藏盒的保護，在較惡劣的環境下也能保證設備在長期工作中不劣化。2) 安裝工程重復性好，批量安裝時安裝質量受控。由于安裝方式較為固定且可重復性高，在工程應用中可保護安裝的質量。3.2 現場試驗方法光學電流互感器現場安裝完成后應對誤差性能進行現場測試，測試合格后方可投入運行。試驗項目一般為電流誤差和極性測試，主要目的是檢驗電流互感器的誤差是否滿足要求，極性是否正確。試驗需要如下設備：升流器，標準電流互感器（0.02 級，額定二次輸出1A），1A/4V 轉換器，電子式互感器校驗儀等。圖4光學

8、電流互感器誤差測試圖如圖4所示，光學電流互感器的P2 接標準CT 的P1，標準CT 的P2 接ECT 的P1。據額定電流的大小調節升流器的輸出電流至表1列出的各電流值，利用標準電流互感器及電子式互感器校驗儀等設備檢測電流互感器測量通道和保護通道的電流誤差和相位誤差。表1測量用電流互感器誤差限值準確級電流誤差（%）在下列額定電流的百分數時相位誤差（）在下列額定電流的百分數時0.2S152010012015201001200.750.350.20.20.23015101010表2 保護用電流互感器在額定一次電流下的誤差限值準確級額定一次電流下的電流誤差（%）額定一次電流下的相位誤差()5TPE16

9、0測量用電流互感器的電流誤差及相位誤差滿足表1的要求，保護用電流互感器的電流誤差及相位誤差滿足表2的要求。若因現場條件限制，試驗電流不能升至額定電流，試驗電流至少需升至額定一次電流的30%進行比差及角差的測試。4、工程應用案例該技術成果于2012年應用于上海220kV某變電站出線改造工程，應用范圍為一回220kVGIS線路，安裝了三相的柔性電流互感器作為計量應用，后端接入了數字電度表，應用方案見圖5所示圖5 柔性光學電流互感器應用方案示意圖三相OCT傳感元件輸出的光信號接入柔性光學電流互感器電氣盒進行光電轉換和采樣等數字處理，將二次光路信號轉換為數字信號，數字信號采用串行通信輸出至合并單元，合

10、并單元還需采集母線PT的模擬信號。合并單元將線路電流和母線電壓數據合并后，采用IEC 61850-9-2報文格式發送給數字電度表進行電量計算。現場安裝過程見圖6a-b所示，安裝方式為現場帶電作業，單相CT安裝時間大約為2個小時。圖6a 現場安裝圖一：安裝支架圖6b現場安裝圖二：支架安裝完畢圖6c現場安裝圖三：安裝傳感光纖圖6d現場安裝圖四：光CT傳感部分安裝完畢柔性光學電流互感器掛網運行后，運行正常，接入的數字電度表數據和原有模擬電度表數據無明顯差異，計量精度達到了0.2S，見表3和表4。表3電流數據對比表時間原有傳統CT柔性光CTIa(A)Ib(A)Ic(A)Ia(A)Ib(A)Ic(A)1

11、9點53.6858.01 54.24 53.558.3 54.420點56.90 60.96 60.14 56.861.160.321點59.80 60.85 60.03 59.7 61.0 60.2表4電度量數據對比表時間模擬電度表（kW.h）數字電度表（kW.h）有功讀數增量有功讀數增量20點4132543451221點43472421470 560042149222點48885421130 7715521151 23點47520419350 9652419369 24點49213416930 11348716963 這是在國內首次將柔性光學電流互感器投入運行，也是在國內首次在不停電的情況

12、將電流互感器加裝到GIS間隔，在一個工作日之內完成了設備的安裝。柔性光學電流互感器投入運行后，運行穩定，輸出數據正常，實現了研究預期目標。5、應用效益分析本文研究成果具有良好的應用經濟效益和技術效益。以某典型220kV出線加裝計量CT工程為例，在工程造價和工期方面做如下定量分析。某典型工程中，220kV出線主要設計范圍為加裝計量CT，必須要停電打開GIS 殼體施工，并且加裝完之后做絕緣試驗、打耐壓等工作，所以設備費、試驗費、人工費等共計184萬元，平均92萬元/線路的工程成本。如果采用本文中的柔性光學電流互感器方案，按照目前價格水平，估算30萬元/線路的工程成本，投資成本大大降低；而且，采用柔性光學電流互感器，施工周期可以控制在1-2天內，做到不停電安裝，考慮到可節省因停電造成的電量損失，經濟效益顯著。另外，由于可做到不停電安裝，有利于電網供電可靠性的提高，社會效益非常顯著。參考文獻：1) 光學電流互感器的關鍵技術，黃建華等，電力自動化設備 2009 (12) pp.98-1012) 光學電流互感器的研究方向與現狀，王曉菁，電力科學與工程