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電網運行中“保護神”電子互感器

安徽互感器有限公司（原安徽互感器廠）位于安徽省蕪湖市無為縣無城工業園區。是專業生產互感器的生產廠家。始建于1964年，至今已有四十多年互感器生產歷史，是國家原電力部、能源部定點企業，現為國家電網公司會員單位。公司總占地面100余畝，公司資產總值超億元，2010年實現銷售收入8065元。
　  安徽互感器有限公司多次被評為“經濟效益十佳企業”，2002年通過“ISO9001—2000認證”， 2011年“黃山”牌互感器被評為“巢湖市著名商標”。 
　  安徽互感器有限公司一貫重視技術開發及人才的培養，公司技術中心擁有一支互感器專業人員和高級工程師領銜的技術研發隊伍，年平均開發新產品近十種，在電子式互感器等方面的研究居于領先水平，并在互感器關鍵工藝和技術研發方面取得了大量的應用成果，掌握和擁有了一批互感器制造核心技術，產品技術水平、質量水平處于行業領先地位。
　  成果概要
　  電子式電壓互感器（即EVT）采用新型傳感原理，利用近年來發展起來的微電子技術，能有效地克服傳統電力互感器的缺陷，為電力系統的安全運行、節約成本、優化二次設備提供了堅實的基礎。作為傳統電磁式互感器理想的換代產品，電子式互感器可廣泛用于中壓領域電力監測、控制、計量、保護系統、工礦企業、高層建筑、配、變電等場所，能有效降低 變電站（配電所）的建設成本和運行維護成本，提高電網運行質量、安全可靠性和自動化水平，因其幾乎不消耗能量、無鐵心（或僅含小鐵心）、且減少了許多有害物質的使用而使其成為節能和環保產品。
　  項目產品由高壓臂電阻、低壓臂電阻、屏蔽電極、過電壓保護裝置及模塊電路組成。通過分壓器將一次電壓轉換成與一次電壓和相位成比例的小電壓信號。采用屏蔽電極的方法改善電場分布狀況和雜散電容的影響，在二次輸出端并聯一個過電壓保護裝置，防止在二次輸出端開路時將二次側電壓提高。產品具有以下功能及優點：1、不含鐵芯，消除磁飽和、鐵磁諧振等問題。2、高精度傳感器功能設計。3、信號輸入模塊功能設計。4、為后續設備實現智能化、數字化打下基礎。5、獨特的系統安全性設計。6、獨特的系統可靠性設計 。7、體積小、重量輕，能有效的節省空間，功耗極小，節電效果十分顯著，且具有環保產品的特征。8、安裝使用簡單方便，運行無需維護，使用壽命高。
　  電子式電壓互感器產品是電力行業中電網運行中采用信息手段的保護產品，是完全的自主技術產品，屬于功率模塊產品，項目的實施符合“十一五”高技術產業發展規劃和信息產業發展規劃，能夠有效推進電網運行的節能降耗，促進電力電子技術和產業化的發展，也是國家發改委2010年新型電力電子產業化功率模塊產業化專項重點內容。
　  一、前言和實施背景
　  1、前言
　  安徽互感器有限公司（原名：安徽互感器廠）創建于1968年，是國家原電力部、機械部定點專業企業，1997年又被國家經貿委列入《全國城鄉電網建設與改造推薦企業名錄》。公司主要生產110kV及以下戶內、戶外電流、電壓互感器，品種規格齊全。產品廣泛應用于國家重點工程，并隨主機配套出口巴基斯坦、俄羅斯、伊朗等十多個國家和地區。企業以產品質量過硬、服務周到著稱。
　  安徽互感器有限公司從互感器設計到互感器制造均積累了豐富的經驗。企業擁有一支從產品研制開發到生產制造均有過硬技術的員工隊伍。本公司現有員工362人，其中專業技術人員60人。多年來，我公司一直致力于產品質量控制和企業管理工作，1999年通過ISO9001質量管理體系認證，2003年又順利通過了ISO9001:2000換版認證，2006年獲安徽省質量技術監督局頒發《計量檢測（保證）體系確認證書》，2009年通過14000環境認證，生產過程全面受控。
　  “質量第一，誠信服務”始終是我公司對客戶的堅定承諾。嚴格、科學的GBT19001-2000-ISO9001：2000質量保證體系、14000環境體系以及雄厚的技術力量，先進的生產和檢測設備，為企業產品質量的進一步提高和持續發展提供著強有力的保證和動力。
　  
　  2、實施背景
　  隨著計算機技術和電力設備二次系統測量、保護裝置的數字化發展，電力系統對測量、保護、控制和數據傳輸智能化、自動化及電網安全、可靠和高質量運行的要求 越來越高，具有測量、保護、監控、傳輸等組合功能的智能化、小型化、模塊化、機電一體化電力設備，對電網安全、可靠和高質量運行具有重要意義。這已成為國 內外著名電力設備生產企業進行產品研發的主流。
　  傳統的電磁式電流電壓互感器難以直接完成計算機技術對電流電壓完整信息進行數字化處理的要求，難以實現電網對電量參數變化的在線監測。阻礙了電力系統自動化向更高水平發展，因此尋求一種能與數字化網絡配套使用的新型電流電壓互感器成為電網安全高效運行的迫切需要。
　  二、成果內涵和具體做法
　  1、內涵
　  電子式電壓互感器項目由傳感器（電阻分壓器）和處理電路兩部分組成，結構框圖如下圖1所示，電阻分壓構成了互感器的傳感單元。被測電壓U1絕緣大部分降落在R1上，從R2上取出與U1成正比的小電壓信號。通過設置分壓比，可以得到符合后續的測量或保護設備輸入要求的電壓等級。
　  
　  引入處理電路的目的是對分壓器的輸出進行阻抗變換及相位補償等，使之滿足IEC60044-7規定的二次輸出的要求。分壓器的輸出信號經放大，移相處理后，給出額定方均根值為6.5/√3V(測量)并與被測電壓相位差有誤差范圍內的電壓信號。
　  為了防止在低壓臂出現過電壓，在電阻R2的兩端并聯一個放電管，其放電電壓須略小于或等于低壓側允許的最大電壓；同時，在電路輸入端也加入適當的保護措施。
　  由于系統采用電阻分壓器進行分壓，必然存在誤差。分壓器分壓比的誤差主要來源于分壓器對地雜散電容的影響以及溫度漂移。雜散電容是由于分壓器與其周圍處于地電位的物體之間存在固有電場引起的。漏電流從對地雜散電容中流過，使得分壓器的電壓呈非線性分布，因而造成測量誤差。雜散電容引起的誤差包括幅值和相角兩方面。溫度對處理電路和雜散電容的影響也是產生測量誤差一的個原因。溫度變化會影響電路元器件的穩定性，使電路的線性度降低。高壓端對分壓器雜散電容和分壓器本體對地雜散電容也會受溫度影響。
　  2、具體做法
　  （1）為了解決分壓器對地雜散電容的影響，對傳感器結構的設計主要采取了以下措施。
　  由于分壓器高壓端流向本體間的雜散電容電流可以部分補償本體流向地的雜散電容電流，所以，在分壓器頂端加一適當屏蔽電極以改善對地雜散電容引起分壓器上電壓分布的不均勻。
　  （2）為了解決溫度漂移造成的誤差：
　  采用耐高壓、幾何尺寸、溫度系數和阻值誤差均很小的厚膜電阻，其溫度系數為2.5×10-6/℃，最大連續工作電壓為22kV。參考國外有關資料（德國、阿施瓦伯、《高電壓測量技術》），選取的阻值高壓臂為MΩ、低壓臂為KΩ數量級。
　  電路部分選用穩定性好、溫度系數低的元器件。
　  （3）電路部分為了避免外界電磁干擾
　  低壓臂電阻引出信號，以及模擬電路輸出，都采用屏蔽雙絞線。
　  
　  三、成果實施后所產生的效果
　  1、經濟效益
　  生產單位原材料成本表 單位：元 
　  外購原材料 單位 數量 單位原材料成本
　  1 耐高壓低溫度系數繞線電阻 只 2 40.00
　  2 低壓低溫度系數繞線電阻 只 2 20.00
　  3 熱敏電阻 只 2 10.00
　  4 放電管 只 2 10.00
　  5 TVS管 只 2 6.00
　  6 電壓跟隨器 套 2 30.00
　  7 濾波器 套 2 20.00
　  8 相位補償電路 套 2 50.00
　  9 線性放大電路 套 2 50.00
　  10 外絕緣澆注材料 公斤 6 144.00
　  11 模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 30.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 30.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 20.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 20.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 10.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 10.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 30.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 30.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 30.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 30.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 30.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 30.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 15.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 10.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 10.00
　  模壓封裝高精度金屬膜電阻 只 2 10.00
　  12 芯片DIP8 只 12 200.00
　  13 耦合電容RAD0.2 只 30 45.00
　  14 電容RAD0. 2 只 2 30.00
　  15 電位器 只 2 15.00
　  只 2 15.00
　  只 2 15.00
　  16 二極管為封裝類型DIODE-0.4 D1 只 2 15.00
　  二極管為封裝類型DIODE-0.4 D2 只 2 15.00
　  17 C41電解電容 只 2 10.00
　  C42電解電容 只 2 10.00
　  C43電解電容 只 2 10.00
　  C44電解電容 只 2 10.00
　  C61 CBB電容 只 2 10.00
　  C62 CBB電容 只 2 10.00
　  C63 CBB電容 只 2 10.00
　  C64 CBB電容 只 2 10.00
　  18 均壓屏蔽罩 只 2 5.00
　  合計 1160.00
　  
　  單價按5500元/只估算。剔除人員工資、能源支出、銷售費用及計入的折舊等相關費用，單只毛利達1880元，年生產量20000只計算，營業利潤達3760萬元。
　  
　  2、社會效益
　  （1）、推進電力系統自動化建設進程
　  據國家電網建設中長期發展規劃，開發能長期對系統運行狀態進行自動監測、診斷和保護、促進高壓開關的智能化發展水平的光機電一體化設備，是城鄉電網邁向自動化的迫切要求。
　  加速開發作為系統一次電量采集單元的電子式電流電壓互感器尤顯迫切，這也是電力系統自動化、數字化發展的需要。而電子式互感器是滿足現代電力系統中高壓電器設備向智能化、模塊化、小型化、多功能、免維護方向發展的關鍵設備之一。
　  電流電壓互感器是電力系統中不可缺少的重要設備，其作用是按比例將輸電線路上的高電壓和大電流降到可以用儀表直接測量的標準數值，以便用儀表直接進行測量。傳統的電力互感器（即CT、VT）由于自身存在電氣絕緣性能差，動態范圍小，易發生飽和等缺陷。電子式電流電壓互感器（即ECT、EVT）采用新型傳感原理，利用近年來發展起來的光電子、光通信、激光及微電子技術，能有效地克服傳統電力互感器的缺陷，同時能以光數字信號輸出，為電力系統的安全運行、節約成本、優化二次設備提供了堅實的基礎。以電子式互感器和光纖通訊網為基礎構成的數字化變電站已成為電力自動化技術發展最有前景的方向之一。
　  （2）、提升電力系統智能化水平
　  現代化的微機綜合測量保護裝置及儀器儀表不再需要互感器提供能量來工作，而僅需互感器將一次電流電壓信息完整、及時、準確的采集并傳送過來即可，僅需幾伏的電壓信號和極小的功率就能滿足其接口需求，而電子式電流電壓互感器能很好滿足這一要求。作為傳統電磁式電流電壓互感器理想的換代產品，將給電力測量和保護領域帶來革命性變革。將電子式電流電壓互感器應用于電器成套設備中，將全面提升產品的智能化水平。
　  （3）、降低電力系統建設成本
　  110kV電子式互感器的成本與傳統的電磁式互感器的成本差不多。隨著電壓等級的升高，電子式互感器因絕緣簡單而使其成本遠少于電磁式互感器的成本。例如ECVT1-252型220kV GIS用電子式電流電壓互感器的成本不超過4萬元人民幣，而購買相同電壓等級的電磁式電流電壓互感器約需10多萬元人民幣。電子式互感器的應用不僅使互感器的成本降低，還有很多其他方面的社會效益使的整個電力系統建設成本大幅度降低。
　  四、持續改進措施
　  ? 系統由傳感器（電阻分壓器）和處理電路兩部分組成。
　  
　  
　  ? 技術原理：
　  由于對地雜散電容的存在，流經電阻的一部分電流經過對地雜散電容分流入地，一次電壓大部分集中在分壓器頂部，從而導致分壓器低壓臂實際輸出電壓與理論值存在幅值和相位誤差。
　  對地雜散電容的存在是影響電壓互感器性能的主要因素，減少分壓器對地雜散電容的影響是改善互感器特性的重要措施。
　  一種減少對地雜散電容對互感器測量準確度影響的有效措施是在分壓器的高壓端安裝屏蔽罩改善分壓器電場分布，補償