前 言 隨著我國新能源大規(guī)模的開發(fā)利用，能源生產(chǎn)消費再電氣化轉(zhuǎn)型，我國電網(wǎng)已進入廣泛互聯(lián)、智能互動、靈活柔性、安全可控、開放共享的新一代電力系統(tǒng)。在交直流混聯(lián)、電力電子化特征明顯的新型電力系統(tǒng)中，需要研究傳統(tǒng)電氣設(shè)備的適應(yīng)性，以期能夠適應(yīng)智能電網(wǎng)的要求。電流、電壓互感器是電網(wǎng)測量的重要設(shè)備，為繼電保護、安全穩(wěn)定控制、同步相量測量、調(diào)度SCADA、電能計量等提供基礎(chǔ)的電流電壓數(shù)據(jù)，其可靠性與精度在電網(wǎng)中占有舉足輕重的地位。常規(guī)電磁型互感器存在諸如暫態(tài)測量準(zhǔn)確度低、絕緣安全性差、體大笨重、存在磁路飽和和鐵磁諧振等缺點。而電子式互感器具有無磁路飽和、絕緣性能好、動態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)寬、可準(zhǔn)確測量暫態(tài)信號、消除鐵磁諧振、數(shù)字化輸出等優(yōu)點。 目前電子式互感器在直流工程中已作為首選方案普遍應(yīng)用，但在交流電網(wǎng)中應(yīng)用不多。但隨著特高壓長距離輸電以及交直流混合電網(wǎng)的發(fā)展，對繼電保護速動性、動態(tài)監(jiān)測寬頻性、暫態(tài)錄波準(zhǔn)確性提出了更高要求，電子式互感器可為保護控制設(shè)備提供快速、準(zhǔn)確的暫態(tài)量電流和電壓，從而可提升互聯(lián)電網(wǎng)抵御故障的能力。發(fā)展小型化、輕量化電氣設(shè)備是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要方向，電子式互感器體積小、重量輕，更容易與高壓電器一體化集成設(shè)計，從而可推動變電站更加節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地。電力電子化特征下的智能電網(wǎng)，要求互感器對諧波具有較強的適應(yīng)性，電子式互感器無磁路飽和現(xiàn)象，可以準(zhǔn)確監(jiān)測寬頻、高次諧波，是多諧波源背景下理想的測量設(shè)備。 雖然目前電子式互感器在長期運行可靠性方面還有待進一步檢驗，但因其具有理想互感器的諸多優(yōu)點，愈來愈引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，未來有望成為電磁型互感器的替代產(chǎn)品。一、電子式電流電壓傳感測量技術(shù)取得重大突破電子式互感器是國內(nèi)外電力行業(yè)領(lǐng)域翹首期待的一種電力設(shè)備，將帶來諸多變革，自1963 年世界上第一臺電子式電流互感器Tracer在美國問世以來，電子式互感器的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了半個多世紀(jì)。 在發(fā)展進程中，有源電子式互感器和無源光學(xué)互感器同時存在、共同發(fā)展。在不同的階段，人們的關(guān)注重點不同。20 世紀(jì)70 年代，由于存在高壓側(cè)供能等問題，有源電子式互感器未能實現(xiàn)實用化。直到20 世紀(jì)80 年代中期，激光技術(shù)和光電池技術(shù)的發(fā)展使得利用高壓側(cè)激光供能成為可能，以空心線圈為代表的有源電子式互感器才得到快速發(fā)展。20 世紀(jì)90 年代以后，有源電子式互感器的研究呈現(xiàn)多類型、多用途的發(fā)展趨勢，取得了顯著的研究成果，有源電子式互感器開始應(yīng)用于換流站等場合，并逐步與封閉組合電器和斷路器集成設(shè)計�；�于法拉第磁光效應(yīng)的無源光學(xué)電流互感器的研究從磁光玻璃型開始，1967年由日本東京大學(xué)的學(xué)者研制。 20 世紀(jì)70 年代中后期，隨著對光纖的各種物理特性研究的不斷深入，英國電力研究中心提出了全光纖光學(xué)電流互感器，但受困于光纖的固有雙折射問題。于是，研究者的重點又轉(zhuǎn)向了磁光玻璃型光學(xué)電流互感器。從20 世紀(jì)80 年代開始，隨著溫度補償理論和方法的發(fā)展，磁光玻璃型光學(xué)電流互感器的研究進入突破性發(fā)展期，其標(biāo)志性成果是1986 年在美國田納西州161kV 電網(wǎng)中掛網(wǎng)運行。20 世紀(jì)90 年代中期，隨著特種光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感新結(jié)構(gòu)和抑制雙折射的研究取得了進展，全光纖光學(xué)電流互感器再次引起了研究者的關(guān)注，在此期間成立的加拿大NxtPhase 公司成為全光纖電流傳感技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)跑者，并逐步推出了實用化的全光纖電流互感器及與其他設(shè)備組合的產(chǎn)品。 我國電子式互感器的研究始于20 世紀(jì)70 年代，早期主要是跟隨國外技術(shù)研究，研究人員主要是以高校為主。進入21 世紀(jì)，許多企業(yè)單位和科研院所加入到研究中，電子式互感器的研究逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，出現(xiàn)了一批生產(chǎn)電子式互感器的企業(yè)，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合使我國電子式互感器技術(shù)取得了長足進步。目前我國已在電子式互感器的高精度測量技術(shù)、溫度穩(wěn)定性提升技術(shù)、抗外磁場干擾技術(shù)和抗外部振動干擾技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了多項自主知識產(chǎn)權(quán)，并在運行規(guī)模和運行數(shù)量上國際領(lǐng)先，取得了豐富的現(xiàn)場運行和維護經(jīng)驗。二、智能電網(wǎng)發(fā)展推動電子式互感器的工程應(yīng)用我國2009 年啟動了智能電網(wǎng)建設(shè)，智能變電站作為智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，自2011 年開始全面推廣建設(shè)，智能變電站以數(shù)字化采集、網(wǎng)絡(luò)化傳輸、智能化分析、模塊化建設(shè)為特征，電子式互感器因數(shù)字化、易集成的優(yōu)點，在智能變電站中得到大量應(yīng)用，截至2017 年底，交流電子式互感器在我國的應(yīng)用數(shù)量達到3500 臺。 目前電子式互感器在直流換流站中已處于主導(dǎo)地位，但在交流變電站中尚處于試點示范階段，且交流電網(wǎng)比直流電網(wǎng)具有更廣闊的應(yīng)用空間。在中低壓配電網(wǎng)中，因電子式互感器體積小，便于在現(xiàn)有屏柜中加裝，適應(yīng)配電自動化改造要求，也開始了小范圍的應(yīng)用。針對有高頻、寬頻、暫態(tài)大電流及暫態(tài)電壓等特殊測量要求的冶金、可控核聚變等特種工業(yè)用戶，具有動態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)寬、故障響應(yīng)快等特征的特種電子式互感器也得到了一定應(yīng)用。在科學(xué)上沒有平坦的大道，電子式互感器在實用化進程中也暴露出諸多問題，科研人員不停地改進電子式互感器的技術(shù)，使其滿足長期可靠運行的需求。 近10 年電子式互感器的研究工作著重解決了制約其實用化的測量準(zhǔn)確度、溫漂影響、電磁兼容、抗外部振動以及有源供能等問題，完善了設(shè)備功能，提高了設(shè)備質(zhì)量；同時，通過制定更為嚴格的技術(shù)及檢測標(biāo)準(zhǔn)，推動企業(yè)改進產(chǎn)品設(shè)計與元器件制造工藝，提高了電子式互感器長期運行的穩(wěn)定性，電子式互感器也逐漸被用戶認可與接受。三、本書的特色和亮點本書總結(jié)了編寫組歷年研究成果，建立了以基礎(chǔ)原理、設(shè)備制造、設(shè)計方案和檢測運維為重點的電子式互感器完整的實用技術(shù)體系。本書包含有源、無源電子式電流和電壓互感器，囊括了在交流變電站、直流換流站、中低壓配電網(wǎng)、特種環(huán)境等各類場景的工程應(yīng)用，實現(xiàn)了各類型、全電壓、多用途電子式互感器全覆蓋。圍繞推動電子式互感器實用化，本書系統(tǒng)分析了電子式互感器的5 大類關(guān)鍵技術(shù)、35 個難點解決方案、11 個工程應(yīng)用實例。本書深入淺出地闡述了基本原理、分析了技術(shù)演進、提出了實用化解決方案、展望了發(fā)展趨勢，對推動電子式互感器從理論研究向工程應(yīng)用，指引未來電子式互感器科學(xué)發(fā)展具有指導(dǎo)意義。 本書可供從事電子式互感器研究與設(shè)計工作的專家學(xué)者、工程技術(shù)人員閱讀。 全書共分10 章。第1 章介紹了電子式互感器的發(fā)展背景、技術(shù)分類和標(biāo)準(zhǔn)體系；第2 章介紹了有源電子式互感器的整體結(jié)構(gòu)、傳變特性和技術(shù)原理，重點論述了高精度測量、溫度穩(wěn)定性提升、電磁干擾防護、可靠性設(shè)計及工藝4 項關(guān)鍵技術(shù)；第3 章介紹了無源光學(xué)互感器的整體結(jié)構(gòu)、傳變特性和技術(shù)原理，重點論述了小電流精確測量、高次諧波測量、溫度穩(wěn)定性提升、抗外磁場干擾、抗外部振動、狀態(tài)監(jiān)測、可靠性設(shè)計與工藝7 項關(guān)鍵技術(shù)；第4 章介紹了中低壓電子式互感器的整體結(jié)構(gòu)、傳變特性和技術(shù)原理，重點論述了溫升控制、安全使用、環(huán)氧澆注工藝3 項關(guān)鍵技術(shù)；第5 章介紹了高頻大電流、工頻大電流有源空心線圈互感器，直流大電流、寬頻大電流無源全光纖互感器，暫態(tài)電壓無源光學(xué)電壓互感器5 類典型特種電子式互感器的參數(shù)結(jié)構(gòu)、特性技術(shù)等；第6 章介紹了電子式互感器接口裝置合并單元的功能特征、整體結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、接口協(xié)議和工程應(yīng)用等；第7 章論述了在交流變電站、直流換流站和中低壓配電網(wǎng)3 種典型場景中電子式互感器的工程設(shè)計方案；第8 章介紹了交流、直流電子式互感器試驗標(biāo)準(zhǔn)與調(diào)試要求；第9 章介紹了交流、直流電子式互感器檢修操作、巡視維護要求；第10 章對不同形式和用途的4 類實例工程進行分析。本書由國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院有限公司組織編寫，第1 章由于文斌、張國慶編寫，第2 章由羅蘇南、盧為、肖智宏編寫，第3 章由劉東偉、肖浩、肖智宏、于文斌、于熙編寫，第4章余宏偉、陳啟編寫，第5 章由肖浩、李建光、余宏偉編寫，第6 章由肖智宏、谷松林編寫，第7 章由陳旭海、陳盼、肖智宏、閆培麗編寫，第8 章由王貴忠、劉穎、劉文軒編寫，第9章由韓柳、劉亞輝、黃寶瑩編寫，第10 章由谷松林、盧為、余宏偉、肖浩編寫。全書由肖智宏統(tǒng)稿。 本書在編寫期間得到國家電網(wǎng)公司、南瑞繼保電氣有限公司、武漢和沐電氣有限公司、北京世維通科技發(fā)展有限公司、易能乾元（北京）電力科技有限公司、中國電力科學(xué)研究院有限公司、南瑞科技股份有限公司、許繼電氣股份有限公司、北京四方繼保自動化股份有限公司、ABB（中國）有限公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、北京交通大學(xué)、中國電建集團福建省電力勘測設(shè)計院有限公司、中國能源建設(shè)集團遼寧電力勘測設(shè)計院有限公司等單位的大力支持與無私幫助，在此表示由衷感謝。此外，對在本書編寫過程中給予大力支持的中國電力出版社馬青編輯表示由衷感謝。由于本書編寫工作量大、時間倉促，難免存在不足之處，希望廣大專家和讀者批評指正。 編 者 2018 年7 月