前 言 隨著我國(guó)新能源大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用，能源生產(chǎn)消費(fèi)再電氣化轉(zhuǎn)型，我國(guó)電網(wǎng)已進(jìn)入廣泛互聯(lián)、智能互動(dòng)、靈活柔性、安全可控、開(kāi)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(cè)量的重要設(shè)備，為繼電保護(hù)、安全穩(wěn)定控制、同步相量測(cè)量、調(diào)度SCADA、電能計(jì)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(cè)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(diǎn)。而電子式互感器具有無(wú)磁路飽和、絕緣性能好、動(dòng)態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)寬、可準(zhǔn)確測(cè)量暫態(tài)信號(hào)、消除鐵磁諧振、數(shù)字化輸出等優(yōu)點(diǎn)。 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(zhǎng)距離輸電以及交直流混合電網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)繼電保護(hù)速動(dòng)性、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(hù)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(jì)，從而可推動(dòng)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(duì)諧波具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，電子式互感器無(wú)磁路飽和現(xiàn)象，可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)寬頻、高次諧波，是多諧波源背景下理想的測(cè)量設(shè)備。 雖然目前電子式互感器在長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性方面還有待進(jìn)一步檢驗(yàn)，但因其具有理想互感器的諸多優(yōu)點(diǎn)，愈來(lái)愈引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，未來(lái)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(cè)量技術(shù)取得重大突破電子式互感器是國(guó)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(lái)諸多變革，自1963 年世界上第一臺(tái)電子式電流互感器Tracer在美國(guó)問(wèn)世以來(lái)，電子式互感器的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)。 在發(fā)展進(jìn)程中，有源電子式互感器和無(wú)源光學(xué)互感器同時(shí)存在、共同發(fā)展。在不同的階段，人們的關(guān)注重點(diǎn)不同。20 世紀(jì)70 年代，由于存在高壓側(cè)供能等問(wèn)題，有源電子式互感器未能實(shí)現(xiàn)實(shí)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(lèi)型、多用途的發(fā)展趨勢(shì)，取得了顯著的研究成果，有源電子式互感器開(kāi)始應(yīng)用于換流站等場(chǎng)合，并逐步與封閉組合電器和斷路器集成設(shè)計(jì)�；�于法拉第磁光效應(yīng)的無(wú)源光學(xué)電流互感器的研究從磁光玻璃型開(kāi)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(duì)光纖的各種物理特性研究的不斷深入，英國(guó)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(wèn)題。于是，研究者的重點(diǎn)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(kāi)始，隨著溫度補(bǔ)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(jìn)入突破性發(fā)展期，其標(biāo)志性成果是1986 年在美國(guó)田納西州161kV 電網(wǎng)中掛網(wǎng)運(yùn)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(jìn)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(shí)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(guó)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(guó)外技術(shù)研究，研究人員主要是以高校為主。進(jìn)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(shí)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(guó)電子式互感器技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。目前我國(guó)已在電子式互感器的高精度測(cè)量技術(shù)、溫度穩(wěn)定性提升技術(shù)、抗外磁場(chǎng)干擾技術(shù)和抗外部振動(dòng)干擾技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并在運(yùn)行規(guī)模和運(yùn)行數(shù)量上國(guó)際領(lǐng)先，取得了豐富的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。二、智能電網(wǎng)發(fā)展推動(dòng)電子式互感器的工程應(yīng)用我國(guó)2009 年啟動(dòng)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(kāi)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(diǎn)，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(guó)的應(yīng)用數(shù)量達(dá)到3500 臺(tái)。 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(diǎn)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(dòng)化改造要求，也開(kāi)始了小范圍的應(yīng)用。針對(duì)有高頻、寬頻、暫態(tài)大電流及暫態(tài)電壓等特殊測(cè)量要求的冶金、可控核聚變等特種工業(yè)用戶(hù)，具有動(dòng)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(méi)有平坦的大道，電子式互感器在實(shí)用化進(jìn)程中也暴露出諸多問(wèn)題，科研人員不停地改進(jìn)電子式互感器的技術(shù)，使其滿(mǎn)足長(zhǎng)期可靠運(yùn)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(shí)用化的測(cè)量準(zhǔn)確度、溫漂影響、電磁兼容、抗外部振動(dòng)以及有源供能等問(wèn)題，完善了設(shè)備功能，提高了設(shè)備質(zhì)量；同時(shí)，通過(guò)制定更為嚴(yán)格的技術(shù)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)企業(yè)改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與元器件制造工藝，提高了電子式互感器長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性，電子式互感器也逐漸被用戶(hù)認(rèn)可與接受。三、本書(shū)的特色和亮點(diǎn)本書(shū)總結(jié)了編寫(xiě)組歷年研究成果，建立了以基礎(chǔ)原理、設(shè)備制造、設(shè)計(jì)方案和檢測(cè)運(yùn)維為重點(diǎn)的電子式互感器完整的實(shí)用技術(shù)體系。本書(shū)包含有源、無(wú)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(lèi)場(chǎng)景的工程應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)型、全電壓、多用途電子式互感器全覆蓋。圍繞推動(dòng)電子式互感器實(shí)用化，本書(shū)系統(tǒng)分析了電子式互感器的5 大類(lèi)關(guān)鍵技術(shù)、35 個(gè)難點(diǎn)解決方案、11 個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例。本書(shū)深入淺出地闡述了基本原理、分析了技術(shù)演進(jìn)、提出了實(shí)用化解決方案、展望了發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)推動(dòng)電子式互感器從理論研究向工程應(yīng)用，指引未來(lái)電子式互感器科學(xué)發(fā)展具有指導(dǎo)意義。 本書(shū)可供從事電子式互感器研究與設(shè)計(jì)工作的專(zhuān)家學(xué)者、工程技術(shù)人員閱讀。 全書(shū)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(lèi)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(diǎn)論述了高精度測(cè)量、溫度穩(wěn)定性提升、電磁干擾防護(hù)、可靠性設(shè)計(jì)及工藝4 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；第3 章介紹了無(wú)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(diǎn)論述了小電流精確測(cè)量、高次諧波測(cè)量、溫度穩(wěn)定性提升、抗外磁場(chǎng)干擾、抗外部振動(dòng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、可靠性設(shè)計(jì)與工藝7 項(xiàng)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(diǎn)論述了溫升控制、安全使用、環(huán)氧澆注工藝3 項(xiàng)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(wú)源全光纖互感器，暫態(tài)電壓無(wú)源光學(xué)電壓互感器5 類(lèi)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(chǎng)景中電子式互感器的工程設(shè)計(jì)方案；第8 章介紹了交流、直流電子式互感器試驗(yàn)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(hù)要求；第10 章對(duì)不同形式和用途的4 類(lèi)實(shí)例工程進(jìn)行分析。本書(shū)由國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司組織編寫(xiě)，第1 章由于文斌、張國(guó)慶編寫(xiě)，第2 章由羅蘇南、盧為、肖智宏編寫(xiě)，第3 章由劉東偉、肖浩、肖智宏、于文斌、于熙編寫(xiě)，第4章余宏偉、陳啟編寫(xiě)，第5 章由肖浩、李建光、余宏偉編寫(xiě)，第6 章由肖智宏、谷松林編寫(xiě)，第7 章由陳旭海、陳盼、肖智宏、閆培麗編寫(xiě)，第8 章由王貴忠、劉穎、劉文軒編寫(xiě)，第9章由韓柳、劉亞輝、黃寶瑩編寫(xiě)，第10 章由谷松林、盧為、余宏偉、肖浩編寫(xiě)。全書(shū)由肖智宏統(tǒng)稿。 本書(shū)在編寫(xiě)期間得到國(guó)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(guó)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(dòng)化股份有限公司、ABB（中國(guó)）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(guó)電建集團(tuán)福建省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司、中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)遼寧電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司等單位的大力支持與無(wú)私幫助，在此表示由衷感謝。此外，對(duì)在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中給予大力支持的中國(guó)電力出版社馬青編輯表示由衷感謝。由于本書(shū)編寫(xiě)工作量大、時(shí)間倉(cāng)促，難免存在不足之處，希望廣大專(zhuān)家和讀者批評(píng)指正。 編 者 2018 年7 月