摘 要：介绍了国内外光电发展状况，从绝缘设计、制造、可靠性以及绝缘成本的角度论证了光电互感器更适于在特高压系统中推广使用。分析了特高压系统中光电互感器应用的关键技术，重点介绍高电位上的电源技术和继电保护的输入端配合技术各种方案，分析了这些方案的特点和局限性。

　　关键词： 特高压;光电互感器;高电位;电源;继电保护

　　0 引 言

　　20世纪50年代，国外电气公司就开始光电互感器的研究，最早研制成功的是美国的西屋电气公司。当时研制的光电互感器都是基于法拉第磁光效应(电流互感器)和电光效应(电压互感器)的纯光学式的光电互感器，由于这些光学转换器件的温度特性的问题，一直无法满足户外环境下0.2级精度的要求。到上世纪80年代，随着电子技术的发展，电子式的光电互感器被研制出来，并开始进入实用。1992年ABB公司的光电互感器在巴西电力系统投入应用，至今运行良好。SIMENS、ALSTOM等公司也相继研制成功并投入运行[1,2]。

　　我国的一些大学也在很早就开始进行光电互感器的研究。早年也是以光学式的光电互感器为研究方向，目前已改为主攻电子式的光电互感器，一些高科技公司已有个别

　　产品正在挂网运行试验和国外的情况不同，我国的主要高压电器制造公司好像没有积极加入光电互感器产品的研发，这是目前没有国内厂商的国产光电互感器可用于使用的主要原因[3-5]。

　　随着特高压系统在我国的示范应用，光电互感器的推广应用开始了一个新的机会。从电气绝缘的角度来讲，在特高压系统中应用更能发挥光电互感器的优点。

　　0 光电互感器在特高压系统中的应用

　　传统上,电流和电压的测量都是靠电磁感应式的电流互感器(CT) 和电压互感器(PT) 来完成的,它要求在高电压与大地之间提供有效但却复杂而昂贵的电气绝缘。由于电站和相关电气设备正朝着高电压、大容量的方向发展,使得高电压等级的CT 和PT 变得越来越笨重、昂贵。另一方面,由于近年来光纤及光电技术的迅速发展,使得有可能采用新的光电技术来解决传统的电流和电压测量中的实际问题,并有信心期待OCT、OVT 在某些应用中,最终将取代传统的CT 和PT。与传统的电气测量设备相比,光学传感器除了显示出其固有的优越的绝缘性能外,还具有频带宽、动态范围大、不受电磁干扰、尺寸小、重量轻、安全性好、性价比高等特点，因此在特高压系统中具有广阔的应用前景[6,7]。

　　在电力系统中广泛应用的CT 是电磁式CT ,它运行了近一个世纪,由于是基于电磁感应原理制成的,存在有以下不足:潜在的突然失效危险;此外,若输出的二次侧负荷的开路将会产生高压,对配电设备造成危害甚至危及人身安全。随着电压等级的提高,绝缘问题的解决,必然使得体积增大,成本增高,设备变得极为笨重。再有一大缺点是由于电磁感应式电流互感器是用铁芯制成的,因此,对高频信号的响应特性较差,这样对高压线路上的暂态过程不能正确反应,它的二次侧输出对负荷要求也较严格,对于高压及特高压电站来讲,占地面积都较大,因而传输二次侧电信号距离亦较远,故要求使用的二次侧电缆的横截面积增大,并且容易产生干扰。因此世界各国都在寻求把光电子学技术用于超高压特高压大电流的电网中。

　　0 应用关键技术分析

　　2.1 高电位上的电源

　　PPM光功率模块是一种低压侧激光供电方式。低压侧(地面)的激光二极管将输入电能转换为光能;通过光纤将光能传送到高压则的PPC器件(Photovoltaic Power Converter)，PPC器件将光能转换为电能，经过稳压电路后供高压侧的电子装置使用。早年国内也有人研究过这个方法，但由于光电器件的寿命问题没有解决，最后放弃了。这家美国公司声称他们的模块寿命为20年。 目前ABB、SIEMENS等大公司实用的电子式光电互感器就是使用该公司的电源模块。ABB的电子式光电互感器更是直接使用该公司的成套电子测量装置LPDL-14。这家Photonic Power System Inc.公司原来只是硅谷的一家小科技公司，于2005年8月被世界500强企业美国的JDSU公司收购。这项技术将可能更加地昂贵了。

　　我们学校正在研究的方法是利用高压侧的均压环产生电源。这实际上就是一种高压分压器供电方法，其具体是：将高压侧的均压环用绝缘材料固定在高压端，既让均压环悬浮，再用一根导线将均压环与高压端相连。在高压端为交流的情况下，这根导线中就有交流电流。这个电流的大小取决于相电压和均压环的对地电容。即：I=ωCU。利用这个电流就可以产生一个电源供高压侧的电子装置使用。使用这个方法时，如果高压侧没有电压时则没有电源，实际上在断电时是不需要进行任何测量。对于暂态的断电情况，例如短路故障时，在电源内设计上一组超级电容器组，在断电的情况下还可供电0.5-1小时，足以应付短路故障的处理。

　　其他还有利用太阳能供电的。但这种方法需要使用蓄电池或可充电电池，但这类电池的寿命有一些问题，高科技的宇航技术可能又太昂贵。

　　2.2 继电保护的输入端的配合

　　传统的电磁互感器CT和VT的输出为5A和100V，并且还有一定的功率输出能力(几十W)。这是为了直接驱动电磁式继电器的继电保护装置。而目前的光电互感器的输出几乎都是信号输出，仅能驱动数字化测量表计，无任何功率输出能力。这就是目前国内光电互感器不能进入继电保护的原因。要解决这个问题只有两个办法：一是在光电互感器的输出加装功率放大器，通过功率放大器将信号转换为功率输出去驱动继电保护装置。具有功率输出的光电互感器可以直接进入现有的继电保护系统。但这种功率放大器的技术要求是比较高的，会有一定的技术难度。二是修改现有的继电保护系统的接口。实际上现在的继电保护装置大多使用微机保护技术。而微机保护装置时不需要功率驱动的，但为了适应现有的电磁式互感器的输出，通常是在微机保护的输入端加上变送器或电流、电压转换单元，将5A和100V输出变换为低电压或小电流供微机保护装置使用。所以这种修改继电保护系统的接口的方法是没有技术难度的，只要改变技术观念，修改原有的继电保护接口协议(规则)即可。相信ABB等大公司使用电子式光电互感器也是使用这后一种方法的。

　　2.3 特高压电网中组合式光学电流电压测量系统 信息来自:www.tede.cn

　　组合式光学电流电压测量系统(OMU) 是指将OCT 和OVT 的传感头用一根光纤复合绝缘子来支撑,这样的组合测量系统可完成对高压传输线的电流和电压的同时测量,并进而获得功率、能量等重要参量。与传统的独立式绝缘支撑结构相比,组合式的结构由于少了一个高压绝缘子,因而可大大节省设备费用,另外还具有尺寸小、结构简单、占

　　地少等优点。由于电压等级越高,绝缘子越昂贵,因而组合式光学电流电压测量系统在500kV 等高电压等级的电站中取代传统的CT 与PT 更具有实际意义，在特高压系统中具有良好的发展前景[8,9]。 信息请登陆:输配电设备网

　　0 结 语

　　光电互感器在特高压系统中具有广阔的应用前景。高电位的电源，继电保护输入端的配合，组合式光学电流电压测量系统等关键技术对特高压电网的建设和发展有重要的意义。

　　参 考 文 献

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