按《GB/T20840-7/8》标准定义:一个完整的电子互感器体系结构包括7个功能模块(一次传感器、一次转换器、一次电源、传输系统、二次转换器、二次电源、合并通信器),但在实际应用中,有些模块可以省去,制造时,并非按功能模块进行划分,而是按便于组装、拆分的原则划分成部件,或者叫做“段”,一个段可以包含多个功能模块,段之间是一个机械装配和电气连接关系,我们叫做“接口”。产品的外形结构可以千差万别,但均可按“4段3口”的概念进行拆分和组合。合理的段划分和段与段间统一的标准接口,利于产品的标准化,一个标准化部件可以在不同类型的互感器上通用,甚至可在不同制造商的产品中兼容,标准化对于提高质量稳定性和降低生产成本至关重要。 

电子式互感器4段3口定义结构图 

以下将按照“4段3口”的概念对产品进行部件(段)划分和接口定义,“段”是指完成信息处理的一个完整过程,一个段就是一个大部件,可由多个功能模块集成;“口”是指“段”之间的衔接关系,包括机械的、电气的、内部通信协议的约定。图1是“4段3口”结构示意图,箭头方向体现互感器对测量信息的传感、变送、通信处理直到输出的全过程。

4段3口定义如下:

1. 传感段:一次电流、电压是信息的源头,负责将一次电流、电压信号转换成便于测量的另一种物理信号(小电压、光相位等),其输出接口(a)称为“传感接口”,要求输出的模拟小电压在幅度和相位上必须遵循统一标准,以便于后续采集器的标准化和通用化。对有些类型,装在高压侧的传感段还应包含一次电源模块,这个电源模块可能是母线取能或外部激光送能装置。

2. 变送段:负责将传感段输出的模拟信号转换为已标定的数字信号(采用模拟量输出,则转换为小电压或电流信号),其输出接口(b)称为“变送接口”。变送段必然位于传感段与通信段之间,所以必须满足输入和输出的双重要求,才能成为一个标准件,它相当于通用体系中的一次转换器或二次转换器。

3. 通信段:负责将多台互感器变送段输出的数字信号整理为标准的数据报文(帧),按通信协议向间隔层或站控层发送,它实质上就是合并通信器。其输出接口(c)称为网络接口,满足IEC61850-9-1/2或者FT3规约。

4. 隔离段:实现高低压之间的绝缘隔离,根据不同的装配要求,隔离段可以处在信息处理流程的不同位置,正是这位置上的差异,才导致了新型互感器制造技术上的重大差异,派生出完全不同的核心技术。本文正是按照绝缘隔离位置的不同对互感器产品进行了技术分类。

在目前的产品中,隔离段可能插入的三个位置分别是:

① 位于传感段之前,称为“低压传变型”——利用一次信号的电-磁场空间实现信号感应及电气隔离,互感器的传感、变送、通信装置全部装在低压侧。例如油、气体、固体绝缘的组合电器,互感器的所有部件均被装配在绝缘体之外,接地电位,借用了一次电器本身具有的绝缘系统,互感器自身可以不含隔离段部件(见于图2-A)。

② 位于变送段之前,称为“高压传感型”——即将传感器移至高压侧,实现一次信号转换,模拟信号通过一段绝缘介质传至地电位,完成电气隔离,在低压侧进行变送和通信输出。例如独立支柱式光学电流互感器,即在高压侧传感,利用光纤模拟传输实现光隔离绝缘(见于图2-B)。

③ 位于通信段之前,称为“高压传变型”——即将传感段和变送段均移至高压侧,在高压侧直接输出数字信号,数字信号通过一段绝缘介质传至地电位,以此实现电气隔离。在低压侧完成通信输出。例如通常所称的 “有源”独立支柱式电流互感器即属此(见于图2-C)。