GISにおける光電流変換器の設計と応用の探究
1.光学电流互感器在GIS中的设计与应用实例
本文以126kV的GIS项目为例，深入探讨了光学电流互感器在GIS系统中的设计理念和实际应用。自该项目正式投入运行以来，电力系统一直保持稳定，没有发生重大故障，运行状态相对理想。
1.1 光学电流互感器的设计与应用理念
在项目初期，GIS项目团队对光学电流互感器的布局方案进行了激烈的讨论。核心争议集中在：是否将其布置在六氟化硫SF6 气体环境中还是常规空气环境中。
方案1：布置在六氟化硫气体环境中
如果采用此方案，光学电流互感器将处于高压六氟化硫气体环境中，其与控制室之间的电气连接需要依赖光纤。然而，在六氟化硫的高压环境下，将光纤引入控制箱相当困难。如果要将光纤制成类似电缆形式的终端端口，则必须采用专业的无缝焊接技术；但焊接过程不仅会干扰光信号的传输，而且形成的导电路径可能会影响电流互感器的电气绝缘性能，存在诸多不利因素。
方案2：布置在空气环境中
此方案无需考虑高压的影响，因此无需担心焊接相关的问题。但是，需要注意如何确保电流互感器的密封性，以及涡流对测量精度及其他潜在影响。
经过严格的分析比较，GIS项目团队最终选择了方案2。该方案将系统运行的安全性、可靠性和稳定性作为首要考虑，并充分考虑到方案实施过程中的可操作性。
2. 方案问题的解决方案
结构设计与连接
通过对光学电流互感器与传统电磁式电流互感器的设计结构进行对比分析，确定将光学电流互感器布置在空气环境中，并进行以下设计工作：
制作一个适应的大法兰，将光学电流互感器放置在法兰内，并从法兰侧面引出光纤。这样，光纤与光学电流互感器的连接部分位于互感器内部，且这一区域靠近其他外部互感器的大法兰，光学电流互感器与六氟化硫气体通过金属隔离。
由于电流互感器在运行过程中会产生涡流，这将干扰光学电流互感器的测量精度和电压。为解决这一问题，对两个大法兰的金属接触面采用了静电喷涂处理，以阻断涡流回路并确保六氟化硫气体的密封性。
电场模拟与验证
由于采用了法兰结构设计，光学电流互感器的电场分布会发生变化。为了验证方案的有效性，需要使用成熟的仿真计算工具（如ANSYS软件）进行测试和分析工作。使用ANSYS对两个法兰的金属环和导体进行场强试验。试验中使用的雷电冲击电压为150kV。通过ANSYS软件的精确分析，得出法兰边缘部分及屏蔽罩处的场强最大，最大值达到20kV/mm。这一结果经过项目团队的深入研究和科学精确的仿真计算后，已经通过了测试和验收。
目前，该项目已长期稳定运行，效果良好。目前，中国在光学电流互感器的研究方面取得了一定成果。但在高电压等级的应用场景中，仍存在减少应力和温度引起的双折射影响、确保系统的长期稳定运行以及进一步提高测量精度等问题，需要在后续工作中解决。
3. 结论
通过对光学电流互感器在GIS系统中的方案选择、实施到问题解决的全过程进行讨论，可以看出在GIS设计与应用领域取得了显著成果。与传统的电磁式电流互感器相比，光学电流互感器具有明显的优势，其应用范围越来越广泛。许多制造商和用户已经采用了这种互感器。可以预见，在不久的将来，光学电流互感器有望完全取代电磁式电流互感器，并随着技术的不断发展和成熟，将在变压器技术的进步中发挥更大的作用。
