互感器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用與發(fā)展

1、互感器在智能電網(wǎng)、智能變電站互感器在智能電網(wǎng)、智能變電站 中的應(yīng)用與發(fā)展中的應(yīng)用與發(fā)展 葉國雄葉國雄 智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研討班智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研討班2011蘇州蘇州 1 17:15 1 1 智能電網(wǎng)與智能變電站智能電網(wǎng)與智能變電站 2 2 互感器基本知識互感器基本知識 3 3 電子式互感器電子式互感器 4 4 電子式互感器的應(yīng)用與發(fā)展電子式互感器的應(yīng)用與發(fā)展 2 17:15 1.1 什么是智能電網(wǎng)什么是智能電網(wǎng) n智能電網(wǎng)：就是電網(wǎng)的智能化，也被稱智能電網(wǎng)：就是電網(wǎng)的智能化，也被稱“電網(wǎng)電網(wǎng) 2.0”2.0”。 u集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)； u運用先進的傳感和測量技術(shù)、設(shè)備技術(shù)、控制方法以及決

2、策支持系統(tǒng)技術(shù)； u實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安 全的目標。 n形象描述：有插座的地方就有能源，有插座的地方形象描述：有插座的地方就有能源，有插座的地方 就有信息互動。消費者既可以是電力客戶，也可能就有信息互動。消費者既可以是電力客戶，也可能 成為風(fēng)能、太陽能、氫電池、生物沼氣燈小型電力成為風(fēng)能、太陽能、氫電池、生物沼氣燈小型電力 供應(yīng)商。供應(yīng)商。 17:153 1.2 智能電網(wǎng)的主要特征智能電網(wǎng)的主要特征 n自愈、包括用戶，抵御攻擊；自愈、包括用戶，抵御攻擊； n提供滿足提供滿足2121世紀用戶需求的電能質(zhì)量；世紀用戶需求的電能質(zhì)量； n容許各種不同發(fā)電形式的接入；容許

3、各種不同發(fā)電形式的接入； n啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行。啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行。 n中國的智能電網(wǎng)的基本特征是在技術(shù)上要實現(xiàn)中國的智能電網(wǎng)的基本特征是在技術(shù)上要實現(xiàn) 信息化、自動化、互動化。信息化、自動化、互動化。 17:154 1.3 智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 17:155 1.3 智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 6 17:15 1.4 智能變電站智能變電站 n智能變電站智能變電站 smart substationsmart substation u采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù) 字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，自動完成 信息采集、測量

4、、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根 據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同 互動等高級功能的變電站。 n主要技術(shù)特征主要技術(shù)特征 u信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化 n智能變電站分為過程層、間隔層和站控層智能變電站分為過程層、間隔層和站控層 n過程層包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、過程層包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電壓電壓/ /電流互感電流互感 器器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨立的智能電子裝等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨立的智能電子裝 置。置。 摘自q/gdw383-2009智能變電站技術(shù)導(dǎo)則 17:157 傳統(tǒng)變電站結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)變電站結(jié)構(gòu)數(shù)字化變

5、電站結(jié)構(gòu)數(shù)字化變電站結(jié)構(gòu) 1.4 與傳統(tǒng)變電站比較與傳統(tǒng)變電站比較 17:158 9 國家電網(wǎng)陜西750千伏智能變電站 2011年3月1日正式投入運行 17:15 1 1 智能電網(wǎng)與智能變電站智能電網(wǎng)與智能變電站 2 2 互感器基本知識互感器基本知識 3 3 電子式互感器電子式互感器 4 4 電子式互感器的應(yīng)用與發(fā)展電子式互感器的應(yīng)用與發(fā)展 10 17:15 2.1 互感器的定義互感器的定義 n互感器互感器 instrument transformer u一種為測量儀器、儀表、繼電器和其他類似電器供電的變壓器。一種為測量儀器、儀表、繼電器和其他類似電器供電的變壓器。 n電壓互感器電壓互感器 v

6、oltage transformer u一種在正常條件下其二次電壓與一次電壓實際成正比、且在聯(lián)接一種在正常條件下其二次電壓與一次電壓實際成正比、且在聯(lián)接 方法正確時其相位差接近于零的互感器。方法正確時其相位差接近于零的互感器。 n電流互感器電流互感器 current transformer u一種在正常條件下其二次電流與一次電流實際成正比、且在聯(lián)接一種在正常條件下其二次電流與一次電流實際成正比、且在聯(lián)接 方法正確時其相位差接近于零的互感器。方法正確時其相位差接近于零的互感器。 n組合互感器組合互感器 combined instrument transformer u由電流互感器和電壓互感器組合

7、成一體的互感器；由電流互感器和電壓互感器組合成一體的互感器； u在電子式互感器中使用較廣。在電子式互感器中使用較廣。 11 17:15 17:1512 2.2 互感器用途互感器用途 n高壓隔離作用；高壓隔離作用； n比率變換功能；比率變換功能； u將系統(tǒng)的高電壓大電流按比率變換成低電壓、小電流信號，供 給電力系統(tǒng)中的電氣測量裝置、電能計量裝置、繼電保護裝置 、自動裝置使用。 n電容式電壓互感器還可兼作載波通訊用的耦合電容器。電容式電壓互感器還可兼作載波通訊用的耦合電容器。 13 17:15 2.3 互感器分類互感器分類 n電壓互感器電壓互感器 u按相數(shù)：單相、三相 u按用途：計量用、測量用、保

8、護用 u按原理：電磁式（vt）、電容式（cvt）、 電子式（evt） u按絕緣介質(zhì)：干式、澆注式、油浸式、sf6氣體 u按結(jié)構(gòu)：單級式、串級式 u按繞組個數(shù)：雙繞組、三繞組、四繞組 u按絕緣：半絕緣、全絕緣 u按安裝地點：戶內(nèi)、戶外 u按電壓等級：0.6、1、3、6、10、20、35、66、110、220、330、 500、750kv、1000kv 14 17:15 n電流互感器電流互感器 u按用途：計量用、測量用、保護用 u按原理：電磁式（ct）、電子式（ect） u按絕緣介質(zhì)：干式、澆注式、油浸式、sf6氣體 u按結(jié)構(gòu)：正立式、倒立式 u按安裝地點：戶內(nèi)、戶外 u按安裝方式：貫穿式、支柱式

9、 u按一次匝數(shù)：單匝式、復(fù)匝式 u按電流比：單變比、多變比、復(fù)合變比 u按電壓等級：0.6、1、3、6、10、20、35、66、110、220、330、 500、750kv、1000kv 2.3 互感器分類互感器分類 15 17:15 2.4 電流互感器的使用電流互感器的使用 n一相式接線一相式接線 u電流線圈通過的電流反應(yīng)一次電路相應(yīng)相的電流。通常 用于負荷平衡的三相電路如低壓動力線路中，供測量電 流、電能或接過負荷保護裝置之用。 17:1516 n兩相電流差接線兩相電流差接線 u這種接線適用于中性點不接地的三相三線制電路中供 作電流繼電保護之用。由向量圖可知，互感器公共線 上的電流為ia-

10、ic,其量值為相電流的3倍。 2.4 電流互感器的使用電流互感器的使用 17:1517 n三相星型接線三相星型接線 u它由三只完全相同的電流互感器構(gòu)成。此種接線方式適用于 高壓大電流接地系統(tǒng)、發(fā)電機二次回路、低壓三相四線制電 路。采用此種接線方式，二次回路的電纜芯數(shù)較少。但由于 二次繞組流過的電流分別為ia、ib、ic，當三相負載不平衡時， 則公共線中有電流in 流過。此時，總公共線斷開就會產(chǎn)生計 量誤差，因此，公共線是不允許斷開的。 2.4 電流互感器的使用電流互感器的使用 17:1518 n兩相兩相v v形接線形接線 u也稱為兩相不完全星型接線。在中性點不接地的三相三線 制電路中，廣泛用于

11、測量三相電流、電能及作為過電流繼 電保護之用。這種接線方式是根據(jù)三相交流電路中三相電 流之和為零的原理構(gòu)成的,公共線上的電流為ia+ic=-ib， 反應(yīng)的是b相的相電流。 + 2.4 電流互感器的使用電流互感器的使用 17:1519 n變壓器縱差動保護單相原理接線圖變壓器縱差動保護單相原理接線圖 20 u變壓器正常運行或外部短路 故障時，理想情況下 差動繼電器kd不動作 u當變壓器發(fā)生短路故障時， 假設(shè)變壓器兩側(cè)均有電源，i1、 i2同相位，id流過相應(yīng)短路電 流，kd動作，將變壓器從電 網(wǎng)中切除。 u縱差動保護區(qū)為ta1和ta2之 間的電氣部分。 0 21 iiid 2.4 電流互感器的使用

12、電流互感器的使用 17:15 2.5 電壓互感器的使用電壓互感器的使用 n單相接線單相接線 u該接法僅適用于測量相間電壓。如果互感器一次繞 組的一端接在線路上，另一端接地，互感器可測量 某一相對地電壓。 17:1521 nv vv v接線接線 u兩個電壓互感器分別接于線電壓uab和ubc上，一次繞組不能接 地，二次繞組一端接地，這種接線方式適用于中性點非直接接 地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。 u只用兩個單相電壓互感器可以得到對稱的三個線電壓； u不能測量相電壓； u一次繞組接入系統(tǒng)線電壓，二次繞組電壓為100v。當繼電保護 裝置和測量表計只需用線電壓時，可采用這種接線方式。 2.5 電壓互感器的使用

13、電壓互感器的使用 17:1522 ny y0 0y y0 0接線接線 u由三個單相互感器一、二次側(cè)均接成y0形，可供給要求線電 壓的儀表和繼電器以及要求相電壓的絕緣監(jiān)視電壓表。由于 小電流接地系統(tǒng)在一次電路發(fā)生單相接地時，另兩個完好相 的相電壓要升高到線電壓，所以絕緣監(jiān)視電壓表表要按線電 壓選擇否則在發(fā)生單相接地時，電壓表可能被燒毀。 2.5 電壓互感器的使用電壓互感器的使用 17:1523 ny y0 0/y/y0 0/ / 接線接線 u用三臺單相三繞組電壓互感器構(gòu)成y0/y0 /接線，用于3 220kv系統(tǒng)（110kv及以上無高壓熔斷器），供接入交流電網(wǎng) 絕緣監(jiān)視儀表和繼電保護用。三相五柱

14、式電壓互感器只用于 315kv系統(tǒng)，其接線與三臺單相三繞組電壓互感器構(gòu)成 y0/y0/接線基本相同。 u該接線方式其二次繞組用來測量相間電壓和相對地電壓，輔助 二次繞組接成開口三角形檢測零序電壓。 2.5 電壓互感器的使用電壓互感器的使用 17:1524 獨立式獨立式sf6電壓互感器電壓互感器 25 2.6 常見互感器常見互感器 17:15 電容式電壓互感器電容式電壓互感器 26 2.6 常見互感器常見互感器 17:15 油浸正立電容型電流互感器的結(jié)構(gòu)油浸正立電容型電流互感器的結(jié)構(gòu) 27 2.6 常見互感器常見互感器 17:15 油浸倒立式電流互感器結(jié)構(gòu)油浸倒立式電流互感器結(jié)構(gòu) 28 2.6

15、常見互感器常見互感器 17:15 sf6倒立式電流互感器結(jié)構(gòu)倒立式電流互感器結(jié)構(gòu) 29 2.6 常見互感器常見互感器 17:15 干式電流互感器結(jié)構(gòu)干式電流互感器結(jié)構(gòu) 30 2.6 常見互感器常見互感器 17:15 1 1 智能電網(wǎng)與智能變電站智能電網(wǎng)與智能變電站 2 2 互感器基本知識互感器基本知識 3 3 電子式互感器電子式互感器 4 4 電子式互感器的應(yīng)用與發(fā)展電子式互感器的應(yīng)用與發(fā)展 31 17:15 32 3.1 電子式互感器的構(gòu)成電子式互感器的構(gòu)成 n電子式互感器通常由傳感器、一次轉(zhuǎn)換器、傳輸系統(tǒng)、電子式互感器通常由傳感器、一次轉(zhuǎn)換器、傳輸系統(tǒng)、 二次轉(zhuǎn)換器、供電電源及合并單元等部

16、分組成。根據(jù)采二次轉(zhuǎn)換器、供電電源及合并單元等部分組成。根據(jù)采 用的技術(shù)不同，有些部分可以省略。用的技術(shù)不同，有些部分可以省略。 n一次轉(zhuǎn)換器又稱遠端模塊一次轉(zhuǎn)換器又稱遠端模塊, ,安裝在高壓一次側(cè)（有些結(jié)安裝在高壓一次側(cè)（有些結(jié) 構(gòu)也可以在低壓側(cè)），負責(zé)采集、調(diào)理一次側(cè)電壓電流構(gòu)也可以在低壓側(cè)），負責(zé)采集、調(diào)理一次側(cè)電壓電流 并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 n合并單元安裝在二次側(cè)，負責(zé)對各相遠端模塊傳來的信合并單元安裝在二次側(cè)，負責(zé)對各相遠端模塊傳來的信 號做同步合并處理。號做同步合并處理。 17:15 3.1 電子式互感器的構(gòu)成電子式互感器的構(gòu)成 一次電流傳一次電流傳 感器感器 p2

17、 p1 mr iv mr ef s1 s2 一次一次 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 二二次次電源電源 傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng) 二次轉(zhuǎn)換器二次轉(zhuǎn)換器 供合并單元用供合并單元用 二次轉(zhuǎn)換器模二次轉(zhuǎn)換器模 擬量電壓輸出擬量電壓輸出 一次電源一次電源 33 電子式互感器框圖電子式互感器框圖 17:15 數(shù)字輸出電子式互感器框圖數(shù)字輸出電子式互感器框圖 數(shù)字量輸出 合并單元 時鐘輸入 ecta（測量）的（測量）的sc 電源 需要時的 合并單元 電源 ectb（測量）的（測量）的sc ectc（測量）的（測量）的sc ecta（保護）的（保護）的sc ectb（保護）的（保護）的sc ectc（保護）的（保護）的sc 中性點中

18、性點ect的的sc evta的的sc evtb的的sc evtc的的sc 中性點中性點evt的的sc 母線母線 evt的的sc 34 3.1 電子式互感器的構(gòu)成電子式互感器的構(gòu)成 17:15 3.2 電子式互感器分類電子式互感器分類 n按功能分按功能分 u電子式電流互感器（ect） u電子式電壓互感器（evt） u電子式組合互感器（ecvt） n按應(yīng)用場合劃分按應(yīng)用場合劃分 ugis結(jié)構(gòu)的電子互感器 uais結(jié)構(gòu)(獨立式)電子互感器 u直流用電子式互感器 35 17:15 3.2 電子式互感器分類電子式互感器分類 n按是否需要一次電源分按是否需要一次電源分 u有源電子式互感器 p電磁感應(yīng)原理（

19、空心線圈、空心線圈、lpct)lpct) p分壓原理（r、l、c） u無源電子式互感器 p法拉第磁光效應(yīng)原理 ppockels電光效應(yīng) pkerr效應(yīng) p逆壓電效應(yīng) 36 17:15 3.2 電子式互感器分類電子式互感器分類 n按傳感原理分按傳感原理分 u分壓型電壓互感器（電容、電阻、電感）分壓型電壓互感器（電容、電阻、電感） upockels電光效應(yīng)電光效應(yīng) ukerr效應(yīng)效應(yīng) u逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng) u低功率線圈（低功率線圈（lpct） u空心線圈（空心線圈（rogowski線圈）線圈） u法拉第磁光效應(yīng)法拉第磁光效應(yīng) p光學(xué)玻璃光學(xué)玻璃 p全光纖全光纖 u磁致伸縮效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng) 37

20、17:15 n模擬量模擬量 uect：4v（測量）及200mv（保護） uevt：1.625v，2v，3.25v，4v，6.5v以及上述值的1/3 n數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出 uect：2d41h（測量）及01cfh或00e7h（保護） uevt：2d41h u輸出格式按gb/t20840.8（iec60044-8）或dl/t860.9（ iec61850-9）的要求 38 3.3 電子式互感器的輸出電子式互感器的輸出 17:15 n有源電子式互感器特點有源電子式互感器特點 u傳感頭部分有電子電路及工作電源 u利用電磁感應(yīng)或分壓原理獲取被測信號 pect：空心線圈(rc)、低功率鐵心線圈（lpct

21、） pevt：電阻、電容、電感分壓 u利用光纖傳輸數(shù)字信號，必要時傳輸能量，同時光纖可實現(xiàn)高 低壓絕緣隔離。 u用于gis或者罐式斷路器時電源在低壓側(cè)。 3.4 有源電子式互感器有源電子式互感器 39 17:15 n有源電子式有源電子式 電流互感器電流互感器 3.4 有源電子式互感器有源電子式互感器 40 17:15 n 空心線圈（空心線圈（rogowskirogowski線圈）原理：線圈）原理： 3.4 有源電子式互感器有源電子式互感器 17:1541 42 n 鐵心線圈式低功率電流互感器（鐵心線圈式低功率電流互感器（lpctlpct） 3.4 有源電子式互感器有源電子式互感器 17:15

22、n 有源電子式電壓互感器有源電子式電壓互感器 3.4 有源電子式互感器有源電子式互感器 43 17:15 44 ngisgis用電容分壓原理用電容分壓原理 u電壓互感器利用電容分壓器測量電壓。為提高電壓測量的精電壓互感器利用電容分壓器測量電壓。為提高電壓測量的精 度，改善電壓測量的暫態(tài)特性，在電容分壓器的輸出端并一度，改善電壓測量的暫態(tài)特性，在電容分壓器的輸出端并一 精密小電阻。電容分壓器的輸出信號精密小電阻。電容分壓器的輸出信號u u0 0 與被測電壓與被測電壓u ui i有如下有如下 圖所示關(guān)系。圖所示關(guān)系。 式中：c1為高壓電容，c2為低壓電容。利用電子 電路對電壓傳感器的輸出信號進行積

23、分變換 便可求得被測電壓。 3.4 有源電子式互感器有源電子式互感器 17:15 ngisgis用電流電壓組合式互感器用電流電壓組合式互感器 r sf6 中間電極 高壓導(dǎo)體 c1 c2 uo dt du rcu 10 ) 1 ( 2 c r 3.4 有源電子式互感器有源電子式互感器 17:1545 n有源電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)及難點有源電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)及難點 u供電技術(shù)(gis、罐式斷路器例外) p激光、小ct取能 u遠端傳感模塊（一次采集模塊）的穩(wěn)定性和可靠性 u采集單元維護 3.4 有源電子式互感器有源電子式互感器 46 17:15 n無源電子式互感器的特點無源電子式互感器的特點 u

24、傳感頭部分由純光學(xué)器件構(gòu)成，沒有電子電路因此不需要 電源，電磁兼容性能好。 uect傳感頭利用faraday磁光效應(yīng)原理 uevt傳感頭利用pockels電光效應(yīng)原理 u光纖只傳輸傳感信號，同時光纖可實現(xiàn)高低壓絕緣隔離 u是電子式互感器的理想解決方案 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 47 17:15 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 n法拉第（法拉第（faradayfaraday）磁光效應(yīng)原理）磁光效應(yīng)原理 u當通過傳光媒質(zhì)的線偏振光在同方向的磁場作用下，其偏振面 會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度 v為材料的verdet常數(shù)。 u安培環(huán)路定理：沿任何一個區(qū)域邊界對磁場矢量進行積分,其數(shù)

25、值等于通過這個區(qū)域邊界內(nèi)的電流的總和。 48 ldhv l vildhv 17:15 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 n光學(xué)玻璃結(jié)構(gòu)的電流互感器光學(xué)玻璃結(jié)構(gòu)的電流互感器 49 光學(xué)玻璃電流傳感器光路基本結(jié)構(gòu)光學(xué)玻璃電流傳感器光路基本結(jié)構(gòu) 17:15 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 n光學(xué)玻璃結(jié)構(gòu)的電流互感器光學(xué)玻璃結(jié)構(gòu)的電流互感器 u目前尚無高精確度測量偏振面旋轉(zhuǎn)角的檢測器，通常將線偏振光的偏 振面角度變化的信息轉(zhuǎn)化為光強變化的信息，然后通過光轉(zhuǎn)換將光信 號變?yōu)殡娦盘?，并進行放大處理，以正確反應(yīng)最初的電流信息。 u設(shè)起偏器的輸出光強為i0，檢偏器的輸出光強為i，根據(jù)馬呂斯定

26、律， 兩者光強關(guān)系為 u當檢偏器和起偏器的透光軸互成45度時，輸出光強為最為靈敏，此 時線性度也最好，動態(tài)范圍最大，此時有： 50 透光軸光軸檢偏器為起 )(cos2 0 的偏器和 為光路的衰減系數(shù) ii )2-1 ( 2 1 )45(cos 00 o2 00 iii 17:15 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 n光學(xué)玻璃結(jié)構(gòu)的電流互感器光學(xué)玻璃結(jié)構(gòu)的電流互感器 u對傳感頭材料的要求是：對傳感頭材料的要求是： p具有良好的光學(xué)性能，光彈系數(shù)較小，各相同性，以保證保偏性能。 p材料的verdet常數(shù)比較大，受溫度影響小。 p易于加工。其熱學(xué)性質(zhì)、機械性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等均好。 51 17:

27、15 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 52 塊狀火石玻璃傳感頭結(jié)構(gòu)塊狀火石玻璃傳感頭結(jié)構(gòu) n光學(xué)玻璃結(jié)構(gòu)的電流互感器光學(xué)玻璃結(jié)構(gòu)的電流互感器 17:15 n全光纖電流互感器全光纖電流互感器 u法拉第磁光效應(yīng)法拉第磁光效應(yīng) u薩格納克干涉原理測量（薩格納克干涉原理測量（sagnac interferometer ） p1913年薩格納克發(fā)明了一種可以旋轉(zhuǎn)的環(huán)形干涉儀。將同一光源 發(fā)出的一束光分解為兩束，讓它們在同一個環(huán)路內(nèi)沿相反方向循 行一周后會合，然后在屏幕上產(chǎn)生干涉。這就是薩格納克效應(yīng)。 p兩束相干光間光程差的任何變化會非常靈敏地導(dǎo)致干涉條紋的移 動。通過干涉條紋的移動變化可測量光

28、程微小改變量，從而測得 與此有關(guān)的其他物理量（如電流）。測量精度決定于測量光程差 的精度，干涉條紋每移動一個條紋間距，光程差就改變一個波長 （1000nm）。 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 17:1553 sensor fiber 傳感光纖傳感光纖 led 紅外發(fā)光源紅外發(fā)光源 光探測器光探測器 波片波片 調(diào)制器調(diào)制器 偏振器偏振器 mirror 鏡子鏡子 模擬模擬/數(shù)字接口數(shù)字接口 analog /digital interface data pm 保偏光纖保偏光纖 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 n全光纖電流互感器全光纖電流互感器 全光纖傳感器光路基本結(jié)構(gòu)全光纖傳感器

29、光路基本結(jié)構(gòu) 17:1554 rhcp右旋圓偏振右旋圓偏振 lhcp左旋圓偏振左旋圓偏振 17:1555 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 n光路原理簡介光路原理簡介 光電轉(zhuǎn)換裝置將同一個發(fā)光二極管發(fā)出的光電轉(zhuǎn)換裝置將同一個發(fā)光二極管發(fā)出的 線性光變成兩路光信號，經(jīng)過光纖送入頭線性光變成兩路光信號，經(jīng)過光纖送入頭 部的傳感裝置。部的傳感裝置。 園盤狀的極化器，將兩路線性偏振光，轉(zhuǎn)化為兩園盤狀的極化器，將兩路線性偏振光，轉(zhuǎn)化為兩 路左右旋轉(zhuǎn)園偏振光路左右旋轉(zhuǎn)園偏振光 光信號圍繞導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)多圈后，光信號圍繞導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)多圈后， 導(dǎo)體所造成的磁場導(dǎo)體所造成的磁場 使其中一路光信號加速，另一路卻被減

30、速。（法使其中一路光信號加速，另一路卻被減速。（法 拉第效應(yīng)）拉第效應(yīng)） 當兩路環(huán)園極化的光信號后，被一面鏡子反射再當兩路環(huán)園極化的光信號后，被一面鏡子反射再 回入光纖。此時極化的方向被逆轉(zhuǎn)。沿著逆轉(zhuǎn)通回入光纖。此時極化的方向被逆轉(zhuǎn)。沿著逆轉(zhuǎn)通 路，這效應(yīng)被加倍。路，這效應(yīng)被加倍。 兩路信號送回前，最終又成為線性偏振光信號。兩路信號送回前，最終又成為線性偏振光信號。 兩個光信號回到光電裝置時，由于傳播速度的差異兩個光信號回到光電裝置時，由于傳播速度的差異 ，兩個光信號已經(jīng)形成了相位差，由于它們在同一，兩個光信號已經(jīng)形成了相位差，由于它們在同一 個通路，環(huán)境溫度和振動對它們的影響是相同的，個通路

31、，環(huán)境溫度和振動對它們的影響是相同的， 所以，造就了不受影響的高精度的電流測量裝置。所以，造就了不受影響的高精度的電流測量裝置。 鏡子鏡子 光纖電流互感器光纖電流互感器 送出同源兩路光信號送出同源兩路光信號 返回的兩路光信號已由于電流幅值引起的相位差返回的兩路光信號已由于電流幅值引起的相位差 pm 保偏保偏 光纖光纖 波片波片 17:1556 npockels效應(yīng)原理：效應(yīng)原理： u某些透明光學(xué)介質(zhì)某些透明光學(xué)介質(zhì)( (如如bgobgo晶體晶體) )在外電場作用下，其折在外電場作用下，其折 射率線性地隨外電場而改變的效應(yīng)。射率線性地隨外電場而改變的效應(yīng)。 u如在外加電壓如在外加電壓u u作用下

32、，作用下，bgobgo晶體由各向同性變成各向晶體由各向同性變成各向 異性的雙折射晶體。當線偏振光投射到雙折射晶體的端異性的雙折射晶體。當線偏振光投射到雙折射晶體的端 面，人射光束就會變成初相角相同、而電位移矢量相互面，人射光束就會變成初相角相同、而電位移矢量相互 垂直的兩束光，由于它們在晶體中的傳播速度不同，出垂直的兩束光，由于它們在晶體中的傳播速度不同，出 射時有一定的相位差射時有一定的相位差 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 57 17:15 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 58 電光張量。 晶體折射率； 半波電壓； 被測電壓； 式中 橫向電光調(diào)制： 縱向電光調(diào)制： 41

33、 0 41 3 0 41 3 0 41 3 0 41 3 0 )( 2 )( 2 2 2 n u u l d rn u u u d l un rn u u u urn npockels效應(yīng)原理：效應(yīng)原理： 17:15 n橫向效應(yīng)與縱向效應(yīng)的比較橫向效應(yīng)與縱向效應(yīng)的比較 u橫向效應(yīng)的半波電壓，可通過改變晶片的幾何尺寸（縱橫比 ）進 行調(diào)節(jié)，這是它的優(yōu)點。而縱向的半波電壓對bgo晶體而言，其縱 向調(diào)制的半波電壓為u=46.52kv，要使傳感器工作于線性區(qū)（非線 性誤差小于0.1%），則要求加至光學(xué)電壓傳感器的最大電壓um 0.024 u 。 u橫向效應(yīng)有自然雙折射引起的位相延遲，這個附加的位相差易

34、受 外界溫度變化的影響?？v向效應(yīng)就沒有自然雙折射引起的位相延 遲。 u橫向效應(yīng)所加電場的方向與通光方向垂直，使用方便，這是它的 優(yōu)點?？v向效應(yīng)的電場方向與通光方向一致，要求電極既透明又 導(dǎo)電，對于大多數(shù)物質(zhì)而言，這兩個要求有矛盾，通常采用導(dǎo)電 玻璃或中空環(huán)形電模電極。 59 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 17:15 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 60 17:15 n縱向效應(yīng)方案縱向效應(yīng)方案 n無源電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)及難點無源電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)及難點 u光學(xué)傳感材料光學(xué)傳感材料 u傳感頭的組裝技術(shù)傳感頭的組裝技術(shù) u微弱信號檢測微弱信號檢測 u溫度對精度的影響溫度

35、對精度的影響 u振動對精度的影響振動對精度的影響 u長期穩(wěn)定性長期穩(wěn)定性 3.5 無源電子式互感器無源電子式互感器 61 17:15 n合并單元合并單元 u用以對來自二次轉(zhuǎn)換器的電流和/或電壓數(shù)據(jù)進行時間相干組 合的物理單元。合并單元可以是現(xiàn)場互感器的一個組件，也可 以是一個獨立單元。 u合并單元是對傳感模塊傳來的三相電氣量進行合并和同步處理 ，并將處理后的數(shù)字信號按特定的格式提供給間隔級設(shè)備使用 的裝置。 u合并單元的輸出格式： pgb/t20840.8（iec60044-8） pdl/t860.91（iec61850-9-1） pdl/t860.92（iec61850-9-2） 3.6 合

36、并單元合并單元 17:1562 n合并單元的結(jié)構(gòu)合并單元的結(jié)構(gòu) 3.6 合并單元合并單元 17:1563 3.6 合并單元合并單元 n基本功能基本功能 u接收 ect、evt數(shù)字信息 u采樣值有效性處理 u采樣值輸出 u時鐘同步及守時 u設(shè)備自檢及指示 u可配置采樣率 u故障報警 uled狀態(tài)顯示 u提供秒脈沖測試信號 64 17:15 3.6 合并單元合并單元 n選配功能選配功能 u交流模擬量采集 u采樣值突變處理 u狀態(tài)量采集功能 u當?shù)仫@示及參數(shù)設(shè)置 u提供采樣脈沖測試信號 u其他實用功能。 65 17:15 n合并單元的配置原則合并單元的配置原則 u配置方案將決定系統(tǒng)的安全性與可靠性，

37、配置原則是保證一套 系統(tǒng)出問題不會導(dǎo)致保護誤動，也不會導(dǎo)致保護拒動 u電子式互感器或就地采集單元的二次轉(zhuǎn)換模塊需要冗余配置 u轉(zhuǎn)換器中電流需要冗余采樣，分別用于測量、保護啟動和保護 動作 u數(shù)據(jù)合并單元冗余配置并分別連接冗余的電子式互感器模塊， 合并單元可以安裝在開關(guān)附近或保護小室 3.6 合并單元合并單元 17:1566 3.6 合并單元合并單元 n單母線分段單母線分段mumu配置方式配置方式 u線路ct配置獨立的合并單元mu2、mu3，母線pt的接入和并列 功能由合并單元mu1完成。 67 mu1 mu2mu3 母線i母線ii goose 17:15 3.6 合并單元合并單元 n雙母線雙母

38、線mumu配置方式配置方式 u雙母線的接線方式多應(yīng)用于220kv及以上電壓等級，建議所有 的電子互感器及mu均采用雙重化配置。 u線路pt、ct由合并單元mu3接入，母線i、ii的pt分別接入合并 單元mu1、mu2，母線pt切換功能不由合并單元完成。 68 mu1amu1bmu2amu2b mu3a mu3b 17:15 3.6 合并單元合并單元 n3/23/2接線接線mumu配置方式配置方式 u3/2接線方式多應(yīng)用于500kv 及以上電壓等級，建議所有 的電子互感器及mu均采用雙 重化配置。 uct、母線pt、線路pt均配置 獨立的合并單元。 u線路i和線路ii對應(yīng)的電流分 別由mu1、m

39、u2及mu2、mu3接 入的ct的合電流產(chǎn)生。線路i 、ii的線路pt分別接入mu6、 mu7，母線i、ii的pt分別接 入mu4、mu5。母線pt切換功 能不由合并單元完成。 69 母線i 母線ii 線路i 線路ii mu1amu1b mu4amu4b mu2amu2b mu7amu7b mu3amu3b mu5amu5b mu6bmu6a 17:15 3.6 合并單元合并單元 n主變主變mumu配置方式配置方式 u主變的電子互感器及mu均采 用雙重化配置。 u高壓側(cè)ct配置獨立的合并單 元mu1、mu2，高壓側(cè)電流由 mu1、mu2接入的ct的合電流 產(chǎn)生，高壓側(cè)母線pt配置獨 立的合并單

40、元mu3。 u公共繞組ct配置獨立的合并 單元mu6，中壓測的ct、pt 配置合并單元mu4，低壓測 的ct、pt配置合并單元mu5 ，中性點電流、間隙電流并 入相應(yīng)側(cè)合并單元。 70 y 高壓側(cè)i母高壓側(cè)ii母 mu1a mu1b mu2a mu2b mu3a mu3b mu6bmu6a mu4amu4b mu5b 中壓側(cè) ii母i母 低壓側(cè) mu5a 公共繞組 17:15 3.7 電子式互感器的優(yōu)點電子式互感器的優(yōu)點 n基本性能比較基本性能比較 71 比較項目比較項目傳統(tǒng)互感器傳統(tǒng)互感器電子式互感器電子式互感器 絕緣絕緣復(fù)雜絕緣簡單 體積及重量體積及重量大、重體積小、重量輕 ctct動態(tài)范

41、圍動態(tài)范圍范圍小、有磁飽和范圍寬、無磁飽和 ptpt諧振諧振易產(chǎn)生鐵磁諧振pt無諧振現(xiàn)象 二次輸出二次輸出ct不能開路,pt不能短路可以開路、短路 輸出形式輸出形式模擬量輸出數(shù)字量輸出 17:15 n常規(guī)計量系統(tǒng)和數(shù)字輸出計量系統(tǒng)的比較常規(guī)計量系統(tǒng)和數(shù)字輸出計量系統(tǒng)的比較 72 3.7 電子式互感器的優(yōu)點電子式互感器的優(yōu)點 17:15 3.8 電子式互感器檢測中存在的問題電子式互感器檢測中存在的問題 n基本準確度問題基本準確度問題 u表現(xiàn)在互感器的誤差超過標準規(guī)定的誤差限值，誤差測量的 結(jié)果波動比較大，測量結(jié)果的線性度較差，小電流時測量結(jié) 果不穩(wěn)定，改變接線方式或變換試品位置時誤差結(jié)果變化較

42、大。 u造成這些問題的主要原因有：產(chǎn)品一次傳感器的原理限制； 一次傳感器線性度較差；數(shù)據(jù)采集處理電路設(shè)計、工藝等方 面存在缺陷；輸出信號的噪聲過大；試驗過程中一次線圈出 現(xiàn)磁化現(xiàn)象；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)容易受到周圍雜散電容影響；模擬輸 出負載能力不夠；數(shù)字處理部分算法選取不恰當；數(shù)字輸出 信號出現(xiàn)跳幀現(xiàn)象；數(shù)據(jù)同步出現(xiàn)問題等。 17:1573 3.8 電子式互感器檢測中存在的問題電子式互感器檢測中存在的問題 n溫度循環(huán)準確度試驗溫度循環(huán)準確度試驗 u根據(jù)標準要求，當電子式互感器的戶內(nèi)部分和戶外部分別處于各自的 最低溫、最高溫和常溫下，互感器的準確度應(yīng)滿足標準要求。在實際 檢測過程中出現(xiàn)誤差超過允許限值的現(xiàn)

43、象比較多。 u可能存在的原因有：電流傳感器或采樣電阻溫度系數(shù)過大；組成電壓 傳感器的分壓元件溫度系數(shù)不匹配；傳感器設(shè)計工藝不合理或選用的 材料不當；數(shù)據(jù)處理電路元器件選擇不合理；采用sf6氣體絕緣的產(chǎn) 品低溫時出現(xiàn)液化現(xiàn)象；光學(xué)原理產(chǎn)品采用的溫度修正方法不合理; 電路板由于凝露出現(xiàn)短路現(xiàn)象等。 17:1574 3.8 電子式互感器檢測中存在的問題電子式互感器檢測中存在的問題 n短時電流試驗短時電流試驗 u系統(tǒng)一次發(fā)生短路時，電子式電流互感器的一次導(dǎo)體應(yīng)能承受 短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電動力。試驗中出現(xiàn)的主要問題有： 產(chǎn)品接觸導(dǎo)體表面的絕緣出現(xiàn)明顯的劣化現(xiàn)象，導(dǎo)體由于電動 力出現(xiàn)明顯形變，試驗后互

44、感器不能正常工作，試驗后誤差值 與試驗前發(fā)生明顯變化。 u主要原因有：電流互感器的一次導(dǎo)體沒有足夠的截面積和通流 能力；未考慮電動力的影響，結(jié)構(gòu)上沒有必要的固定、綁扎和 緩沖；一次采集電路部分設(shè)計不合理、工藝不可靠。 17:1575 3.8 電子式互感器檢測中存在的問題電子式互感器檢測中存在的問題 n機械強度試驗機械強度試驗 u試驗中出現(xiàn)的主要問題有：產(chǎn)品出現(xiàn)明顯的損壞跡象，試驗后誤差 值與試驗前發(fā)生明顯變化。 u 主要原因有：部分支柱型電子式互感器主絕緣支柱只考慮絕緣強 度，而對機械強度考慮不夠；部分光學(xué)原理互感器誤差結(jié)果受拉應(yīng) 力影響比較大。 17:1576 3.8 電子式互感器檢測中存在

45、的問題電子式互感器檢測中存在的問題 n一次工頻耐壓試驗一次工頻耐壓試驗/ /雷電沖擊試驗雷電沖擊試驗 u試驗中出現(xiàn)的主要問題有：產(chǎn)品一次部分擊穿，試驗后產(chǎn)品 不能正常工作。 u 主要原因有：部分互感器對絕緣強度考慮不夠，產(chǎn)品套管 部分無屏蔽結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品內(nèi)部絕緣氣體氣壓選擇不恰當，一次 和二次部分電子線路設(shè)計不合理。 17:1577 3.9 電子式互感器運行中存在的問題電子式互感器運行中存在的問題 n由于電子式互感器引入了大量電子器件進行信號調(diào)理， 在運行情況下，數(shù)據(jù)采集模塊直接接入高壓回路或內(nèi)置 于一次主設(shè)備中，其運行環(huán)境的電磁干擾信號遠遠超過 通用的電磁兼容試驗標準，特別是在某些電磁暫態(tài)過程

46、中，高頻的電磁波引起的高壓、高頻大電流和地電位升 高等將嚴重影響電子式互感器中電子元件的正常工作， 可能造成其誤報、死機甚至器件損壞，從而影響變電站 安全運行，特別是在220kv以上的系統(tǒng)中，電磁環(huán)境的影 響更為顯著。 78 17:15 3.9 電子式互感器運行中存在的問題電子式互感器運行中存在的問題 n有源獨立支柱型電子式互感器存在一次側(cè)供能問題。目 前普遍采用的式激光供電和線路取能方式，但兩種方式 都存在不足。 n為消除溫度和振動對準確度的影響，采用軟件補償?shù)姆?式，由于影響準確度的通常是多因素非線性時變量，軟 件補償效果不理想。 79 17:15 1 1 智能電網(wǎng)與智能變電站智能電網(wǎng)與智

47、能變電站 2 2 互感器基本知識互感器基本知識 3 3 電子式互感器電子式互感器 4 4 電子式互感器的應(yīng)用與發(fā)展電子式互感器的應(yīng)用與發(fā)展 80 17:15 4.1 智能變電站中的電子式互感器智能變電站中的電子式互感器 17:1581 邏輯設(shè)備 “合并單元合并單元” ln pctr ln pctr ln tvtr ln pctr ln pctr ln tctr 邏輯設(shè)備 “斷路器斷路器 ied” ln pctr ln pctr ln xcbr 邏輯設(shè)備 “斷路器斷路器 ied” ln pctr ln pctr ln xcbr pdis 線路保護 傳感器 執(zhí)行機構(gòu) 采樣值采樣值 iec 61850 保護跳閘保護跳