電子式互感器PPT課件

1、電子式互感器種類電子式互感器種類 有源式電子式互感器有源式電子式互感器 GISGIS開關(guān)開關(guān)SF6SF6氣體絕緣的氣體絕緣的GISGIS結(jié)構(gòu)的電子互感器結(jié)構(gòu)的電子互感器 CTCT取電與激光混合供電的獨立式電子互感器取電與激光混合供電的獨立式電子互感器 10/35kV10/35kV低功率小信號電子式互感器低功率小信號電子式互感器 常規(guī)互感器就地采樣合并單元常規(guī)互感器就地采樣合并單元 無源式電子式互感器無源式電子式互感器 全光纖電子式互感器全光纖電子式互感器第1頁/共61頁GIS電子式互感器原理結(jié)電子式互感器原理結(jié)構(gòu)構(gòu)第2頁/共61頁GIS式電子式互感器式電子式互感器 電流、電壓集成在一起，集成度

2、高電流、電壓集成在一起，集成度高 低功率線圈精度高，可達到低功率線圈精度高，可達到0.2S0.2S級級 空心線圈暫態(tài)特性優(yōu)越空心線圈暫態(tài)特性優(yōu)越 重要間隔線圈遠端模塊均雙重化配置重要間隔線圈遠端模塊均雙重化配置 遠端模塊雙重化采樣互相校驗遠端模塊雙重化采樣互相校驗 電容環(huán)分壓實現(xiàn)電壓傳感，節(jié)省空間電容環(huán)分壓實現(xiàn)電壓傳感，節(jié)省空間 110/220V110/220V直流電源供電，可靠性高，成本低直流電源供電，可靠性高，成本低 易于實現(xiàn)高可靠性，尤其在室內(nèi)易于實現(xiàn)高可靠性，尤其在室內(nèi)GISGIS站站 具有廣泛推廣的價值具有廣泛推廣的價值第3頁/共61頁GISGIS式電子式互感器式電子式互感器第4頁/

3、共61頁激光器驅(qū)動電路PIN數(shù)據(jù)處理合并單元計量LPCT空芯線圈遠端模塊復(fù)合絕緣子光纖光纜P1P2三相合并合并單元遠 端 模塊取 能 線圈LPCT計量、保護、測控雙重化的低功率線圈、空心線圈、取電線圈有源獨立式電子式互感器原理有源獨立式電子式互感器原理第5頁/共61頁有源獨立式電子式互感器有源獨立式電子式互感器CTCT取電和激光混合供電，平時負(fù)荷電取電和激光混合供電，平時負(fù)荷電流均由流均由CTCT取電供能無需啟用激光供電取電供能無需啟用激光供電回路，壽命長回路，壽命長當(dāng)采用線路當(dāng)采用線路PTPT時，電流、電壓可以集時，電流、電壓可以集成在一起，集成度高，相對傳統(tǒng)互感成在一起，集成度高，相對傳統(tǒng)

4、互感器具有成本空間優(yōu)勢器具有成本空間優(yōu)勢精度、暫態(tài)特性優(yōu)越精度、暫態(tài)特性優(yōu)越絕緣簡單，在絕緣簡單，在220kV220kV及以上電壓等級有及以上電壓等級有優(yōu)勢優(yōu)勢第6頁/共61頁全光纖電子式互感器原理全光纖電子式互感器原理 結(jié)構(gòu)圖鎖 相 放 大 器光 源 （ 編 號 ）耦 合 器退 偏 器起 偏 器45度 分 光退 偏 器調(diào) 制 器波 片傳 感 光 纖 圈傳 輸 光 纖反 光 鏡信 號 發(fā) 生 器光 探 測 器第7頁/共61頁光學(xué)電子式互感器光學(xué)電子式互感器室外無電子器件，可靠性不受室外室外無電子器件，可靠性不受室外環(huán)境和電磁兼容影響環(huán)境和電磁兼容影響問題主要在于精度受溫度影響問題主要在于精度受

5、溫度影響光纖電子式互感器目前可達到光纖電子式互感器目前可達到0.20.2級精度水平級精度水平第8頁/共61頁無源電子式互感器的應(yīng)用無源電子式互感器的應(yīng)用第9頁/共61頁傳統(tǒng)互感器就地采樣傳統(tǒng)互感器就地采樣減少電纜，降低負(fù)載提高傳統(tǒng)互感器減少電纜，降低負(fù)載提高傳統(tǒng)互感器性能性能有可能成為未來老站改造的理想模式有可能成為未來老站改造的理想模式技術(shù)簡單，各廠家基本都提供相關(guān)就技術(shù)簡單，各廠家基本都提供相關(guān)就地采樣合并單元地采樣合并單元第10頁/共61頁電子式互感器電子式互感器第11頁/共61頁電子式互感器電子式互感器第12頁/共61頁電子式互感器規(guī)約支持電子式互感器規(guī)約支持 合并單元輸出的數(shù)據(jù)既可以

6、支持IEC60044-8，也可以支持IEC61850-9-1/2 同步方式： IEC60044-8 內(nèi)部插值同步 IEC61850-9-1/2支持光纖IRIG-B和IEEE1588同步第13頁/共61頁 14 第14頁/共61頁 15 第15頁/共61頁 16 電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)IEC60044-7電子式電壓互感器IEC60044-8電子式電流互感器電子式互感器的標(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)互感器標(biāo)準(zhǔn)GB1207、GB1208相比，大部分內(nèi)容是相同的，較為明顯的不同是增加了關(guān)于數(shù)字量的定義、原理、數(shù)學(xué)描述、試驗規(guī)定等。第16頁/共61頁 17 2007年8月1日頒布實施 GB/T20840.7-2007電子式

7、電壓互感器 GB/T20840.8-2007電子式電流互感器第17頁/共61頁 18 定義的區(qū)別電子式互感器是具有模擬量電壓輸出或數(shù)字量輸出，供頻率15Hz100Hz的電氣測量儀器和繼電保護裝置使用的電流電壓互感器。電子式互感器具有模擬量輸出標(biāo)準(zhǔn)值（如225mV）和數(shù)字量輸出標(biāo)準(zhǔn)值（如2D41）。電子式互感器的精度等級和傳統(tǒng)基本一致。第18頁/共61頁 19 電子式互感器種類第19頁/共61頁 20 Faraday磁光效應(yīng)第20頁/共61頁 21 Pockels電光效應(yīng)第21頁/共61頁 22 光學(xué)原理電子式互感器的問題工藝微小信號檢測精度環(huán)境因素（溫度、振動等）的影響光學(xué)傳感材料長期穩(wěn)定性第

8、22頁/共61頁電子式互感器優(yōu)點 安全性：互感器的高低壓部分通過光纖連接，沒有電氣聯(lián)系，絕緣距離約等于互感器整體高度，安全裕度大大提高；高低壓部分的光電隔離，使得電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路可能導(dǎo)致危及設(shè)備或人身安全等問題不復(fù)存在；電容式電壓互感器無中間變壓器，避免了發(fā)生鐵磁諧振的危險；第23頁/共61頁 安全性：以固體絕緣脂替代了傳統(tǒng)互感器的油或SF6，避免了傳統(tǒng)充油互感器滲漏油現(xiàn)象，也避免了SF6互感器的SF6氣體的滲漏氣現(xiàn)象；彈性固體絕緣保證了互感器絕緣性能更加穩(wěn)定，無需檢壓檢漏，運行過程中免維護；高壓側(cè)采集器的工作電源同時由一次取能線圈和激光電源提供，兩者動態(tài)自檢，互為熱備用

9、，系統(tǒng)工作穩(wěn)定性高；電子式互感器優(yōu)點第24頁/共61頁 安全性：采集器為雙A/D設(shè)計，互感器自檢功能完備，若出現(xiàn)通訊故障或互感器故障，保護裝置將會因錯誤標(biāo)或收不到校驗碼正確的數(shù)據(jù)而可以直接判斷出互感器異常從而閉鎖保護； 電子式互感器優(yōu)點第25頁/共61頁 準(zhǔn)確性無磁飽和、頻率響應(yīng)范圍寬、精度高、暫態(tài)特性好，不受環(huán)境因素影響；電子式互感器無傳統(tǒng)二次負(fù)荷概念，一次模擬采樣值小信號低功率的輸出可確保達到高精度等級；采集器具有測溫功能，可根據(jù)環(huán)境溫度實時補償采集數(shù)據(jù)；電子式互感器優(yōu)點第26頁/共61頁 準(zhǔn)確性數(shù)字信號通過光纖傳輸，增強了抗EMI性能，數(shù)據(jù)可靠性大大提高；電子式互感器優(yōu)點第27頁/共61

10、頁性價比：在高壓和超高壓中，電子式互感器的制造成本和綜合運行成本具有明顯優(yōu)勢，其可實現(xiàn)變電站的自動化運行，減少人為因素影響，降低誤操作的概率；合并器同時可接收傳統(tǒng)互感器的模擬量輸入，本機完成模數(shù)轉(zhuǎn)換并通過光纖以太網(wǎng)輸出，完成電子式互感器和傳統(tǒng)互感器的混合使用；輸出遵循IEC61850-9標(biāo)準(zhǔn)格式，為實現(xiàn)數(shù)字化變電站提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；電子式互感器優(yōu)點第28頁/共61頁性價比：數(shù)字化變電站中用光纜取代信號傳輸電纜，可節(jié)約2/3的造價成本；減少銅鋁材料及SF6氣體的使用，使用天然可再生資源，提高了節(jié)能環(huán)保的社會效益；數(shù)字化變電站的保護、測控、計量、監(jiān)控、遠動、VQC等系統(tǒng)均用同一個通信網(wǎng)絡(luò)接收電流、電壓

11、值和狀態(tài)等信息以及發(fā)出控制命令，不需為不同功能建設(shè)各自的信息采集、傳輸和執(zhí)行系統(tǒng)，減少冗余設(shè)備的投入。電子式互感器優(yōu)點第29頁/共61頁電子式互感器結(jié)構(gòu)原理 信號柱（OES）采集器單元（OESC）電容分壓器積分器信號預(yù)處理模數(shù)轉(zhuǎn)換羅科夫斯基線圈(保護5TPE)信號傳遞光纜供能光纜光電能量轉(zhuǎn)換組件 LED光收光發(fā)電力線羅式線圈/LPCT(測量0.2級)中央處理單元第30頁/共61頁 31 Rogowski線圈結(jié)構(gòu)及原理 dtdikdtdte原理優(yōu)勢： 頻率響應(yīng)好 線性度好 暫態(tài)特性好 無磁滯PSET電子式電流互感器優(yōu)點第31頁/共61頁同軸電容分壓器的原理C20r2l1lnr3r2第32頁/共6

12、1頁傳統(tǒng)CVT的缺點 q CVT原理圖q 大容量輸出的設(shè)計使絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大；當(dāng)實際負(fù)荷低于CVT額定輸出的25%時，誤差就有可能超出相應(yīng)準(zhǔn)確級的規(guī)定值。 q CVT內(nèi)部含有電容和非線性電感元件(中間變壓器、補償電抗器)，在一次突然合閘或二次短路消除產(chǎn)生的過電壓作用下有可能產(chǎn)生內(nèi)部分次諧波鐵磁諧振現(xiàn)象，危及CVT本身的安全，影響二次測量、保護的正常工作， 第33頁/共61頁傳統(tǒng)CVT的缺點 q CVT原理圖q傳統(tǒng)CVT帶有中間變壓器，且與電壓互感器連接的保護繼電器入口常有隔離用的鐵芯變壓器，當(dāng)線路重合閘時在二次側(cè)感應(yīng)的電壓直流分量可能會導(dǎo)致這些變壓器飽和，引起嚴(yán)重的二次側(cè)暫態(tài)問題。第34

13、頁/共61頁電子式電壓互感器的優(yōu)點q 電子式電壓互感器原理圖q U 2 = C1 U 1 / ( C1+C2 ) 由上式可知 , 只要選擇合適的C1,C2容量,即可 得到所需的分壓比 。q 當(dāng)線路短路或斷路的故障出現(xiàn)的時候，儲存在分壓電容中的能量可以通過并聯(lián)在低壓側(cè)分壓電容上的小電阻R快速釋放，從而對線路上的電壓變化實現(xiàn)快速響應(yīng)跟蹤測量。這種傳感器結(jié)構(gòu)模式的特點在于改善了全電容電壓分壓器的的暫態(tài)特性，同時繼承了電容分壓器原有的優(yōu)點。 第35頁/共61頁電子式電壓互感器的優(yōu)點q 電子式電壓互感器原理圖q低功率小信號的輸出使互感器體積大為減小，采用固體絕緣脂和硅橡膠復(fù)合套管形成密封實心柱體，消除了

14、傳統(tǒng)電容器存在的漏油的問題，具有耐污、防爆、難燃和絕緣可靠等優(yōu)點。 第36頁/共61頁變電站采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較 電子式互感器電流電壓傳感器LED 光收發(fā)光纜數(shù)字信號傳輸微機系統(tǒng)A/D變換測量、保護等裝置微機系統(tǒng)CPURAMROMI/O等 測量、保護等裝置電磁式互感器A/D轉(zhuǎn)換CPURAMROMI/O等 微機系統(tǒng)CT/PT 變 換電 纜模擬信號q 數(shù)字化變電站信號采集系統(tǒng)q 傳統(tǒng)變電站信號采集系統(tǒng)第37頁/共61頁變電站測量系統(tǒng)誤差比較由光電式電能表由光電式電能表& &電子式互感器構(gòu)成的測量系統(tǒng)，誤差僅取決于互電子式互感器構(gòu)成的測量系統(tǒng)，誤差僅取決于互感器；感器；誤差取決于互感器準(zhǔn)

15、確度、傳輸附加誤差、電表精度；誤差取決于互感器準(zhǔn)確度、傳輸附加誤差、電表精度；電子式CT0.2級電子式VT0.2級光纜數(shù)字量傳輸無誤差測量系統(tǒng)誤差0.4全數(shù)字系統(tǒng)（含光電式電能表）無誤差CT0.2級VT0.2級電纜模擬量傳輸誤差0.1A/D轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)電能表0.2級測量系統(tǒng)誤差q0.7q 傳統(tǒng)變電站測量系統(tǒng)q 數(shù)字化變電站測量系統(tǒng)第38頁/共61頁同步信號輸入/輸出 告警 擴展I/O光纖以太網(wǎng)光纖以太網(wǎng)模數(shù)采集單元（擴展）485/232/USB數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出模擬量輸入本地數(shù)據(jù)存取開入開出、跳閘出口、信號等供能光纜傳輸信號光纜站用電源 合并器單元 （OEMU）光能提供單元原理框圖（控制室部分）PS

16、MU合并器原理框圖第39頁/共61頁合并器通道配置信息PSMU合并器采樣功能第40頁/共61頁 傳統(tǒng)互感器二次輸出側(cè)以1A，5A，或100V的信號形式與電能表計、控制保護等二次設(shè)備相連接，目前絕大多數(shù)二次設(shè)備廠商提供的產(chǎn)品也是按此匹配的。而電子式互感器的二次輸出參數(shù)則完全不同，繼電保護、計量儀表及測控裝置等二次裝置具適合數(shù)字化的特點，與電子式互感器的應(yīng)用較為接近。因此，互感器的精度等級、二次側(cè)輸出參數(shù)和與之相連的二次設(shè)備匹配和無縫連接，是電子式互感器應(yīng)用于工程的關(guān)鍵所在。應(yīng)用關(guān)鍵第41頁/共61頁電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范1 電源宜采用直流供電，額定電壓：DC220/DC110V；允許偏差：20

17、+15；紋波系數(shù)：不大于5。第42頁/共61頁電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范結(jié)構(gòu)要求電子式電流互感器的絕緣材料應(yīng)具有高機械強度、低介電損耗和抗老化特性。電子式電流互感器的瓷套材質(zhì)宜選用硅橡膠，傘裙結(jié)構(gòu)宜選用不等徑大小傘。電子式電流互感器應(yīng)為防水結(jié)構(gòu)，有良好的密封性能；硅橡膠外套應(yīng)設(shè)計有足夠的機械強度、絕緣強度和剛度；絕緣及其裝配件的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證其任何部分因熱脹冷縮引起的應(yīng)力不致于導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷。第43頁/共61頁電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范結(jié)構(gòu)要求電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于現(xiàn)場安裝，不允許在現(xiàn)場進行裝配工作。金屬件外露表面應(yīng)根據(jù)需方要求著相應(yīng)顏色，產(chǎn)品銘牌及端子應(yīng)符合圖樣要求。 所有端子及緊固件應(yīng)有足夠的

18、機械強度和保護良好的導(dǎo)電接觸。接地螺栓直徑不得小于8mm，接地處金屬表面平坦，連接孔的接地板面積足夠，并在接地處旁標(biāo)有明顯的接地符號。第44頁/共61頁電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范輔助信號輸出要求 電子式電流互感器需提供采集器狀態(tài)、輔助電源/自身取電電源狀態(tài)、檢修測試狀態(tài)等信號輸出； 應(yīng)具有完善的自診斷功能，并能輸出自檢信息。在數(shù)字量輸出時相關(guān)輔助信號以數(shù)字方式輸出，在模擬量輸出時則以空接點方式輸出。第45頁/共61頁電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范羅氏線圈原理電流互感器配置要求 采用羅氏線圈原理的電流互感器線圈應(yīng)包括：用于保護和測量的羅氏線圈、用于計量的低功率小鐵芯線圈；當(dāng)采集器位于高壓側(cè)時，還應(yīng)配置用

19、于采集器供電的相關(guān)設(shè)備。 當(dāng)用于雙重化保護時，羅氏線圈應(yīng)雙重化配置。 羅氏線圈和低功率小鐵芯線圈宜共用一個采集器。當(dāng)用于雙重化保護時，采集器宜雙重化配置，分別對應(yīng)兩個羅氏線圈。第46頁/共61頁電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范光學(xué)原理電流互感器配置要求 當(dāng)用于雙重化保護時，光學(xué)原理互感器的光學(xué)器件宜兩路獨立輸出，采集器宜雙重化配置。 光學(xué)原理互感器應(yīng)采取措施，以消除溫度、振動、外磁場干擾對互感器精度和穩(wěn)定性的影響。第47頁/共61頁電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范采樣同步電子式電流互感器宜利用合并單元同步時鐘實現(xiàn)同步采樣，采樣的同步誤差應(yīng)不大于1s。合并單元的時鐘輸入可以是電信號或光信號，時間觸發(fā)在脈沖上升沿

20、，每秒一個脈沖，合并單元應(yīng)檢驗輸入脈沖是否有誤。第48頁/共61頁電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范電子線路要求電子式互感器電子線路部分應(yīng)具備高可靠性，所有芯片選用微功率、寬溫芯片，裝置MTBF時間大于50000小時，使用壽命宜大于12年。電子式互感器電子線路部分應(yīng)是模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化；大部分板卡應(yīng)容易維護和更換。電子式互感器電子線路電源模塊應(yīng)為滿足現(xiàn)場運行環(huán)境的工業(yè)級產(chǎn)品，電源端口必須設(shè)置過電壓保護或浪涌保護器件。第49頁/共61頁電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范傳輸系統(tǒng)要求數(shù)字輸出的電子式互感器應(yīng)采用光纖傳輸系統(tǒng)。采用1310nm多模光纖傳輸，ST接口。每根光纜應(yīng)備用24芯。模擬量輸出的電子式互感器應(yīng)采用屏蔽電

21、纜。額定延遲時間要求電子式電流互感器的額定延時不大于2Ts（2個采樣周期）。第50頁/共61頁電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范模擬量電壓輸出的要求小模擬量輸出的電子式電流互感器，其額定二次電壓標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)在如下數(shù)值中選取：22.5mV、150mV、200mV、225mV、4V。額定負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)值以歐姆表示為：2千歐、20千歐、2兆歐。第51頁/共61頁電子式電壓互感器技術(shù)規(guī)范輔助信號輸出要求電子式電壓互感器需提供采集器狀態(tài)、輔助電源/自身取電電源狀態(tài)、檢修測試狀態(tài)等信號輸出；應(yīng)具有完善的自診斷功能，并能輸出自檢信息。在數(shù)字量輸出時相關(guān)輔助信號以數(shù)字方式輸出，在模擬量輸出時則以空接點方式輸出。第52頁/共61頁電子式電壓互感器技術(shù)規(guī)范分壓原理電壓互感器配置要求當(dāng)用于雙重化保護時，分壓原理電壓互感器的分壓器宜兩路獨立輸出，采集器宜雙重化配置。第53頁/共61頁電子式電壓互感器技術(shù)規(guī)范光學(xué)原理電壓互感器配置要求當(dāng)用于雙重化保護時，光學(xué)原理電壓互感器的光學(xué)器件宜兩路獨立輸出，采集器宜雙重化配置。光學(xué)原理互感器應(yīng)采取措施，以消除溫度、振動、外電場干擾對互感器精度和穩(wěn)定性的影響。第54頁/共61頁電子式電壓互感器技術(shù)規(guī)