數(shù)字化變電站中電子式互感器的配置

數(shù)字化變電站中電子式互感器的配置

0到發(fā)展階段發(fā)展近年來，基于iec61850的數(shù)字元朝成為元朝自動化技術的發(fā)展方向，在中國得到了快速發(fā)展。電子式互感器作為數(shù)字化變電站過程層中的關鍵設備,具有傳統(tǒng)電磁式互感器所不具備的眾多優(yōu)點,如何有效地將其應用于電力系統(tǒng),替代傳統(tǒng)電磁式互感器并實現(xiàn)相應功能,避免電氣主接線中因互感器的配置問題而影響系統(tǒng)運行安全和擴大事故范圍,成為亟待解決的問題。1u3000結論電子式互感器是一大類非常規(guī)互感器的總稱,按其高壓側是否需要電源,分為有源式電流/電壓互感器ECT/EVT(ElectronicCurrent/VoltageTransformer)和無源式電流/電壓互感器OCT/OVT(OpticalCurrent/VoltageTransformer),根據(jù)測量原理的不同又可細分為不同類型。其中羅氏線圈型電流互感器RCT(RogowskiCurrentTransformer)和低功率線圈型電流互感器LPCT(LowPowerCurrentTransformer)因測量精度不同,通常采取兩者的組合以滿足測量、保護對精度的不同要求;集磁環(huán)型OCT通常用于小電流測量、故障診斷和故障定位等特殊場合,在日本應用較多,在我國還處于理論研究階段。電子式互感器的分類框圖如圖1所示。2數(shù)字化變電站的實現(xiàn)截至目前,我國已建數(shù)字化試點站80余座,其中500kV12座、330kV2座、220kV19座、110kV40座、10~66kV8座,另外還有部分嘗試IEC61850標準的常規(guī)站點。數(shù)字化變電站的實現(xiàn)基礎體現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性、二次系統(tǒng)的冗余性、設備的互操作性和通信的安全性等環(huán)節(jié)。電子式互感器作為電量采集的重要設備,如何通過合理選型及有效配置以實現(xiàn)以上要求,是數(shù)字化變電站建設中面臨的重要問題。2.1電子式電流傳感技術鑒于無源式OVT在國內尚無相關成熟產品,數(shù)字化變電站中主要選用有源式EVT實現(xiàn)電壓量的采集與傳輸。出于傳感元件性能與絕緣水平等方面的考慮,電阻分壓型EVT具有理想的測量品質和暫態(tài)響應,但消耗功率,一般應用于66kV及以下的電壓等級場合,而電容分壓型EVT不存在電磁單元,主要應用于110kV及以上的電壓等級場合。電子式電流互感器實用化產品種類較多,各自的原理與性能存在著較大差別,如表1所示。有源式ECT由于技術實現(xiàn)較容易,產品實用化較早,投運站點多并積累了一定經驗,長期運行的可靠性成為其一大優(yōu)勢;無源式OCT基于法拉第磁光效應原理,較有源式ECT徹底消除了鐵心的影響,具有更快的響應速度、更寬的響應帶寬以及更好的動態(tài)測量品質,絕緣性和抗電磁干擾能力也顯著提高。目前工程上從技術性和經濟性出發(fā),一般推薦110kV及以上電壓等級采用無源式OCT,66kV及以下電壓等級采用有源式ECT。2.2面向間隔實施監(jiān)控數(shù)字化變電站中,電子式互感器一方面參照傳統(tǒng)互感器的配置原則進行配置,一方面根據(jù)“面向間隔實施監(jiān)控”的思想按間隔配置,每個間隔作為一個獨立的保護和監(jiān)控單元,簡化接線,提高保護和監(jiān)控的可靠性。目前投運的EVT與常規(guī)電壓互感器的結構類似,配置也基本相同;ECT與常規(guī)電流互感器的差別較大,分采集單元與合并單元2部分分別配置。2.2.1設備整體安裝傳統(tǒng)互感器通過配置,在電力系統(tǒng)中實現(xiàn)以下功能:將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈窐藴实牡碗妷?100V)和小電流(5A或1A),正確反映電氣設備的正常運行和故障情況;將二次設備與高壓部分隔離,且互感器二次側接地,保證設備和人身的安全。電壓互感器的配置比較簡單,一般根據(jù)應用場合進行配置,電流互感器配置則相對較為復雜、影響因素多。傳統(tǒng)互感器的參考配置方式如表2所示。另外,根據(jù)連接二次設備的不同要求選擇不同精度:一般性測量用0.2、0.5、1或3級,特殊性測量用0.2S或0.5S級,暫態(tài)保護用TPX、TPY或TPZ級,穩(wěn)態(tài)保護用5P或10P級。2.2.2采集單元組合IEC61850-3提出“故障弱化”要求,即當數(shù)字化變電站系統(tǒng)中任一通信元件發(fā)生故障時,變電站仍是持續(xù)可操作的,為此,電子式互感器采用冗余技術保證系統(tǒng)可靠性。采集單元分為單回路和雙回路配置,每一回路包括獨立的傳感元件、光纖信號通道和光纖電源/光源通道。主變間隔、母線間隔、220kV及以上電壓等級間隔一般按照保護雙重化原則配置雙回路采集單元,分別供2套保護用;110kV及以下電壓等級間隔一般配置單回路采集單元。以線圈型ECT與磁光玻璃型OCT為例,其采集單元雙回路配置方式如圖2所示,后者在無法保證磁光玻璃性能可靠的前提下,也可采取2塊磁光玻璃通過4條光纖的方式實現(xiàn)雙回路配置。常規(guī)電流互感器應保護雙重化的要求一般采用2臺獨立電流互感器串接的配置方式,而電子式電流互感器采用磁光材料代替以往的電磁繞組作為傳感元件,絕緣性能好,便于集成,雙回路采集單元可以集中在一根絕緣套管內,簡化了互感器的配置,節(jié)省了占地空間。合并單元MU(MergingUnit)對應采集單元進行配置,雙母線接線方式下還應配置專門合并單元實現(xiàn)母線電壓并列,經間隔合并單元切換后,供檢同期功能使用。220kV間隔的合并單元一般置于室內的合并單元屏;110kV間隔的合并單元可以置于合并單元屏,也可根據(jù)一次設備的選型和運行習慣布置,例如與智能操作箱就地下放到氣體絕緣開關設備GIS(GasInsulatedSwitchgear)匯控柜內;35kV及以下電壓等級在常規(guī)站中將保護測控裝置下放到開關柜,數(shù)字化變電站可延續(xù)這一方式。3電子式整體傳感及控制電路模型文獻給出了電子式互感器的配置方案,并在實際中得到廣泛應用。在此基礎上,以雙母線接線的220/110/35kV電壓等級的數(shù)字化變電站為例,表3列出了參考配置方案,主變間隔采用數(shù)字輸出且性能一致的無源式OCT以及OCT與EVT相結合的組合式CVT;220kV、110kV間隔采用數(shù)字輸出的OCT和CVT。鑒于35kV保護測控裝置已下放到開關柜,且電子式互感器在精度、絕緣和造價等方面的優(yōu)勢都難以體現(xiàn),此時互感器按2種情況配置:涉及到跨間隔應用(如母線設備間隔),選用模擬輸出的LPCT,其他情況選用常規(guī)互感器,并采用常規(guī)保護測控一體化裝置的配置方案。圖3和圖4描繪了電子式互感器在220kV下的單相配置與35kV下的三相配置情況。母線EVT的輸出既用于母線保護,又作為線路重合閘檢同期元件的電壓輸入。當線路保護的重合閘采用檢同期方式時,需進行電壓切換,母線間隔的合并單元(MU5,MU6)將并列后的電壓傳送到各間隔合并單元(MU1~MU4)內,根據(jù)線路隔離刀閘的位置在其中完成電壓切換,并同時接收本間隔的電流、電壓量,最后將所有的采集信息轉換成IEC61850-9-1/2格式輸出至二次設備;當線路保護的重合閘采用不檢重合,則不需進行電壓切換;另外,對于如變壓器保護等沒有重合閘功能的裝置,由于本間隔已有完整的電流、電壓量,因而無需進行電壓切換。35kV側的就地采集單元按雙重化配置,當某回路異常時,只會影響本間隔,而不影響其他間隔。4錯誤分析4.1差動保護動作跳閘事件江陵換流站在其直流系統(tǒng)以及交流濾波器中大量采用了有源式ECT,由于使用經驗不足,導致在2004年至2005年試運行期間發(fā)生多起交流濾波器差動保護動作跳閘事件。原因之一就是有源式ECT中使用了大量的電子元器件,電子回路的集成度不高,當某一元件發(fā)生故障時會導致整個電路板不能正常工作。4.2式傳感設計110kV富村站一次系統(tǒng)引入了有源式ECT和EVT代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式互感器。2008年4月,處于冷備用狀態(tài)的高壓側橋開關,由于C相采集單元的采樣回路中濾波電路元件虛開或虛短引入高電平而導致A/D芯片輸入端電位異常,從而錯誤傳輸異常信號,導致主變差動速段保護誤動作。5次變比、二次