電子式互感器在智能變電站中的應(yīng)用

電子式互感器在智能變電站中的應(yīng)用

0智能變電站應(yīng)用電子式傳感技術(shù)的實(shí)現(xiàn)途徑智能區(qū)塊需要實(shí)現(xiàn)全球信息的標(biāo)準(zhǔn)化、通信平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化和信息共享的標(biāo)準(zhǔn)化。電子式互感器絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)態(tài)范圍大、無(wú)磁飽和且以數(shù)字量方式輸出數(shù)據(jù),很好地適應(yīng)了智能變電站的發(fā)展需求。在智能變電站技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下,2008年以來(lái)電子式互感器技術(shù)取得了快速發(fā)展,電子式互感器在我國(guó)已有小批量應(yīng)用。本文對(duì)智能變電站現(xiàn)階段應(yīng)用的各類(lèi)有源電子式互感器(本文簡(jiǎn)稱為電子式互感器)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹,包括GIS電子式互感器、AIS電子式互感器及隔離斷路器電子式電流互感器。對(duì)電子式互感器工程應(yīng)用中暴露的主要問(wèn)題進(jìn)行了分析,對(duì)電子式互感器工程應(yīng)用中需要關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題及提高電子式互感器應(yīng)用可靠性措施進(jìn)行了討論。1gis電子式整體結(jié)構(gòu)GIS電子式互感器是與氣體絕緣全封閉組合電器(簡(jiǎn)稱GIS)配套使用的電子式互感器。國(guó)內(nèi)目前能夠提供GIS電子式互感器產(chǎn)品的廠家有近10個(gè)。2008年以來(lái)500kV及以下電壓等級(jí)的GIS電子式互感器在我國(guó)多數(shù)省市的智能變電站已有小范圍工程應(yīng)用,如陜西戶縣330kV智能站、青島午山220kV智能站等。GIS電子式互感器通常由互感器殼體、電流傳感器(LPCT和空芯線圈)、電壓傳感器(同軸電容分壓器)及遠(yuǎn)端模塊等部分構(gòu)成,如圖1所示。電流傳感器嵌在接地殼體內(nèi),感應(yīng)流過(guò)一次導(dǎo)桿中的被測(cè)電流,一次導(dǎo)桿、同軸電容環(huán)和接地外殼構(gòu)成電壓傳感器,感應(yīng)一次導(dǎo)桿上的被測(cè)電壓,高低壓間以SF6氣體絕緣。220kV及以上電壓等級(jí)的GIS電子式互感器通常為單相結(jié)構(gòu),空芯線圈、LPCT、同軸電容分壓器及遠(yuǎn)端模塊可根據(jù)工程需求進(jìn)行雙重化冗余配置。110kVGIS電子式互感器通常為三相共箱結(jié)構(gòu),空芯線圈及遠(yuǎn)端模塊可根據(jù)工程需求實(shí)現(xiàn)雙重化冗余配置,但LPCT及同軸電容分壓器受結(jié)構(gòu)體積限制一般不易實(shí)現(xiàn)雙重化配置。因電流傳感器及電壓傳感器的輸出信號(hào)較弱(通常小于1V),易受干擾,因此遠(yuǎn)端模塊應(yīng)靠近電流傳感器及電壓傳感器布置,且要采取相應(yīng)的抗干擾措施,否則GIS電子式互感器的輸出信號(hào)易受電磁干擾影響。遠(yuǎn)端模塊通常置于互感器殼體上的密封屏蔽箱體內(nèi),就近處理電流傳感器及電壓傳感器輸出信號(hào)。2遠(yuǎn)端模塊工作電源的實(shí)現(xiàn)AIS電子式互感器用于敞開(kāi)式變電站,獨(dú)立安裝。圖2所示是AIS電子式電流電壓組合互感器示意圖。AIS電子式電流電壓組合互感器通常由一次電流傳感器(空芯線圈及LPCT)、一次電壓傳感器(電容分壓器)、遠(yuǎn)端模塊及合并單元等部件組成。遠(yuǎn)端模塊位于高壓端,其工作電源需采用絕緣供能方式進(jìn)行解決,實(shí)際產(chǎn)品通常采用激光供能及線路取能相結(jié)合的方式為遠(yuǎn)端模塊提供工作電源。當(dāng)一次導(dǎo)體無(wú)電流或電流較小時(shí),遠(yuǎn)端模塊的工作電源由激光供能提供,當(dāng)一次電流較大時(shí),遠(yuǎn)端模塊的工作電源由線路取能提供,兩種供能方式應(yīng)能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換。對(duì)于AIS電子式互感器,空芯線圈、LPCT、取能線圈及遠(yuǎn)端模塊均可根據(jù)工程要求實(shí)現(xiàn)雙重化冗余配置,但電容分壓器只能單配,遠(yuǎn)端模塊雙配時(shí),電容分壓器的輸出信號(hào)同時(shí)送給兩個(gè)遠(yuǎn)端模塊分別處理。AIS電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)與電流電壓組合互感器的結(jié)構(gòu)基本類(lèi)似,只是無(wú)電容分壓器,主絕緣由光纖復(fù)合絕緣子保證。AIS電子式電壓互感器的遠(yuǎn)端模塊通常設(shè)計(jì)在低壓端,分壓器的分壓信號(hào)從低壓端引出,遠(yuǎn)端模塊的工作電源由站內(nèi)220V直流電源提供。3隔離巷道電子式電流廣應(yīng)用隔離斷路器是具有隔離開(kāi)關(guān)功能的斷路器。在AIS變電站用隔離斷路器取代斷路器及隔離開(kāi)關(guān),可以使變電站的占地面積減小40%以上,同時(shí)可以顯著減少設(shè)備的維護(hù)工作量以及因設(shè)備維護(hù)造成的停電時(shí)間,提高變電站的利用率。我國(guó)首個(gè)采用隔離斷路器的新一代智能化變電站已于2013年底建成投運(yùn)。隔離斷路器電子式電流互感器與隔離斷路器集成為一體,可進(jìn)一步減小變電站的占地面積,圖3所示是隔離斷路器電子式電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖。隨著隔離斷路器的推廣應(yīng)用,隔離斷路器電子式電流互感器將會(huì)有很好的應(yīng)用前景?？招揪€圈、LPCT、取能線圈及遠(yuǎn)端模塊均位于高壓端,遠(yuǎn)端模塊的工作電源由激光供能與線路取能相結(jié)合的方式提供,遠(yuǎn)端模塊的供能光纖及數(shù)據(jù)光纖通過(guò)懸式光纖絕緣子及光纜連接至控制室合并單元。4電子式整體廣度下將出現(xiàn)較多的故障電子式互感器應(yīng)用初期,由于各廠家對(duì)電子式互感器關(guān)鍵技術(shù)及關(guān)鍵工藝的認(rèn)識(shí)不同,有的廠家對(duì)電子式互感器相關(guān)技術(shù)積累較多,而有的廠家技術(shù)基礎(chǔ)較弱,不同廠家的產(chǎn)品技術(shù)及質(zhì)量差異較大,導(dǎo)致電子式互感器應(yīng)用初期出現(xiàn)較多問(wèn)題,運(yùn)行故障率較高。據(jù)統(tǒng)計(jì),截止2011年底,國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)投運(yùn)的110kV(66kV)及以上電壓等級(jí)的電子式互感器共發(fā)生故障189臺(tái)次,主要故障類(lèi)型為采集器故障、光纖故障、絕緣問(wèn)題、數(shù)據(jù)異常及電磁干擾影響等。下面對(duì)前幾年電子式互感器工程應(yīng)用中出現(xiàn)的幾類(lèi)典型問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。4.1電子式整體方向保護(hù)應(yīng)用初期,多數(shù)廠家的GIS電子式互感器產(chǎn)品在工程應(yīng)用中均出現(xiàn)了開(kāi)關(guān)操作引起電子式互感器輸出異常導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)問(wèn)題,其中陜西戶縣變和福州先農(nóng)變因中標(biāo)電子式互感器廠家產(chǎn)品的干擾問(wèn)題始終得不到解決,最后不得不更換其他廠家電子式互感器產(chǎn)品才使工程得以投運(yùn)。由前期運(yùn)行的電子式互感器問(wèn)題分析,隔離開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)對(duì)電子式互感器正常工作易產(chǎn)生較大影響,此問(wèn)題多出現(xiàn)于GIS電子式互感器,AIS電子式互感器較少出現(xiàn),VFTO通常會(huì)引起電子式互感器出現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)效、單點(diǎn)或多點(diǎn)采樣大數(shù)、拖尾等現(xiàn)象,嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致采集器硬件損傷,不同廠家的電子式互感器產(chǎn)品由于采用的技術(shù)不同,抗VFTO影響的能力也有很大差異,有些廠家的產(chǎn)品抗VFTO的能力較差,現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由VFTO導(dǎo)致產(chǎn)品不能正常運(yùn)行現(xiàn)象,也有廠家的電子式互感器產(chǎn)品針對(duì)VFTO影響采取了相應(yīng)措施,運(yùn)行效果較好。現(xiàn)階段,IEC標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)國(guó)標(biāo)均沒(méi)有相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目檢驗(yàn)開(kāi)關(guān)操作對(duì)電子式互感器的影響試驗(yàn),因此,很多產(chǎn)品雖然通過(guò)了包括電磁兼容在內(nèi)的全套型式試驗(yàn),但現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行依然會(huì)存在VFTO影響問(wèn)題。國(guó)家電網(wǎng)公司組織的電子式互感器性能檢測(cè)試驗(yàn)中增加了開(kāi)關(guān)操作對(duì)電子式互感器的影響試驗(yàn)項(xiàng)目,試驗(yàn)回路如圖4所示。試驗(yàn)回路中S是試驗(yàn)電源、C1和C2是負(fù)載電容、DT是隔離開(kāi)關(guān)、CT和PT分別是被試電子式電流互感器及電子式電壓互感器。開(kāi)關(guān)操作對(duì)電子式互感器的影響驗(yàn)證試驗(yàn)在很大程度上模擬了現(xiàn)場(chǎng)情況,性能檢測(cè)試驗(yàn)中很多廠家的電子式互感器未能順利通過(guò)開(kāi)關(guān)操作影響試驗(yàn),部分廠家的產(chǎn)品整改后通過(guò)了開(kāi)關(guān)操作影響試驗(yàn)。4.2激光供能異常問(wèn)題AIS電子式電流互感器及電流電壓組合互感器的遠(yuǎn)端模塊位于高壓端,需要采用激光為遠(yuǎn)端模塊提供工作電源。采用激光供能的AIS電子式互感器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)多次激光供能異常問(wèn)題,導(dǎo)致激光供能異常的主要原因有3類(lèi):光纖受壓或彎曲半徑偏小導(dǎo)致光纖損耗增加、光纖頭污染、激光器失效,其中約90%的激光供能異常問(wèn)題是由于光纖損耗增大及光纖頭污染引起的。光纖損耗增大及光纖頭污染均會(huì)導(dǎo)致激光能量損耗增加,激光器的驅(qū)動(dòng)電流相應(yīng)增大,激光器驅(qū)動(dòng)電流增大會(huì)降低激光器壽命,驅(qū)動(dòng)電流增大到一定程度會(huì)導(dǎo)致激光器自動(dòng)關(guān)閉。4.3遠(yuǎn)端積分變換控制不少?gòu)S家的電子式互感器產(chǎn)品在前期運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)零漂偏大及暫態(tài)過(guò)程后長(zhǎng)時(shí)間拖尾問(wèn)題,造成零漂偏大及拖尾問(wèn)題的主要原因是采集器對(duì)空芯線圈輸出信號(hào)的積分環(huán)節(jié)處理不當(dāng)引起的?？招揪€圈的輸出信號(hào)是被測(cè)電流的微分,需要遠(yuǎn)端模塊對(duì)其進(jìn)行積分變換,積分可采用硬件積分也可采用軟件積分,積分環(huán)節(jié)處理不好便會(huì)造成零漂偏大、暫態(tài)特性不合格且伴隨有拖尾問(wèn)題。為解決零漂及拖尾問(wèn)題,同時(shí)提高電子式電流互感器的測(cè)量精度,目前的主流方案是電子式電流互感器采用空芯線圈及硬件積分技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)用電流的測(cè)量,采用LPCT實(shí)現(xiàn)對(duì)用電流的測(cè)量,這樣可使電子式電流互感器具有較高的測(cè)量準(zhǔn)確度、較大的動(dòng)態(tài)范圍及較好的暫態(tài)特性。4.4電子式傳感性能檢測(cè)采集器故障問(wèn)題多出現(xiàn)于二次技術(shù)積累相對(duì)較弱的電子式互感器廠家產(chǎn)品。電子式互感器要求在戶外能夠長(zhǎng)期可靠運(yùn)行,對(duì)采集器的設(shè)計(jì)、器件選型及抗干擾處理要求較高,處理不當(dāng)便會(huì)造成采集器運(yùn)行不可靠。2011年底,為加強(qiáng)電子式互感器質(zhì)量管控,提升產(chǎn)品質(zhì)量和性能,促進(jìn)電子式互感器的工程應(yīng)用,國(guó)家電網(wǎng)公司組織開(kāi)展了電子式互感器性能檢測(cè)工作。2011年進(jìn)行的首批電子式互感器性能檢測(cè)試驗(yàn)中,共有24個(gè)電子式互感器生產(chǎn)廠家參加,參試產(chǎn)品41臺(tái),測(cè)試結(jié)果只有4臺(tái)產(chǎn)品通過(guò)了性能檢測(cè)(2臺(tái)電子式電流互感器、1臺(tái)電子式電壓互感器、1臺(tái)光學(xué)電壓互感器)。近兩年,電子式互感器有關(guān)廠家加強(qiáng)了產(chǎn)品技術(shù)及工藝改進(jìn),產(chǎn)品技術(shù)水平及質(zhì)量有了明顯提高,截至2013年7月31日,通過(guò)性能檢測(cè)的電子式互感器產(chǎn)品共計(jì)有29種型號(hào),其中,有源(低功率線圈及羅氏線圈型)電子式電流互感器15種,無(wú)源(光學(xué))電子式電流互感器1種,有源(電容分壓型)電子式電壓互感器12種,無(wú)源(光學(xué))電子式電壓互感器1種。5影響電子式公司表現(xiàn)的主要因素電子式互感器的推廣應(yīng)用關(guān)鍵要提高產(chǎn)品的可靠性,下面對(duì)提高電子式互感器工程應(yīng)用可靠性措施提出幾點(diǎn)建議。(1)完善測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),特別是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中易出現(xiàn)問(wèn)題的項(xiàng)目應(yīng)有相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。IEC60044-7/8及GB/T20840.7/8是電子式互感器試驗(yàn)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn),但標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于電子式互感器的電磁兼容檢測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目未能涵蓋開(kāi)關(guān)操作對(duì)電子式互感器的干擾影響,即按照IEC60044-8及GB/T20840.7/8標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)試驗(yàn)的產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)行中還是可能出現(xiàn)由開(kāi)關(guān)操作引起的干擾問(wèn)題。為此,有必要進(jìn)一步研究檢測(cè)開(kāi)關(guān)操作對(duì)電子式互感器影響的通用試驗(yàn)方法、試驗(yàn)參數(shù)及試驗(yàn)設(shè)備,并將其納入測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中。(2)引導(dǎo)廠家加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)及工藝研究,提高產(chǎn)品質(zhì)量。近年來(lái)的運(yùn)行表明,電子式互感器的技術(shù)水平基本可以滿足工程應(yīng)用需求,具體到產(chǎn)品還是要看各廠家的技術(shù)細(xì)節(jié)及生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量把控。目前電子式互感器現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的部分問(wèn)題與產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的工藝有很大關(guān)系,這些問(wèn)題雖不是關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,但廠家應(yīng)給與足夠重視。(3)加強(qiáng)入網(wǎng)測(cè)試,避免不合格產(chǎn)品用于工程。前幾年,對(duì)電子式互感器的入網(wǎng)測(cè)試不嚴(yán),部分不合格產(chǎn)品用于工程,導(dǎo)致電子式互感器在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)不少問(wèn)題,嚴(yán)重影響了電子式互感器的行業(yè)發(fā)展。為提高電子式互感器的運(yùn)行可靠性,必須加強(qiáng)入網(wǎng)測(cè)試試驗(yàn),只有通過(guò)入網(wǎng)測(cè)試試驗(yàn)且具備規(guī)?；a(chǎn)條件的廠家產(chǎn)品才允許進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行。(4)完善現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)范,強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。電子式互感器是新興產(chǎn)品,應(yīng)加強(qiáng)電子式互感器的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),包括投運(yùn)前的測(cè)試試驗(yàn)及投運(yùn)后的定期檢測(cè)試驗(yàn),避免不合格產(chǎn)品用于工程,及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問(wèn)題,這樣不僅能保證運(yùn)行產(chǎn)品的質(zhì)量,而且能推動(dòng)電子式互感器產(chǎn)品生產(chǎn)廠家不斷改進(jìn)產(chǎn)品技術(shù)及工藝,提高電子式互感器產(chǎn)品長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。從目前工程情況來(lái)看,現(xiàn)在電子式互感器現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)和定檢試驗(yàn)缺乏相應(yīng)的規(guī)范,不少已投運(yùn)的電子式互感器工程其互感器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)完全由廠家做,用戶參與較少。電子式互感器的定檢也基本未開(kāi)展。(5)從試點(diǎn)應(yīng)用逐步推廣。從近幾年性能測(cè)試及運(yùn)行情況分析,電子式互感器已基本具備工程應(yīng)用條件,可以逐步推廣,可以先在110kV及220kV電壓等級(jí)范圍內(nèi)應(yīng)用,逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍,但應(yīng)優(yōu)先采用通過(guò)性能測(cè)試且具有較好運(yùn)行業(yè)績(jī)的廠家產(chǎn)品,帶動(dòng)電子式互感器行業(yè)持續(xù)發(fā)展,鼓勵(lì)更多廠家參與電子式互感器的生產(chǎn)及應(yīng)用。電子式互感器