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数字化变电站电子式互感器的应用

2012年03月28日 ?? 收藏0
  数字化变电站是由智能化一次设备(电子式互感器、智能化开关等)和网络化二次设备分层(过程层、间隔层、站控层)构建,建立在IEC61850通信规范基础上,能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。

  IEC61850将数字化变电站分为过程层、间隔层和站控层3层,各层内部及各层之间采用高速网络通信。与常规变电站相比,数字化变电站间隔层和站控层的设备及网络连接只是接口和通信模型发生了变化,而过程层却要进行较大的改变。由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接,逐步改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元(MU)、光纤连接等内容,过程层各设备之间的数据交换遵循IEC61850-9-1/2或IEC60044-8标准的要求。而电子式互感器是数字化变电站中的关键设备。

  1传统互感器的不足

  电流电压互感器(简称CT,PT)是广泛应用于电力系统中的重要电气设备。传统的电磁式电流电压互感器己在电力系统中使用多年,是一种很成熟的产品。随着电力生产和制造技术的发展,电流电压互感器已形成多种类型,多种参数的系列产品,完全能够满足电力系统的使用需求。但是,传统的CT,PT因其传感机理而呈现出自身不可克服的一些问题,例如:随着电压等级的提高,绝缘困难急剧增加;潜在着突然失效,如爆炸等危险;易受电磁干扰;CT在故障状态下易饱和,对过渡过程中的非周期分量难以正确反映;如果CT输出端开路,会出现高电压;PT易产生铁磁谐振;体积大,重量重等。采用电容分压式的电压互感器(CVT)由于中间变压器等非线性电感元件的存在,仍有谐振的可能;电容分压的准确度易受外界因素影响,往往在现场安装时需重新校正。虽然已经采取了许多技术上的措施对其加以改进,但仍不能从根本上克服上述问题。

  电子式互感器作为传统电流电压互感器理想的换代产品,就没有传统互感器的这些问题。另外,现代化的微机综合测量保护装置及仪器仪表不再需要互感器提供能量来工作,而仅需互感器将一次电流电压信息完整、及时、准确的采集并传送过来即可,仅需几伏的电压信号和极小的功率就能满足其接口需求,而电子式电流电压互感器能很好满足这一要求。

  2电子式互感器

  电子式互感器是一种由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成的装置,用以传输正比于被测量的量,供给测量仪器;仪表和继电保护或控制装置。在数字接口的情况下,由一组电子式互感器共用一台合并单元完成此功能。

  电子式互感器可分为两种型式。一种是用磁光效应和电光效应直接将电流电压转变为光信号,一般称无源式;另一种是用电磁感应或分压原理将电流电压信号转变为小电压信号,再将小电压信号转换为光信号传输给二次设备,一般称有源式。

  2.1有源电子式互感器

  2.1.1空心电流互感器

  采用空芯线圈感应被测大电流,位于高压侧的电子模块将线圈的输出信号转换为数字光信号由光纤按规定的协议下传至低压侧。基于空芯线圈(Rogowski线圈)的有源光电流互感器是目前应用较多的电子式电流互感器。Rogowski线圈是将线圈均匀地绕在一个非磁性环形骨架上,被测电流从线圈中心穿过,当被测电流从线圈中心通过时,在线圈两端将会产生一个感应电压。空芯线圈的感应信号与被测电流的微分成正比,经积分变换等信号处理便可获知被测电流的大小。有源光电流互感器高压侧有电子电路构成的电子模块,电子模块采集线圈的输出信号,经滤波、积分变换及A/D转换后变为数字信号,通过电光转换(LED)电路将数字信号变为光信号,然后通过光纤将数字光信号送至二次侧供继电保护和电能计量等设备用。

  2.1.2低功率电流互感器

  LPCT仍然是基干电磁感应原理的CT。原理图见下图,它由一个一次绕组,一个很小的铁心和与取样电阻Rsh相连的具有最小损耗的二次绕组组成。Rsh是二次绕组的一个组成部分,起着将电流输出转换成电压输出的作用。

  与传统CT相比.LPCT的特别之处在于所用的铁心材料是微晶合金铁心,而不是硅钢片。这种铁心是用铁镍合金钢片制成,采用了特殊的退火工艺。LPCT的铁心在弱磁路时具有高磁导率,可使其在较小的截面下互感器测量绕组即可满足精度要求。因此,LPCT的尺寸较传统CT大大减小,即使是与玻莫合金相比,密度和叠片系数均低于玻莫合金铁心.在满足同样技术条件情况下,制造成本可以低1/3左右,重量轻1/4以上,但比玻莫合金铁心具有更宽的线性范围。由于LPCT损耗小,使得在测量很大的电流时(即使是短路电流时)也有较高的准确度而不会饱和,因此LPCT具有较宽的测量范围,在一定的应用领域内(例如一次电流从几十安到几千安),一个铁心即可同时满足0.2级测量及5P20保护的要求。LPCT的尺寸较传统CT大为缩小,同时由于二次绕组集成了取样电阻,也不存在开路的危险。

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