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电子式互感器是数字化变电站的关键
jiang_0514 发表于 2009/9/8 10:16:15 968 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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电子式互感器是数字化变电站的关键
——北京国电华北电力工程有限公司 高惠民
现在的综自变电站一是互感器是电磁型,输出是模拟量;二是传输规约是各厂家不一致。目前的数字化变电站,最主要的是采用了电子式互感器,有的经过合并单元,成为数字信号;各制造厂家,统一采用IEC61850标准进行通讯,做到互相操作。而高压断路器没有做到智能化。
所以说,在目前电子式互感器是数字化变电站的关键。
现在在国际上很多单位都在加紧研制各种类型的新型互感器。根据IEC最近的文件,对这类新型互感器统称为电子式互感器(ElectronicTransformer)。它包括连接传输系统和二次变换器的一个或多个电流或电压传感器,将被测量按比例传送给测量仪器、仪表和保护或控制装置。装置的输出可能是模拟量,也可能是数字量。对于模拟量输出的互感器,二次变换器直接供给二次设备,对于数字输出的互感器,可用一个汇接单元将多个二次变换器汇集输出至二次设备。实用上电子式电流互感器(简称ECT)和电子式电压互感器(简称EVT)往往组成一个装置。
这些电子式互感器中的一类是倍受人们关注的基于光效应的互感器,如采用法拉第效应(Faradayeffect)等磁光变换原理的电流互感器,普尔克斯效应(Pockelseffect)等电光变换原理的电压互感器等。这类互感器直接用光进行信息变换和传输,与高电压电路完全隔离,具有不受电磁干扰、不饱和、测量范围大、效应频带宽,体积小、重量轻及便于数字传输等优点,适合于各种电压特别是超高压开关设备中的应用。由于互感器处于高电位的部分不需要电源,故称为无源电子式互感器。
另一类电子式互感器如无铁心的空心线圈(罗戈夫斯基线圈)电流互感器,带铁心的低功率电流互感器,电阻分压或阻容分压的电压互感器等。这些电子式互感器与常规互感器较近似,亦称为半常规互感器。它们体积小、重量轻、暂态响应和运行性能良好,可靠性高,可以直接以模拟量形式输出至就近的开关装置。也可用这种半常规的互感器进行信息测量,用光纤技术进行信息传送,这样可大大简化互感器的绝缘结构,以便用于高电压系统。但这类电子式互感器处于高电位的传感器需要电源,故亦称为有源电子式互感器。
2007年已正式颁布了GB/T20840.7-2007《互感器第7部分:电子式电压互感器》(IEC60044-7:1999,MOD);GB/T20840.8-2007《互感器第8部分:电子式电流互感器》(IEC60044-8:2002,MOD)。在这些标准中对电子式互感器的使用条件、技术要求和规格等作了全面的、详细的规定。使用条件原则上与常规互感器是相同的,但技术要求和规格则基于电子式互感器的特性,具有明显的差异。
对基于光效应的电子式互感器,国内外许多单位曾进行了长期的大量的研究工作。我国有多个高等学校、研究所和制造厂正在积极进行开发研制。由于它技术较复杂,成本较高,性能易受某些因素影响,不易做到稳定,因此,虽然这种原理提出较早并且研究单位很多,但目前一般尚处于研究试用阶段。但直至最近国外才有个别制造厂的产品正式投入商业运行。
对基于半常规互感器的电子式互感器,由于技术比较成熟,运行经验较多,国内外已开始在中压开关柜,高压GIS装置以及常规电器中推广使用。
电子式互感器的传感器可分为两大类:一类是在常规互感器基础上发展起来的半常规传感器,如采用电容分压或阻容分压原理的电压传感器,铁心线圈低功率电流互感器(LPCT),独立式空心线圈(罗戈夫斯基线圈)电流传感器等。一类是基于光效应(如法拉第效应和普克尔斯效应等)的电流或电压传感器。
电流或电压传感器的输出电平很低,容易受电磁干扰,在变电所的电磁环境下,不可能远距离传输。通常是将信号进行二次变换后,再传送至二次测量或保护设备。如果传感器与二次设备距离很近,例如在同一开关柜内,则可采取适当的抗干扰措施,将所测得的信号直接送至二次设备。
有源光输出系统(Active optic system)
传感器可采用技术较成熟的半常规传感器。传感器输出信号在高电位经有源电子器件变换成为数字信号,再经光纤输出至地电位的二次设备电路。处于高电位的电子电路需要电源才能正常工作,这个电源要求非常可靠。一般采用以下几种方式取得电源:
GIS中用导线直接供电;
由高压母线电流的电磁感应或高电压的电场感应获得电源;
在低压侧将电能转换为光能,然后利用光纤将能量传送至高压侧;
在高压侧采用电池解决电源等。
无源光输出系统(Passive optic system)
如上所述的利用磁-光效应或电-光效应的互感器(MOCT,EOVT),传感器采用光效应,光信号变化由光纤传送至地电位再转换为所测电流电压值,不需要为高电位提供电源,故称为无源光输出系统。这种传送方式是基于光效应的电子式互感器的通常方式。光信号经二次变换接至汇接单元,转换为串行数字输出。光电信号转换参见上述传感器原理。
无论是有源光输出系统,还是无源光输出系统,都是电子式互感器。