電子式互感器與數(shù)字化采樣技術(shù)

1、電子式互感器與數(shù)字化采樣技術(shù)第 4 章 電子式互感器與數(shù)字化采樣技術(shù)4.1 電子式互感器的構(gòu)成與分類互感器是電力系統(tǒng)中最基本、最重要的監(jiān)測(cè)設(shè)備之一，用以傳輸正比于被測(cè)量的電流、電壓量，供給計(jì)量、測(cè)量、控制和保護(hù)設(shè)備。所以分析、比較和選擇電子式互感器對(duì)智能變電站設(shè)計(jì)是非常重要的。4.1.1 電子式互感器的構(gòu)成傳感器以及合并器兩部分組成了一般意義上的電子式互感器，傳感器模塊又叫為遠(yuǎn)端模塊，安裝在互感器的高壓一次側(cè)，其功能是采集、 調(diào)理一次側(cè)電壓電流并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，合并器安裝在二次側(cè)，其功能是對(duì)各相遠(yuǎn)端模塊傳來的數(shù)字信號(hào)做同步合并處理。4.1.2 電子互感器的分類（ 1）按遠(yuǎn)端模塊是否需要供電

2、可分為有源電子互感器和無源電子互感器。有源電子互感器主要采用羅氏線圈（電流互感器）和電阻電容或電感分壓（電壓互感器）方式；無源電子式互感器利用法拉第磁光效應(yīng)（電流互感器）和pockels 電光效應(yīng)（電壓互感器），現(xiàn)在主要有 磁光玻璃和全光纖兩種形式。（ 2）按應(yīng)用場(chǎng)合可分為：GIS 結(jié)構(gòu)的電子式互感器和獨(dú)立式電子互感器。4.1.3 電子式互感器實(shí)際應(yīng)用情況與常規(guī)互感器相比，電子式互感器相比傳統(tǒng)互感器具有體積小、抗飽和能力強(qiáng)、線性度好等優(yōu)勢(shì)，可避免傳統(tǒng)互感器鐵磁諧振、絕緣油爆炸、六氟化硫泄漏、CT 斷線導(dǎo)致高壓危險(xiǎn)等固有問題，同時(shí)能夠節(jié)約大量鐵芯、銅線等金屬材料，在高電壓等級(jí)和傳統(tǒng)互感器相比具有

3、一定的經(jīng)濟(jì)性，在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用潛力。但是由于出現(xiàn)時(shí)間較短，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)少，其可靠性、穩(wěn)定性較傳統(tǒng)互感器存在較大差距。就現(xiàn)階段而言，常規(guī)互感器具有較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)互感器配以合并單元直線就地采樣傳輸，這種方式一方面解決了互感器可靠性的問題；另一方面隨著電子式互感器的逐步推廣，為應(yīng)用二次設(shè)備全壽命周期運(yùn)行創(chuàng)造了條件。蓮西 110kV 智能變電站根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司典型方案要求，采用“常規(guī)互感器+合并單元”的方式，故本文不對(duì)電子式互感器原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。4.2 常規(guī)互感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化采樣4.2.1 合并單元合并單元是用以對(duì)來自二次轉(zhuǎn)換器的電流和/或電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間相關(guān)組合

4、的物理單元，其作用是同步采集多路電壓、電流瞬時(shí)數(shù)據(jù)后，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的格式發(fā)送給保護(hù)、測(cè)控設(shè)備。合并單元的基本功能是獲取采樣數(shù)據(jù)并組幀在以太網(wǎng)上傳輸。常規(guī)互感器配置合并單元，應(yīng)將合并單元下放布置在互感器附近（就地智能控制柜內(nèi)），互感器與合并單元直接用電纜連接，合并單元與保護(hù)、測(cè)控裝置或交換機(jī)之間用光纜連接。4.2.2 就地?cái)?shù)字化數(shù)據(jù)采集通過合并單元與常規(guī)互感器接口，可實(shí)現(xiàn)電壓電流量的就地?cái)?shù)字化采集。這種方式具有以下特點(diǎn)。1） 有利于二次設(shè)備實(shí)現(xiàn)優(yōu)化集成，進(jìn)而優(yōu)化變電站整體設(shè)計(jì)。當(dāng)采用合并單元直接向二次設(shè)備提供數(shù)字糧食，可以省去原來保護(hù)裝置中的終端變換器和A/D 采樣部分，大大簡(jiǎn)化二次設(shè)備。采樣數(shù)

5、字化以后，簡(jiǎn)化了原來的裝置插件，可以將以前的保護(hù)裝置、測(cè)控裝置一體化設(shè)計(jì)，如線路保護(hù)測(cè)控一體化裝置，保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、錄波四合一裝置等。這些裝置的集成，使得變電站屏柜內(nèi)的布置更加集中優(yōu)化，便于運(yùn)行維護(hù)。屏柜的數(shù)量大大縮減，保護(hù)小室的面積相應(yīng)減小， 可以整合很多功能房間，更大程度上壓縮變電站建筑面積，減小占地面積，更為經(jīng)濟(jì)。（ 2）可保證采樣數(shù)據(jù)的唯一性，方便實(shí)現(xiàn)共享。在常規(guī)變電站中，幾乎每個(gè)裝置都是自行采樣的，由于精度不同，同一路電壓、電流由不同裝置采集處理結(jié)果不盡相同。二通過就地?cái)?shù)據(jù)采集，電壓、電流的瞬時(shí)值數(shù)據(jù)僅由合并單元輸出，不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的唯一性，同時(shí)在源頭上保證了數(shù)據(jù)的唯一性，為提升變

6、電站智能化水平提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。（ 3）有利于實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化。所有采樣值都是以數(shù)字式接口上傳給保護(hù)、測(cè)控等二次設(shè)備的，二次設(shè)備接口可以做到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，統(tǒng)一接口形式便于后期設(shè)備維護(hù)、更換，同時(shí)提高設(shè)備互換性，為實(shí)現(xiàn)變電站規(guī)范化設(shè)計(jì)提供支撐。4）使常規(guī)互感器體積減小，集成度提高，可靠性提高。在現(xiàn)階段采用常規(guī)互感器就地配置合并單元模式具有很大優(yōu)勢(shì)。一方面,采集用基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的通信取代了復(fù)雜的模擬量電纜傳輸，可以大大提高信號(hào)傳輸?shù)目锤蓴_性。傳輸中沒有附加誤差，同時(shí)還可節(jié)約大量控制電纜，減小電纜溝截面積，降低綜合造價(jià)，便于變電站設(shè)計(jì)、施工、擴(kuò)建、維護(hù)、維修。另一方面，二次繞組較少，容量減小，

7、試得互感器的體積減小，絕緣特性提高，可靠性提高。4.3 蓮西 110kV 智能變電站互感器及合并單元配置方案本站 110kV 及主變各側(cè)采用常規(guī)互感器，合并單元下放布置在智能控制柜或開關(guān)柜內(nèi)。母線電壓合并單元應(yīng)接收至少2 組電壓互感器數(shù)據(jù)，并支持向其他合并單元提供母線電壓數(shù)據(jù)，根據(jù)需要提供TV 并列功能。各間隔合并單元所需母線電壓量通過母線電壓合并單元轉(zhuǎn)發(fā)。4.3.1 互感器配置方案（ 1）電流互感器a、為了保證主變各側(cè)電流互感器特性一致，本站 10kV主變進(jìn)線及中性點(diǎn)電流互感器均選用和高壓側(cè)特性一致的常規(guī)電流互感器，額定二次電流均為5A.計(jì)量、測(cè)量用電流互感器繞組準(zhǔn)確級(jí)采用0.2S級(jí)，保護(hù)用

8、電流互感器準(zhǔn)確級(jí)采用10P 級(jí)。b、本站10kV保護(hù)測(cè)控裝置就地安裝于 10kV開關(guān)柜上，選擇 常規(guī)電流互感器，額定二次電流為5A.計(jì)量用電流互感器繞組準(zhǔn)確級(jí) 采用 0.2S 級(jí)，保護(hù)用電流互感器繞組準(zhǔn)確級(jí)采用10P 級(jí)。（ 2）電壓互感器a、 110kV 間隔及主變各側(cè)采用常規(guī)電壓互感器，計(jì)量、測(cè)量用電壓互感器準(zhǔn)確級(jí)采用0.2 級(jí)，保護(hù)用電壓互感器準(zhǔn)確級(jí)采用3P級(jí)。b、 10kV 母線采用常規(guī)電壓互感器，計(jì)量用電壓互感器準(zhǔn)確級(jí)采用 0.2 級(jí)，測(cè)量用電壓互感器準(zhǔn)確級(jí)采用0.5 級(jí)，保護(hù)用電壓互感器準(zhǔn)確級(jí)采用3P 級(jí)。4.3.2 合并單元配置方案110kV 線路、 分段間隔合并單元單套配置，布置于智能控制柜內(nèi)，智能控制柜與GIS 匯控柜一體化設(shè)計(jì)。主變各側(cè)合并單元雙套配置，中性點(diǎn)電流、間隙電流并入相應(yīng)側(cè)合并單元。主變 110kV 側(cè)合并單元布置于智能控制柜內(nèi)，智能控制柜與GIS匯控柜一體化設(shè)計(jì)；主變 10kV側(cè)合并單元布置于開關(guān)柜。10kV 配電裝置采用戶