常规互感器+合并单元数模一体化在智能变电站改造中的应用.doc

常规互感器+合并单元数模一体化在智能变电站改造中的应用 本文档格式为WORD,感谢你的阅读。 摘 要本文通过对电子式互感器与常规互感器的比较，结合智能化改造变电站工程的实际情况，根据国网公司2011年新建变电站设计补充规定的要求，在智能化改造变电站工程中的成功应用，为智能化改造工程奠定了良好的技术基础。 关键词常规互感器；并单元数模一体化；变电站改造 TG33 A 1009-914X（2014）20-0318-02 1 概述 1.1 电磁型互感器的特点 随着电力工业的发展，电力系统传输的电力容量不断增加，电网运行电压等级也越来越高，电磁式互感器逐渐暴露出一系列固有的缺点。 1）绝缘结构复杂，体积笨重，造价高，支撑结构复杂。 2）电流互感器线性度低，在短路时容易饱和，静态和动态准确范围小。 3）电压互感器可能出现铁磁谐振，损坏设备； 4）由电流、电压互感器引至二次保护设备的电缆是电磁干扰的重要途径； 5）采用油浸纸等绝缘材料，易燃易爆，不安全； 6）电磁式互感器的输出为模拟量，不能与数字化二次设备直接接口。 1.2电子式互感器的特点 相比于电磁式互感器，电子式互感器特点主要有： 1）绝缘结构简单，造价低 电磁式互感器高压侧与低压侧之间通过铁心磁祸合，它们之间的绝缘结构复杂，其造价随电压等级升高呈指数关系上升。在电子式互感器中，高压侧信息可以通过由绝缘材料做成的玻璃光纤传输到低电位侧，其绝缘结构简单，造价一般随电压等级升高呈线性关系增加。 2）不含铁心，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题 电子式互感器一般不用铁心做磁祸合，消除了磁饱和，运行暂态响应好、稳定性好，保证了系统运行的高可靠性。因而能在很大的电流与电压变化范围内，以高速动作、准确、抗干扰的宽频带性能来测量电流、电压。 3）抗电磁干扰性能好，低压侧无开路和短路危险 电磁式电流互感器二次回路不能开路，低压侧存在开路高电压危险；电磁式电压互感器同样存在二次回路不能短路的问题。由于采用光纤或其它加强绝缘方式实现高电压回路与二次低压回路在电气上的完全隔离，消除这些回路不希望有的相互影响，低压侧没有因开路或短路而产生的危险，保证了二次设备和工作人员的安全。同时因没有磁祸合，消除了电磁干扰对互感器性能的影响。 4）动态范围大，测量精度高 电网正常运行时电流互感器流过的电流并不大，但短路电流一般很大，而且随着电网容量的增加，短路电流越来越大。电磁式电流互感器因存在磁饱和问题，难以实现大范围测量，同时满足高精度计量和继电保护的需要。 5）频率响应范围宽，适应了继电保护和微机保护装置的发展 电子式互感器实际能测量的频率范围主要决定于电子线路部分。其结构已经可以测出高压电力线路上的谐波，还可进行电网电流暂态、高频大电流的测量。利用故障时的暂态信号量作为保护判断，是微机保护的发展方向，它对互感器的线性度、动态特性等都有较高的要求，电子式互感器的出现满足了这一要求。 6）体积小、重量轻，节约空间 电子式电流互感器传感头本身的重量一般在1k范围以内，一般电子式互感器的重量只有电磁式互感器的1/10或更小。 7）适应计量和保护数字化以及微机化和自动化发展的潮流 电磁感应式电流互感器的5A或lA输出规范必需采用模数转换技术后才能与计算机接口。而电子式电流互感器本身就是利用光电技术的数字化设备，可直接输出给计算机。 2.1 电子式互感器应用现状 2.1.1 线圈型电子式电流互感器（有源式） 罗氏线圈及低功率线圈型电子式互感器的在变电站应用中； 存在问题： 与传统电磁式电流互感器相比，虽然LPCT可以减轻磁路饱和现象，RCT甚至彻底解决了磁路饱和问题，但由于有源电子式电流互感器还是基于法拉第电磁感应原理感应变化电流，因此仍然存在测量频带问题：频率很低的电流分量测量不准确，不具备测量非周期分量的能力，更不能测量稳恒直流。 由于高压侧需要完成信号的模数转换及电光转换等，高压侧电子电路的供能也成为有源电子式互感器系统的关键。常见的高压侧电子电路供能方式有两种，母线取能和激光供能。母线取能的缺点是母线未供电时，这种供电方式失效。 2.1.2 纯光型电子式互感器（无源式） 2.1.2.1 磁光玻璃型 投运时间较短，站点较少，基本上在试运行阶段。 存在问题： 磁旋光电子式电流互感器与罗氏线圈型电子式电流互感器相比，品质优良，其长期没有实用化的原因主要有以下三点： （1）温度影响 磁光玻璃型电流互感器的软肋之一是磁光玻璃的灵敏度系数（Verdet 常数）随温度变化较大，从而改变测量通道的比例系数，直接影响其测量准确度。 （2）双折射效应影响 由于磁光材料的双折射效应，使射人磁光介质的线性偏振光变成椭圆偏振光，其结果是：从检偏器输出的光强度变化与被测电流不成正比，使磁光玻璃型电流互感器的灵敏度不稳定，从而降低了测量精度。 （3）长期运行稳定性 此外，磁光玻璃型电流互感器存在着长期运行稳定性问题：磁光玻璃经过较长时间的运行后，会逐渐老化，特别是在SF6 气体环境下运行时，若有水分存在就会对玻璃造成腐蚀，可能导致光学电流互感器测量性能下降。目前已应用的磁光玻璃型电流互感器的运行时间都不长，长期运行稳定性问题尚待验证。 2.1.2.2 全光纤型 目前光纤型电流互感器基本上在试运行阶段。 存在问题： （1）温度影响 光纤环型电流互感器传感材料采用低双折射单模光纤，Verdet 常数温度系数小，几乎不受温度影响，但光程的增加必然使线性双折射影响增大，而线性双折射与环境温度相关。此外，光纤环型电流互感器系统结构复杂，环节多，所用光学元件多，需要专门的温度控制等。 （2）双折射效应影响 光纤环型电流互感器采用法拉第旋光效应的赛格耐克环系统受光纤线性双折射的影响较大，。因此与磁光玻璃型电流互感器相比，光纤环型电流互感器受双折射效应的影响要小很多。 （3）长期运行稳定性 同磁光玻璃型电流互感器一样，光纤环型电流互感器也存在着由闭合光路和反射结构引起的长期运行稳定性问题，但由于光纤环型电流互感器采用光纤作为传感元件，光纤的长期稳定性优于磁光玻璃，而且光纤环型电流互感器的光路结构比磁光玻璃型简单，因此光纤环型电流互感器的长期运行稳定性优于磁光玻璃型电流互感器。 2.1.3 有源式、无源电子式电流互感器比较 对于有源式方案，主要技术瓶颈中的一些问题难以规避，如抗干扰问题，罗氏线圈采集单元内积分环节带来的电流误差等问题。 有源电子式电流互感器利用在传统CT工作原理基础上改进的罗氏线圈、低功率线圈，同时结合了数字化通信技术，因此其实用化速度很快，现已在多家站点投运，积累了丰富的运行经验，但在运行过程中还是出现了一些问题。 2.3 合并单元 合并单元作为连接电子互感器与间隔层二次设备的桥梁，只有符合要求，才能为整个系统提供可靠的交流量信息，从而为保护装置、测控装置等可靠运行提供保证。合理的接口设计，不仅能简化二次设备，而且能提高整个系统的准确度和可靠性。接口的标准化还将促使变电站自动化系统的优化，并最终实现变电站内的信息共享和系统集成。 330kV延安变智能化改造工程所用的合并单元输出模式，是采用数、模一体化设计，采用双A/D输出数字化模式。其主要功能是同步采集多路（最多12路）ECT/EVT输出的数字信号后并按照规定的格式发送给保护、测控设备。它采用以太网传输方式，能实现采样值数据的自由配置和共享，以太网技术的成熟为IEC 61850-9-2的实用化提供了良好的应用基础。而330kV延安变所用的MU则采取了IEC 61850-9-2的传输模式，目前运行稳定，未出现任何异常现象。 3 330kV延安变智能化改造工程配置方案 通过上述对不同互感器的分析比较。光电式电子式互感器技术先进，代表着互感器的发展方向，但是就目前而言，温度漂移、双折射效应、小电流时测量问题、震动问题等解决方案还均在研究阶段，运行经验少，投运的站点比较少，长期的稳定性问题还有待校验。并且磁光玻璃型受安装制约，目前不能应用，全光纤型的对光学材料的加工工艺、光路耦合工艺、光路的装配工艺等要求很高，目前的技术水平难以满足实际需求，以安全、可靠的角度考虑，不适合于目前的变电站中采用。330kV延安变智能化改造工程全站采用常规“电磁式互感器+合并单元”实现模拟量就地数字化转换。本站采用常规互感器、合并单元数模一体化开发设计，减少了设备数量，降低了系统造价成本，并提高了本间隔采样数据的同步性及可靠性。 本站采用国电南瑞科技生产的NS3261装置，该装置由高性能嵌入式处理器PowerPC、MCU、FPGA、以太网控制器及其他外设组成。 具体的配置方案如下： 1）330kV、110kV互感器：采用电磁式电流电压互感器提供保护、测量计量数据，合并单元的下放，利用光纤上传既提高了信号传输的抗干扰性和可靠性，又可减少互感器二次绕组配置数量，从而提高其可靠性。 2）35kV互感器：采用电磁式电流电压互感器，开关柜内布置。 3）主变：取消各侧套管CT，仅在中性点套管处保留有CT，采用常规电磁式电流互感器。主变公共绕组也采用此方案。 4）合并单元：合并单元按功能满足要求、装置配置优化、安全可靠、冗余度高、经济性强等原则进行配置。110kV的合并单元按间隔配置，每个间隔均按规程具体要求进行配置，充分满足安全、可靠要求。330kV、主变各侧合并单元考虑按双套配置。主变的公共绕组考虑两个合并单元，满足双重化与经济性的双重要求。 4、330kV延安变智能化改造采用“电磁式互感器+合并电单元”的互配置方案特点 330kV延安变智能化改造工程采用常规“电磁式互感器+合并电单元”实现数字采样的互感器配置方案；其特点有： 1）取消了主变高压侧套管CT，减少了110kV侧互感器绕组数，减少投资，而且常规互感器运行经验丰富，便于运行维护。 2）合并单元就地下放，大大减少了控制电缆用量，经济性高，符合全寿命理念。 3）电流、电压回路的正确性、可靠性是系统的安全、稳定的基石，目前对于电子式互感器运行经验较少的现状，根据本站负荷的重要性，从供电可靠性更方面此方案完全满足本站改造的技术要求。 4）330kV延安变智能化改造工程采用“电磁式互感器+合并电单元”这种模式，对于电流回路出现的问题比较容易判断是互感器一次的问题还是二次回路的故障，而且故障处理的经验、手段已经很成熟，所以更有利于设备的安全、稳定、可靠的运行。 4 结论 本文以330kV延安变智能化改造工程选用了“电磁式互感器+合并电单元”这种方案，从选择该方案经济、可靠、性能优越等方面进行论述。阐明了此方案是实现智能电网坚强可靠、经济高效、清洁环保、友好互动、透明开放的发展要求，是智能化变电站的根基，为未来智能化改造工程探索了一条新的可行性道路，将更有利于加速智能化变电站的建设与发展。 参考文献 1 国家电网公司企业标准（Q/GDW 425-2010）：电子式电压互感器技术规范； 2 刘延冰，电子式互感器原理、技术及应用：科学出版社，2009； 3 高翔，数字化变电站应用技术.北京：中国电力出版社，2008； 4 国网公司2011年新建变电站设计补充规定及相关的技术导则。 文档资料：常规互感器+合并单元数模一体化在智能变电站改造中的应用 完整下载 完整阅读 全文下载 全文阅读 免费阅读及下载阅读相关文档:论工程价款的结算及审核技巧 单片机时钟显示系统软件设计 关于煤炭安全生产管理的几点看法 关于计算机网络可靠性的探讨 短波参数对LDPC码的影响 关于动态轨道衡系统的探讨 基于新时期背景下的档案信息化管理工作研究 基于51单片机智能小车的设计与实现 地铁主变电所SCADA系统冗余机制的应用及改