电能计量新技术应用—数字电能计量技术

《电能计量新技术应用—数字电能计量技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电能计量新技术应用—数字电能计量技术（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、电能计量新技术应用 数字电能计量技术 XX 汇报内容 二 电子式电流互感器 一 电子式互感器概述 三 电子式电压互感器 四 组合型电子式电流 电压互感器 五 采集器与合并单元 六 电子式互感器的试验与测试 七 电子式互感器与智能变电站 八 电子式互感器的典型应用工程 一 电子式互感器概述 一 电子式互感器概述 一 电子式互感器概述 安全优势 绝缘结构简单 无爆炸 无二次开路危险成本优势 220kV以上时 绝缘成本大幅降低大量采用光纤 成本低性能优势 动态范围大 无死区 频带响应宽 电压等级越高电子式互感器优势越明显中低电压等级使用电子式互感器意义不大 一 电子式互感器概述 按一次传感部分是否需

2、要供电划分有源式电子互感器无源式电子互感器按应用场合划分GIS结构的电子互感器AIS结构 独立式 电子互感器直流用电子式互感器 电子式互感器基本结构 一 电子式互感器概述 电子式互感器按原理划分 一 电子式互感器概述 一 电子式互感器概述 电子式互感器定义 是具有模拟量电压输出或数字量输出 供频率15Hz 100Hz的电气测量仪器和继电保护装置使用的电流电压互感器 电子式互感器具有模拟量输出标准值 如225mV 和数字量输出标准值 如2D41 电子式互感器的精度等级和传统基本一致 二 电子式电流互感器 电子式电流互感器的基本类型 法拉第 MichaelFaraday 1791年 1867年 F

3、araday电磁感应原理 Faraday磁旋光效应 空心线圈 铁心线圈 自适应光学电流互感器 AOCT 罗可夫斯基线圈电流互感器 RCT 低功率铁心线圈电流互感器 LPCT 开环块状磁光玻璃 光学电流互感器 OCT 闭环磁光玻璃 全光纤电流互感器 FOCT 光纤环 赛格耐克效应 电原理ECT 光原理ECT 二 电子式电流互感器 电子式电流互感器的品质 二 电子式电流互感器 铁心线圈低功率电流互感器 VS与被测电流I成正比 特点 1 提供电压输出 2 低功率互感器 3 动态范围大 4 体积小 二 电子式电流互感器 铁心线圈低功率电流互感器 传统电磁式电流互感器 I I变换 具备低功率输入接口的设

4、备 铁心线圈低功率电流互感器 I V变换 对电磁式电流互感器的改进 二 电子式电流互感器 罗可夫斯基空心线圈电流互感器 空心线圈的感应电压与被测电流的导数成正比 Rogowski 1912年 被测电流 线圈感应电压 四条基本假设 1 二次绕组足够多 2 二次绕组在一定的圆形非磁性材料骨架上对称均匀 3 每一匝绕组形状完全相同 4 每一匝绕组所在平面穿过骨架所在的圆周的中心轴 二 电子式电流互感器 有源电子式电流互感器技术难点 高压侧电子电路供能问题 供能方案 1 利用CT从输电电路上取电能 常用 较成熟 2 利用电容分压器从母线上取电能 一般用于组合型 3 蓄电池供能 常用作辅助电源 4 激光

5、供能方式 常用 一般与CT取能配合使用 5 CT供电 激光供能 当前广泛采用的方案 激光供能方式存在的问题 1 光电转换器 光电池 效率不高 30 40 激光二极管输出功率受到限制 0 5 1W 2 光电转换器件造价较昂贵 且大功率激光二极管的寿命有限 长期工作在驱动电流比较大的状态容易退化 工作寿命降低 CT供电方式存在的问题 1 大电流时的散热问题 一次电流过大时 容易引起二次导线发热 严重时可以导致二次导线烧毁 2 死区问题 再一次导线电流较小时 CT供电无法正常工作 二 电子式电流互感器 CT供电 激光供能方式存在的问题 1 线路检修后合闸时 CT供能需要一个较长的建立时间 此时只能靠

6、激光供能 若此时激光二极管失效 互感器将不能工作 建议采用2个激光二极管 一主一备 2 CT和激光二极管的切换控制必须有一个合理的供电无法正常工作 控制策略 不能出现供能的 真空 二 电子式电流互感器 有源电子式互感器的供电方式总结 二 电子式电流互感器 有源电子式电流互感器的实现方案 二 电子式电流互感器 块状玻璃光学电流互感器 普通光 起偏器 偏振光 磁光材料 磁场B 检偏器 Faraday旋光角 法拉第磁旋光效应 1846年 入射光 出射光 电流 旋转角 与电流I成正比关系 二 电子式电流互感器 闭环块状玻璃光学电流互感器 主张从光学玻璃材料上解决温度稳定性问题 二 电子式电流互感器 开

7、环块状玻璃光学电流互感器 关键技术 非接触光连接技术 光纤绝缘子软体绝缘技术 容错光学电流传感技术 零和御磁结构技术 自愈光学电流传感技术 解决的问题 可靠性问题 精度问题 SRU MU 室内安装或就地安装 二 电子式电流互感器 开环块状玻璃光学电流互感器 外卡式GIS方案 SRU MU 室内安装或就地安装 光缆 卡体 内置光学传感器 二 电子式电流互感器 开环块状玻璃光学电流互感器 外卡式GIS方案 外卡式OCT 在罐式断路器或GIS外部低压侧安装 简单方便 二 电子式电流互感器 全光纤光学电流互感器 无电流有电流 A 不加电B 加电两偏振光相干叠加示意图 二 电子式电流互感器 全光纤光学电

8、流互感器 FOCT的闭环控制原理框图采用闭环控制技术可以将测量范围大大提高 二 电子式电流互感器 全光纤光学电流互感器 GIS集成方式FOCT组成示意图 二 电子式电流互感器 110KVGIS三相一体式安装方式 二 电子式电流互感器 220kV及以上GIS单相安装方式 二 电子式电流互感器 套在变压器母线绝缘子根部 二 电子式电流互感器 套在罐式断路器出入线绝缘子根部 二 电子式电流互感器 注1 罗式线圈电流互感器在GIS应用中可以采用无源方式 注2 磁光玻璃与LPCT组合式为有源方式 现有各种结构的比较 二 电子式电流互感器 现有各种原理的性能比较 LPCT缺点 1 不能根本解决磁路饱和问题

9、2 基本原理导致测量频带问题RCT优点 没有磁路饱和现象缺点 1 基本原理导致测量频带问题2 一次端有源导致运行可靠性问题OCT优点 1 无饱和现象 无测量频带问题2 一次端无源保证运行可靠性 二 电子式电流互感器 现有光原理的比较 磁光玻璃型优点 技术难度较小 原理简单缺点 1 系统由分立元件组成 结构复杂 抗振动能力差2 光学元件间用光学胶粘接 长期运行稳定性差3 采用的分立光学元件加工困难 一致性难以保证全光纤型优点 1 无分立元件 全光纤结构简单 抗振动能力强2 光纤熔接后连接可靠 长期稳定性好3 所有光学器件基于光纤制作 工艺成熟 一致性好缺点 技术难度大 原理复杂 三 电子式电压互

10、感器 分压型电压互感器 有源 电原理电子式电压互感器 阻容分压 电容分压 电阻分压 与常规电容式电压互感器原理相同 输出电压不超过 5V 四 电子式电压互感器 GIS有源式电流电压组合式结构 a 一次导体b SF6气体c 电容环d 线圈e 接地外壳f 采集器 四 电子式电压互感器 光原理电子式电压互感器 ABB重点研究逆压电效应型OVTNxtPhase重点研究泡克尔斯效应型OVT 四 电子式电压互感器 光原理电子式电压互感器 当光波通过晶体时 在两个轴上光波之间的相位差会随着电压或电场改变 检测功率变化 相位差 被测电压值 相位差与施加电压的关系如下 泡克尔斯 Pockels 效应 四 电子式

11、电压互感器 光原理电子式电压互感器 泡克尔斯 Pockels 效应 四 电子式电压互感器 光原理电子式电压互感器 晶体在电场作用下产生应变的现象称为逆压电效应 晶体形变 光信号调制 检测光信号电压引起的相位差 K N U 逆压电效应 四 电子式电压互感器 光原理电子式电压互感器优势 绝缘性能好 用来做传感材料的磁光玻璃 或光纤 传输信号的光纤都是良好的绝缘材料 测量频带宽 可以达到1kHz以上 不存在铁磁谐振等问题 体积小 重量轻 节能环保 无需充油 适应了电力保护和计量的数字化 自动化及光通信的发展趋势 研制难度大 对材料稳定性要求高 间接利用了电场分压 环节多 设计难度较大 长期稳定性有待

12、验证 光原理电子式电压互感器存在问题 四 组合型电子式电流电压互感器 独立式有源电子式组合互感器 四 组合型电子式电流电压互感器 独立式有源电子式组合互感器 技术特点 通过空芯线圈 LPCT 电容分压器及远端模块的综合屏蔽设计 精度高 运行稳定 可靠性高 适应户外长期稳定运行 2 采用基于介质胶绝缘的光纤复合绝缘子 绝缘简单可靠 3 远端模块完全双重化采样设计 避免采样异常引起保护误动 4 激光供能与线路取能无缝切换供电技术 产品可靠性高 5 配套合并单元支持IEEE1588V2网络对时 IRIG B码光纤点对点对时 6 数据输出支持IEC60044 8 IEC61850 9 2标准 接口符合

13、国际标准 兼容性好 便于系统集成 四 组合型电子式电流电压互感器 GIS有源电子式组合互感器 单相结构GIS电子式互感器 三相共箱结构GIS电子式互感器 四 组合型电子式电流电压互感器 GIS有源电子式组合互感器 技术特点 1 充分利用GIS气体绝缘的结构特点 绝缘结构简单可靠 2 互感器罐体 空心线圈 LPCT 电压传感器及远端模块一体化设计 结构紧凑 抗干扰特性好 互感器可与不同厂家的GIS配套 3 三相共箱GIS电子式互感器设计有特殊的凸环屏蔽结构 已申请专利 能很好地解决三相电压测量间易相互影响的问题 采用特殊设计的金属密封端子板 已申请专利 可有效避免开关操作产生的瞬态过电压 VFT

14、O 对远端模块信号的影响 5 ECT利用空芯线圈传感保护电流 利用LPCT传感测量电流 测量精度 动态范围大 暂态特性好 空芯线圈采用等匝数密度及回绕线技术 抗外磁场干扰性能优越 EVT利用基于同轴电容及精密电阻的微分电压传感器传感被测电压 利用软硬件相结合的积分技术还原被测电压信号 测量精度高 温度特性及暂态特性好 远端模块采用两路独立模拟采样回路实现双重化采样 实时比较 校验两路采样值 具备采样回路硬件自检功能 避免采样异常引起保护误动 8 配套MU采用插值算法实现同步 硬件简单 可靠性高 远端模块及合并单元具有完善的自监视功能 便于运行监视及故障维护 9 配套MU支持IRIG B码光纤点

15、对点 IEEE1588网络对时 现场应用方便 10 配套MU数据输出支持IEC60044 8 IEC61850 9 2 接口符合国际标准 兼容性好 便于系统集成 四 组合型电子式电流电压互感器 AIS无源电子式组合互感器 四 组合型电子式电流电压互感器 GIS无源电子式组合互感器 GIS式无源电子式组合互感器结构 四 组合型电子式电流电压互感器 无源电子式组合互感器 1 采用全光纤电流互感器和电容分压器组合方式 实现对电流和电压的同时测量 兼顾了技术先进性和运行可靠性 2 成功应用线性双折射控制技术 解决了电流传感光纤环易受温度影响的问题 3 采用波片相位控制技术 通过精确控制波片参数抵偿环境

16、温度的影响 4 成功应用多阶相关解调技术 有效消除了光源功率波动及环境温度对传感光纤干扰的影响 5 通过Sagnac干涉实现对光信号的高精度测量 精度高 动态范围大 6 配套合并单元支持IEEE1588V2网络对时 IRIG B码光纤点对点对时 7 数据输出支持IEC60044 8和IEC61850 9 2标准 接口符合国际标准 兼容性好 便于系统集成 五 采集器与合并单元 合并单元 MergingUnit MU 定义最早在IEC60044 8标准中定义 五 采集器与合并单元 传感器与采集器互感器一次传感器与二次采集器之间通过光纤传输模拟光信号 光信号由光检测器转换成电压信号 采集器进行A D转换并处理 采集器与合并器互感器的采集器通过光纤直接输出数字信号至合并器 采集器与合并器之间采用与IEC60044 8相似的私有规约 合并器与二次设备合并器接受并同步来自不同采集器的数字光信号 按照IEC61850 9 1 9 2LE的通信协议进行数据处理 并按此协议与保护 测控装置等二次设备进行通信 五 采集器与合并单元 采集器间的数据同步方案1采集器接收合并器秒脉冲 在采集器实现同步 方案2采