ECVT1-252电子式电流电压互感器技术和使用说明书

ECVT1-252 电子式电流电压互感器 技术和使用说明书 目 录 1 概述 1 1.1 应用范围 1 1.2 型号和名称 1 1.3 引用标准 2 1.4 使用环境条件 2 1.5 主要技术参数 2 2 结构及工作原理 3 2.1 总体结构 3 2.2 电流传感器 4 2.3 电压传感器 4 2.4 数字变换器 5 3 外型尺寸及装配结构 5 4 与二次设备的接口 7 5 运输、安装及调试 7 6 维护 8 NARI-RELAYS ECVT1-252 电子式电流电压互感器 技术和使用说明书 ECVT1-252 电子式电流电压互感器技术和使用说明书 1 概述 常规仪用互感器绝缘要求高，尺寸大，重量重，价格高；动态范围小，电流互感器有饱和现象；易产生铁磁谐振。 电子式互感器是仪用互感器的发展方向。和常规仪用互感器相比，电子式互感器绝缘结构简单，体积小、重量轻、造价低；不含铁心，无磁饱和、铁磁谐振等问题；抗电磁干扰性能好；动态范围大，频率响应宽。 依据国家电网公司科学技术项目 SP11-2001-01-13-01《电子式电压电流互感器的研制》、国家经贸委技术创新项目 01BK-042《数字式电压电流互感器研制》，南京南瑞继保电气有限公司联合西安西开高压电气股份有限公司共同完成了《ECVTⅠ- 252/363kV GIS 用组合型电子式电流电压互感器》项目。 1.1 应用范围 ECVT1-252 电子式电流电压互感器与 220kV 六氟化硫气体绝缘金属封闭开关设备 （GIS）配套，是 GIS 的组成元件之一。在额定电压为 220kV、频率为 50Hz 的电力系统中，作为测量电流、电压，为数字化计量、测控及继电保护装置提供电流、电压信息的设备使用。可用于户内及户外环境下。 目前，GIS 中普遍采用铁芯式电流电压互感器，此类互感器存在动态范围小，在故障电流下易饱和，体积大，笨重，输出信号不能直接与数字化二次设备接口等缺点。ECVT1-252 电子式电流电压互感器是为克服常规互感器的缺点，适应变电站自动化技术的发展而开发的新型互感器。设备开发中充分考虑了变电站现场电磁干扰强及温度变化范围大等恶劣运行环境的影响。 ECVT1-252 利用空芯线圈测量电流，利用电容分压技术测量电压，利用光纤传送输出信号。本产品体积小、重量轻、无饱和现象、暂态性能好、性能稳定，具有良好的电磁兼容性能及较宽的工作温度范围。 ECVT1-252 电子式电流电压互感器的性能指标均符合 IEC60044-6《互感器 第六部分：保护用电流互感器暂态特性要求》、IEC60044-7《互感器 第七部分：电子式电压互感器》、IEC60044-8《互感器 第八部分：电子式电流互感器》等相关标准的要求。 1.2 型号和名称 型号和名称含义如下： ECVT1-252 设备最高工作电压（kV） 设计序号 电子式电流电压互感器 7 1.3 引用标准 ECVT1-252 GIS 用组合型电子式电流电压互感器的性能指标符合 IEC60044-6《互感器第六部分：保护用电流互感器暂态特性要求》、IEC60044-7《互感器 第七部分：电子式电压互感器》、IEC60044-8《互感器 第八部分：电子式电流变换器》、IEC60517 《额定电压 72.5kV 及以上的气体绝缘金属封闭开关设备》、IEC60694《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》等相关标准的要求。 1.4 使用环境条件 环境气温：－25/+40℃，日平均≤35℃ 海拔：≤1000m 抗震性能：地震烈度 8 级 1.5 主要技术参数 最高工作电压：252 kV 额定频率：50Hz 额定一次电压：220/Ö3 kV 额定一次电流：600~4000A 额定电压因数：1.2，连续 额定扩大一次电流系数：1.2 额定准确限值系数：20 额定二次输出: 数字信号电流互感器测量通道：2D41H 电流互感器保护通道：01CFH 电压互感器：2D41H 准确级： 电流互感器测量级：0.2 电流互感器保护级：5P20 电压互感器测量级：0.2 电压互感器保护级：3P TPE 级保证误差条件： 一次时间常数：60ms 直流分量偏移：100% 一次对称短路电流倍数：Kssc=15 TPE 稳态误差限值： 电流误差：±1% 相位误差：±60′ 工作循环： 第一次故障电流持续时间 t′：100ms 无电流间隙时间tfr ：500ms 第二次故障电流持续时间 t″：100ms 短时电流额定值： 短时热电流（方均根值）：50kA，3s 额定动稳定电流（峰值）：125kA 绝缘水平： 额定工频耐受电压：460kV，1min 额定雷电冲击耐受电压：1050kV 额定六氟化硫气体压力（20℃）：0.4MPa 六氟化硫气体年漏气率不大于 ：0.5% 无线电干扰水平：在 160kV 下无线电干扰电压小于 2500uV 抗电磁干扰水平： 电压渐变抗扰度： +20% ~ -20% 电压暂降和短时中断抗扰度：50%´0.1s，100%´0.05s 浪涌(冲击)抗扰度： 4 级 电快速瞬变脉冲群抗扰度： 4 级 振荡波抗扰度： 3 级 静电放电抗扰度： 2 级 工频磁场抗扰度： 5 级 脉冲磁场抗扰度： 5 级 阻尼振荡磁场抗扰度： 5 级 射频电磁辐射抗扰度： 3 级 一次变换器电源：额定电压 DC220V（或 DC110V），功率：6.8W 额定相位偏移：0 额定延时时间：3ms(采用合并单元同步脉冲) 数据速率：160fr（fr=50Hz） 2 结构及工作原理 2.1 总体结构 ECVT1-252 电子式电流电压互感器由空芯线圈、电容分压器及数字变换器等部分组成，双重化冗余布置，其结构框图如图 2.1.1 所示： 图 2.1.1 ECVT1-252 电子式电流电压互感器结构框图 图中，a 为一次导杆，b 为 SF6 气体，c 为电容分压器的中间电极，d 为空芯线圈（两组），e 为接地外壳，f 为数字变换器（两组）。电流传感器（空芯线圈）嵌在接地外壳内，感应流过一次导杆中的被测电流，一次导杆、中间电极和接地外壳构成电压传感 器（电容分压器），感应一次导杆上的被测电压，高低压间以 SF6 气体绝缘。 空心线圈和电容环通过双芯屏蔽线与密封端子板连接并引出端子箱，然后接入数字变换器。 数字变换器固定于接地外壳上，它对空芯线圈和电容分压器输出的信号进行处理， 并以串行数字光信号的形式输出。 2.2 电流传感器 本产品利用空芯线圈测量电流。空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图 2.2.1 所示。空芯线圈不含铁芯，具有很好的线性度。 i 图 2.2.1 空心线圈 空芯线圈的输出信号 e 与被测电流 i 有如下关系： e(t) = - dF = -m dt 0 ns di dt 式中m0为真空磁导率，n为线圈匝数密度，s为线圈截面积。据上式，利用电子电路 对线圈的输出信号进行积分变换便可求得被测电流i。 空芯线圈无铁芯，其性能易受温度及外磁场等干扰因素的影响。采取恰当的绕制技术可减小干扰的影响，本产品绕制的空芯线圈受温度及外磁场干扰的影响很小。 2.3 电压传感器 C1 C2 高压导体 SF6 中间电极 R uo 图 2.3.1 电容分压器 本产品利用电容分压器测量电压。如图 2.3.1 所示，为提高电压测量的精度，改善电压测量的暂态特性，在电容分压器的输出端并一精密小电阻。电容分压器的输出信号uo(t) 与被测电压ui(t)有如下关系： uo (t) = RC1 dui dt ( R << 1 ) wC2 式中 C1 为高压电容，C2 为低压电容。据上式，利用电子电路对电压传感器的输出信号进行积分变换便可求得被测电压。 2.4 数字变换器 电流传感器和电压传感器的输出信号均是被测量的微分。数字变换器的主要作用是同时采集电流传感器和电压传感器的输出信号，转换成数字信号，然后进行积分变换还原被测电流和被测电压信号，并按约定格式以串行数字光信号的形式输出。数字变换器的框图如图 2.4.1 所示： 电流 传感器 电流计量 信号调理 DC 光纤 电流保护 信号调理 A/D LED 光纤 电压 传感器 电压通道 信号调理 FPGA PIN 电源 图 2.4.1 数字变换器 数字变换器接有一根屏蔽电缆，用于供电。供电电压 DC220V 或者 DC110V。数字变换器接有一根光缆，一发、一收两个通道。接收通道用于接收采样同步命令信号，发送通道用于传送采集处理后的电流、电压信号。 数字变换器电流计量通道和电流保护通道具有不同的动态范围，以满足电流互感器计量的高精度及保护的大范围要求。为保证温度稳定性，数字变换器采用软件积分技术还原被测电流电压信号。数字变换器和空心线圈以及分压电容器配合使用，可以真实地传变一次含有衰减直流分量以及谐波的电流、电压波形。 数字变换器的设计及器件选用充分考虑了户外运行的恶劣环境，具有较高的可靠性及稳定性。同时本产品设计的数字变换器具有故障告警功能，变换器发生故障可以进行带电更换（因为变换器置于 GIS 接地壳体上）。 3 外型尺寸及装配结构 ECVT1-252 电子式电流电压互感器作为 GIS 的一个部件，安装于 GIS 断路器两侧， 与断路器处于同一个气室，通过两端法兰盘与母线筒连接在一起。 ECVT1-252 外形尺寸 1— 一次导体 2— 外壳 3— 数字变换器 4— 接线端子 5— 光纤及电缆 6— 线圈 7— 中间电极 8— 屏蔽罩 图 3.1 ECVT1-252 装配结构 互感器数字变换器引出一根光缆和一根屏蔽电缆。光缆用于传输电流、电压信号和二次设备接口。电缆用于给数字变换器供电。光缆和电缆连接处有密封措施。屏蔽电缆的屏蔽层应按规定可靠接地。 其产品尺寸及装配结构见图 3.1 所示。 ECVT1-252 电子式电流电压互感器将电流互感器和电压互感器组合在一起，产品体积小、重量轻。产品的绝缘结构充分利用 GIS 现有的 SF6 气体绝缘特性，绝缘结构简单可靠。 4 与二次设备的接口 ECVT1-252 电子式电流电压互感器的输出信号通过合并单元送给数字化计量及保护装置使用。如图 4.1 所示，合并单元按相应规约接收 a、b、c 三相电子式电流电压互感器的输出信号，对三相电流和电压信号进行同步，并按 IEC60044-8 或 IEC61850-9-1 的标准协议输出给计量及保护测控装置。有关合并单元的具体内容参见其技术说明书。 ECVT1-252a 与电子式互感器配套使用的计量、保护、测控装置参见其说明书。 光缆 合并单元 光缆接续盒 ECVT1-252c ECVT1-252b 计量及 保护测控装置 一次侧 二次侧 图 4.1 ECVT1-252 装配结构 5 运输、安装及调试 产品完成出厂试验后，安装于 GIS 相应间隔中，随 GIS 一起整体运输。产品在运输时内部压力与 GIS 运输时的内部压力相同。安装就位后，将各相数字变换器的供电电缆接入变电站直流系统，传输光缆接入合并单元。 使用前，必须对产品充至额定气压，并进行如下测试： （1） 短时工频耐压试验 与 GIS 本体一起进行 （2） 密封性检测 与