電子式互感器及其在智能變電站中的應(yīng)用

可見,理想的Rogowski線圈對電流的測量依賴于一個穩(wěn)定可靠的互感系數(shù),將測得的感應(yīng)電勢進行積分處理, 并結(jié)合該空心線圈的互感系數(shù)進行計算, 即可得到被測電流的大小,圖3。

因為Rogowski線圈型電子式電流互感器的基礎(chǔ)是Faraday電磁感應(yīng)定理,所以決定了其不能用于測量恒穩(wěn)直流, 對于變化比較緩慢的非周期分量的測量也有一定的局限性, 即存在測量信號頻帶的限制。

3 電子式電壓互感器

3 . 1 無源式電子式電壓互感器

無源式電子式電壓互感器分為Pockels效應(yīng)型和逆壓電效應(yīng)型, 由于基于逆壓電效應(yīng)的無源式電子式電壓互感器需要特種光纖且信號解調(diào)較為復雜, 現(xiàn)在研究的大多數(shù)為Pockels效應(yīng)型。

根據(jù)Pockels效應(yīng),某些晶體在外電場作用下將導致其入射光折射率改變, 這將使沿某一方向入射晶體偏振光產(chǎn)生電光相位延遲, 且延遲量與外加電場成正比, 因此,可將被測電壓加在晶體上,測其入射晶體偏振光產(chǎn)生電光相位延遲(相位差),可得被測電壓值,其公式如下:

Pockels效應(yīng)型電子式電壓互感器由于同樣采用了光學材料,所以與基于Faraday效應(yīng)原理的無源式電子式電流互感器存在著相同的有待解決的問題。

3 . 2 有源式電子式電壓互感器

有源式電子式電壓互感器主要采用阻容分壓型,與上述幾類互感器不同的是,阻容分壓型互感器是最早的測量高電壓方式。其中, 電阻分壓型電壓互感器多用于10kV和35kV電壓互感器,而電容分壓多用于中高壓電壓互感器。其工作原理示意圖(見:圖4)與Rogowski線圈式互感器極為相似,區(qū)別在于在經(jīng)過電阻電容分壓后,需要經(jīng)過信號預處理之后進入A / D轉(zhuǎn)換。對于分壓型互感器, 對二次回路阻抗的要求十分苛刻,特別是母線電壓互感器,如何將二次輸出分給多個二次設(shè)備, 而且保證信號傳輸?shù)目垢蓴_性和可靠性, 是亟需解決的一個技術(shù)難題。

4 在智能變電站中的應(yīng)用

智能變電站是指采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備, 以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求。自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能,并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。

智能變電站自動化系統(tǒng)可以劃分為站控層、間隔層和過程層三層。其中, 過程層包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨立的智能電子設(shè)備。

智能電網(wǎng)中的智能變電站主要是要實現(xiàn)測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化、信息互動化。而這些目標的基礎(chǔ)全部基于對電壓電流的精確測量。

電子式互感器是實現(xiàn)變電站運行實時信息數(shù)字化的主要設(shè)備之一, 在電網(wǎng)動態(tài)觀測、提高繼電保護可靠性等方面具有重要作用, 是提高電力系統(tǒng)運行控制得整體水平的基礎(chǔ)。

一方面, 電子式互感器信號采用數(shù)字輸出、接口方便、通信能力強, 其應(yīng)用將直接改變變電站通訊系統(tǒng)的通信方式。采用電子式互感器輸出的數(shù)字信號后, 可以實現(xiàn)點對點/ 多個點對點或過程總線通信方式,完全取代二次電纜線,解決二次接線復雜的問題, 同時能夠大大簡化測量或保護的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),降低對絕緣水平的要求,從根本上減少誤差源, 簡化了智能電子裝置的結(jié)構(gòu), 實現(xiàn)真正意義上的信息共享。

另一方面, 電子式互感器的輸出均采用電纜傳輸, 光纜的數(shù)量很少, 因此, 相比于常規(guī)變電站的電纜, 敷設(shè)工作量遠遠減少。傳統(tǒng)電流/電壓互感器每1～3個月例行檢查一次,1～3年進行一次小修,30年壽命周期內(nèi)大修兩次。電子式互感器巨大的優(yōu)勢,使得其在全壽命周期內(nèi)基本“免維護”。因此, 其維護工作主要是對遠端模塊或電氣單元中的電子器件進行維護或更換,一般每5 年維護一次, 相比較而言, 運行維護工作量大為減少。

由此可見, 電子式互感器應(yīng)用在智能變電站中可以促進其智能化、自動化、精確化, 將極大地促進智能電網(wǎng)輸配電模塊的建設(shè)和發(fā)展。

5 結(jié)語

電子式互感器的誕生是互感器傳感準確化、傳感光纖化和輸出數(shù)字化發(fā)展趨勢的必然結(jié)果。有源式電子式互感器技術(shù)已經(jīng)趨于成熟,基本達到實用化要求,故目前國內(nèi)大部分數(shù)字化變電站使用的均為有源式電子式互感器。但有源式電子式互感器存在著自身的缺陷和不足, 無法完全滿足智能電網(wǎng)中智能變電站的智能化要求,此時無源式電子式互感器投入使用即為最佳解決方案。無源式互感器由于利用光學原理克服了有源式互感器的一些缺點, 但卻存在溫度影響以及穩(wěn)定性運行問題, 阻礙著無源式電子式互感器的實用化。

近年來, 無源式電子式互感器的研究取得了較大的進展,特別是基于Faraday效應(yīng)的全光纖電子式電流互感器的性能指標已接近實用化要求。由此可見,無源式電子式互感器才是未來電子式互感器的發(fā)展方向, 其在智能變電站中的應(yīng)用也將推動著智能電網(wǎng)的發(fā)展與建設(shè)。

參考文獻

[1] 劉延冰,李紅斌,余春雨,葉國雄,王曉琪. 電子式互感器原理、技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:科學出版社,2009.

[2] 劉振亞.智能電網(wǎng)知識問答[M].北京:中國電力出版社,2010.

[3] 許曉慧.智能電網(wǎng)導論[M].北京:中國電力出版社,2009.

[4] 何光宇,孫英云.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)[M].北京:中國電力出版社,2010.

[5] 王紅星,張國慶,郭志忠,蔡興國.電子式互感器及其在數(shù)字化變電站中應(yīng)用[J].電力自動化設(shè)備,2009,29(09):115～120.

[6] 王虎生, 王文學. 電子式互感器及其在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用[J].機電信息,2010,10(36):90～91.

[7] 高鵬,馬江泓,楊妮,高紅杰.電子式互感器技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀[J].南方電網(wǎng)技術(shù),2009,3(09):39～42.

[8] 許玉香, 項力恒. 電子式互感器的應(yīng)用研究[J].電器制造,2011,8(08):48～51,53.

[9] 陳文升, 顧立新. 電子式互感器的應(yīng)用研究[J].華東電力,2009,25(08):1327～1330.

[10]郭志忠.電子式互感器評述[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2008,36(15):1～5.

[11]徐大可,湯漢松,孫志杰.電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用[J].電世界,2008,62(09):14～16,17,18.

[12]吳明波, 梁振飛. 電子式互感器對電力系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].2011,4(04)92～93.