电子式互感器培训材料

1电子式互感器培训资料2011年03月31日XX广东电科院：王红星2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3一、电子式互感器概述4一、电子式互感器概述5一、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6一、电子式互感器概述电子式互感器基本结构：一次电流传感器P2P1MRIVMREFS1S2一次转换器二次电源传输系统二次转换器供合并单元用二次转换器模拟量电压出一次电源按一次传感部分是否需要供电划分•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7一、电子式互感器概述电子式互感器按原理划分：电子式互感器有源式无源式电流互感器电压互感器法拉第电磁感应原理Rogowski线圈低功率线圈电容分压电阻分压电流互感器电压互感器法拉第磁旋光效应赛格耐克效应磁光玻璃型全光纤型普克尔效应型逆压电效应型8一、电子式互感器概述9一、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。10二、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Faraday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ECT11二、电子式电流互感器电子式电流互感器的品质主要类别低功率铁心线圈电流互感器LPCT罗可夫斯基线圈电流互感器RCT光学电流互感器OCT传感原理Faraday电磁感应原理Faraday磁旋光效应关于频带的结论低频与高频都存在高频存在材料结构铁心线圈空心线圈玻璃(晶体)镀膜玻璃光纤线圈关于饱和的结论饱和没有没有总结论差中好12二、电子式电流互感器B铁芯线圈电流IRRb电流-电压转换器高阻VS铁心线圈低功率电流互感器•VS与被测电流I成正比sVpshsNRIN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。13二、电子式电流互感器铁心线圈低功率电流互感器psrprsNIIN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备铁心线圈低功率电流互感器psrprsVshNRINI/V变换对电磁式电流互感器的改进14二、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）()()ddIetkdtdt被测电流线圈感应电压B空心线圈电流I()et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。15二、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。16二、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”。17二、电子式电流互感器有源电子式互感器的供电方式总结功电方式供电原理主要缺点CT供电利用特殊CT从母线上感应电压，经整流、滤波、稳压后供电散热（大电流）死区（小电流）电容分压供电利用电容分压，经整流、滤波、稳压后供电电气隔离激光供电低压侧通过光纤传输光能，由光电池将光能专为电能（最大功率1W）能量有限/成本/寿命组合供电CT供能（或电容分压供电）+激光供电供能系统复杂切换问题18二、电子式电流互感器有源电子式电流互感器的实现方案激光器驱动电路PIN数据处理合并单元保护测控计量LPCT空芯线圈远端模块复合绝缘子光纤光缆IEC60044-8IEC61850-9-1/2保护、测控、计量合并单元线路保护母线保护变压器保护录波测控计量A/DA/DCPUA/DA/DCPU远远远远1远远远远2远远远远远远远远远远远远远远PWRPWR19二、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）LlVHdlVNI入射光出射光电流旋转角与电流I成正比关系20二、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21二、电子式电流互感器开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)22二、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)23二、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。24二、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25二、电子式电流互感器全光纤光学电流互感器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光源探测器延迟线1/4波片信号处理单元调制器耦合器输出光纤线圈反射镜偏振器45°26二、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27二、电子式电流互感器110KVGIS三相一体式安装方式28二、电子式电流互感器220kV及以上GIS单相安装方式29二、电子式电流互感器套在变压器母线绝缘子根部30二、电子式电流互感器套在罐式断路器出入线绝缘子根部31二、电子式电流互感器项目电磁式互感器电子式光电混合式光学式磁光玻璃式全光纤式测量原理电磁感应电磁感应法拉第效应法拉第效应敏感元件电磁线圈空心线圈光学玻璃光纤能否测直流否否可测可测且精度高是否有源无有1无2无安装灵活性差差较好好注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32二、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33二、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，34三、电子式电压互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R1R2Usr与常规电容式电压互感器原理相同，输出电压不超过±5V35四、电子式电压互感器GIS有源式电流电压组合式结构：Rogowski线圈电容环A/D采样光缆RSF6中间电极高压导体C1C2u2aceuCCERu2a:一次导体b:SF6气体c:电容环d:线圈e:接地外壳f:采集器36四、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OVTNxtPhase重点研究泡克尔斯效应型OVT37四、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38四、电子式电压互感器光原理电子式电压互感器泡克尔斯（Pockels）效应39四、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：ΔΦ＝K×N×U逆压电效应40四、电子式电压互感器光原理电子式电压互感器优势：①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；②测量频带宽，可以达到1kHz以上；③不存在铁磁谐振等问题；④体积小，重量轻，节能环保，无需充油；⑤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。①研制难度大，对材料稳定性要求高；②间接利用了电场分压，环节多，设计难度较大；③长期稳定性有待验证。光原理电子式电压互感器存在问题：41四、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42四、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：1.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，接口符合国际标准，兼容性好，便于系统集成。43四、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44四、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；4.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（VFTO）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；6.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