高压电流互感器模板_工作总结/汇报_总结/汇报_实用文档。电 气 设 备 一、互感器 1.电流互感器 2.电压互感器 二、变压器 三、开关设备 1.断路器 2.隔离开关 3.负荷开关 4.熔断器 电流互感器 刘耀俊 一、电流互感器的分类 1.按用
电 气 设 备 一、互感器 1.电流互感器 2.电压互感器 二、变压器 三、开关设备 1.断路器 2.隔离开关 3.负荷开关 4.熔断器 电流互感器 刘耀俊 一、电流互感器的分类 1.按用途分 ⑴测量用电流互感器（或电流互感器的测量绕组）：在 正常范围内，向测量、计量装置提供电网电流信息器 ⑵保护用电流互感器（或电流互感器的保护绕组）：在 电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电 流信息。 一、电流互感器的分类 1.按用途分 ⑵保护用电流互感器 保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发 生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电 路。保护用电流互感器的工作条件与测量用互感器完全 不同，保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的 电流时才开始有效的工作。其准确度等级要求一般没有 测量的高，但其不仅要求在额定一次电流下误差不超过 规定值，由于要求其在故障大电流时有较好的传变特性 所以在一定短路电流倍数下误差不超过规定值。 ， 一、电流互感器的分类 1.按用途分 保护用电流互感器分为P类、PR类、PX类和TP类。 ⑴P类保护用电流互感：仅考虑在稳态短路情况下 保证具有规定的准确性，它对剩磁无限制 ⑵PR类保护用电流互感器：剩磁系数有规定限值的 电流互感器。某些情况下，也可规定二次回路时间常数 值和/或二次绕组电阻的限值。 ⑶PX类保护用电流互感器：是一种低漏磁的电流互 感器，当已知互感器二次励磁特性、二次绕组电阻、二 次负荷电阻和匝数比时，就足以确定其与所接保护系统 有关的性能。 一、电流互感器的分类 1.按用途分 TP类(TP意为暂态保护)保护用电流互感器：该类电 流互感器的准确限值是考虑一次电流中同时具有周期分 址和非周期分量，并按某种规定的暂态工作循环时的峰 值误差来确定的。该类电流互感器适用于考虑短路电流 中非周期分量暂态影响的情况 ，包括TPS、TPX 、TPY TPZ级。 一、电流互感器的分类 1.按用途分 ⑴TPS级：低漏磁电流互感器，其性能由二次励磁 特性和匝数比误差限值规定，对剩磁无限制 。适用于 对复归时间要求严格的断路器失灵保护电流检测元件。 ⑵ TPX级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环 中的峰值瞬时误差，对剩磁无限制。 一、电流互感器的分类 1.按用途分 ⑶ TPY级:准确限值规定为在指定的暂态工作循环 中的峰值瞬时误差 ,剩磁不超过饱和磁通的10% ，适用 于采用重合闸的线路保护 。 ⑷TPZ级:准确限值规定为在指定的二次回路时间常 数下，具有最大直流偏移的单次通电时的峰值瞬时交流 分量误差。无直流分量误差限值要求。由于不保证低频 分量误差及励磁阻抗低，一般不推荐该类忧感器用于主 设备保护和断路器失灵保护 一、电流互感器的分类 2.按绝缘介质分 ⑴干式电流互感器:由普通绝缘材料浸渍绝缘漆作为绝缘 ⑵浇注绝缘电流互感器:由环氧树脂或者其他树脂混合 材料浇注成型 ⑶油浸式电流互感器:由绝缘纸和绝缘油作为绝缘 ⑷气体绝缘互感器:由FS6气体作为主绝缘。 一、电流互感器的分类 3.按电流变换原理分 ⑴电磁式电流互感器：根据电磁感应原理变换电流 ⑵光电式电流互感器：通过光电变换原理实现电流变换 一、电流互感器的分类 4.按电流变比分 ⑴单电流比电流互感器：即一、二次绕组匝数固定，电 流比不能改变，只能实现一种电流变换的互感器 ⑵多电流比电流互感器：即一次绕组或二次绕组匝数可 以改变，电流比可以改变，可以实现不同电流比变换 ⑶多个铁芯电流互感器：这种电流互感器有多个各自具 有铁芯二次绕组，以满足不同精度的测量和多种不同 的继电保护装置的需要。为了满足某些装置的要求， 其中某些二次绕组具有多个抽头 一、电流互感器的分类 5.按安装方式分 ⑴贯穿式电流互感器：用来穿过屏板或墙壁的电流互感 器 ⑵支柱式电流互感器：安装在平面或支柱上，兼作一次 电路导体支柱用的电流互感器 ⑶套管式电流互感器：没有一次导体和绝缘，直接套装 在绝缘的套管上的一种电流互感器 ⑷母线式电流互感器：没有一次导体和绝缘，直接套装 在母线上的一种电流互感器 一、电流互感器的分类 6.按二次绕组所在的位置分 ⑴正立式：二次绕组在产品下部，是国内常用的结构型 式 ⑵倒立式：二次绕组在产品头部，是近年来比较新型的 结构型式 一、电流互感器的分类 一、电流互感器的分类 一、电流互感器的分类 二、电流互感器的原理 电磁式电流互感器是按电 L1 磁感应原理工作的，它的结构 与普通变压器相似。主要由铁 芯、一次绕组和二次绕组等几 个部分组成，实际上它是一个 被测电路 降流变压器，其一次侧的匝数 远少于二次侧匝数，一般只有 L1 一匝到几匝。使用时，将一次 侧与被测电路串联，二次侧与 电流表串联，由于电流表的内 阻一般都很小，所以电流互 L2 K1 K2 负载 L2 K1 K2 S A 感器在正常工作状态时， 接近于短路状态。 二、电流互感器的原理 电流互感器的一次、二次额定电流之比，称为电流 互感器的额定电流比，用Ki表示： Ki= I1N I2N = N2 N1 电流互感器在近乎短路状态下运行。特别强调的一 点：运行中的电流互感器二次侧绝对不允许开路。 二、电流互感器的原理 电流互感器在运行过程中，如果二次侧开路，则二 次侧的去磁磁势为零，而一次侧磁势仍为不变，它将全 部用来激磁，激磁磁势较正常的增大了许多倍，引起铁 芯中磁通急剧增加而达到饱和状态。由于二次绕组感应 电势与磁通变化率成正比，所以在磁通值过零瞬间，二 次绕组产生很高的电势，可以达到数千伏甚至更高，从 而危及人身以及设备的安全。 二、电流互感器的原理 因此，运行中的电流互感器二次侧不允许开 路。同时，电流互感器的二次侧也不允许装设熔断器 。用于保护和测量时要注意连接的极性。如果在接仪表 和测量装置的时候，极性接反，则仪表可能反转，损坏 仪器或者使装置误动。一般设备都会标注出极性，否则 应做极性试验。 三、电流互感器的工作特点 ⑴其一次电流的大小决定于一次负载电流，与二次电流 大小无关。 ⑵正常运行时，电流互感器二次绕组近似短路状态。电 流互感器的二次绕组的负载是测量仪表、继电器的电 流线圈，阻抗很小，因此相当于短路运行。 ⑶运行中的电流互感器二次回路不允许开路。若开路将 会在开路的两端产生高电压危及人身安全，或损坏电 流互感器。 四、电流互感器的一次参数 1.一次额定电压 其选择主要是满足相应电网电压的要求，其绝缘水 平能够承受电网电压长期运行，承受可能出现的雷击过 电压、操作过电压及异常运行方式下的电压。 四、电流互感器的一次参数 2.一次额定电流 ⑴应大于所在回路可能出现的最大负荷电流，并考虑适 当的负荷增长。 ⑵应能满足短时热稳定、动稳定电流的要求。 ⑶电流互感器的变比基本由一次额定电流的大小决定， 所以在选择一次额定电流时要核算正常运行测量仪表 要运行在误差最小范围，继电保护用次级要满足10%误 差要求。 四、电流互感器的一次参数 2.一次额定电流 ⑷考虑母差保护等使用电流互感器的需要，由同一母线 引出的各回路，电流互感器的变比尽量一致。 ⑸选取的电流互感器一次额定电流值应与国家标准GB 1208-1997《电流互感器》推荐的一次电流标准值相 一致：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、 75A以及它们的十进位倍数或小数 。 五、电流互感器的二次额定电流 电流互感器的二次额定电流如何选择? 电流互感器二次电流的选择主要决定于经济技术 比较。在相同一次额定电流，相同额定输出容量的情 况下，二次电流采用5A时，其体积小，价格便宜，但电 缆及接入同样的二次设备时，二次负载将是1A的25倍。 五、电流互感器的二次额定电流 电流互感器的二次额定电流如何选择? 一般在220kV及以下电压等级变电站中，220kV设备 数量不多，而10～110kV电压等级的设备数量较多，电 缆长度较短，电流互感器二次额定电流多采用5A。 在330kV及以上电压等级变电站中，220kV及以上电 压等级的设备数量较多，电流回路电缆较长，电流互感 器二次额定电流多采用1A。 六、电流互感器的配置 ⑴电流互感器的类型、二次绕组的数量和准确级应满足 继电保护自动装置和测量仪表的要求 。 ⑵保护用电流互感器的配置应避免出现主保护的死区。 接入保护的互感器二次绕组的分配，应注意避免当一套 保护停用时，出现被保护区内故障时的保护动作死区。 ⑶对中性点有效接地系统，电流互感器可按三相配置， 对中性点非有效接地系统，依具体要求可按两相或三相 配置 。 六、电流互感器的配置 ⑷当配电装置采用一个半断路器接线时，对独立电流互 感器每串宜配置三组，每组的二次绕组数量按工程需要 确定（一般每组8个二次绕组）。双母线kV一般2～ 3个二次绕组，三个二次绕组一般为关口计量点或主变 进线间隔 。 ⑸继电保护和测量仪表宜用不同二次绕组供电，若受条 件限制须共用一个二次绕组时，其性能应同时满足测量 和保护的要求，且接线方式应避免仪表校验时影响继电 保护工作。 六、电流互感器的配置 ⑹在使用微机保护的条件下，各类保护宜共用二次绕 组，以减少互感器二次绕组数量。但一个元件的两套 互为备用的主保护应使用不同二次绕组 。 ⑺电流互感器的二次回路不宜进行切换，当需要时， 应采取防止开路的措施 。 光电互感器 光电互感器 1.传统互感器不足 ⑴随着电力系统传输的电力容量的增加，电压等级越来 越高，这样电流互感器的绝缘结构越来越复杂，体积和 重量加大，产品的造价也越来越高。 ⑵电磁型的电流互感器有铁心，具有非线性。当电力系 统发生短路时，高幅值的短路电流使互感器饱和、输出 的二次电流严重畸变，造成保护拒动，发生严重事故。 互感器的饱和引起波形畸变。 ⑶其频带响应特性较差，频带窄，系统高频响应差 而 使得新型的基于高频暂态分量的快速保护的实现存在困 难 ， 。 光电互感器 2.光电互感器优点 光电式互感器是电子式互感器的一种，是利用光电 子技术和电光调制原理，用玻璃光纤来传递电流或电压 信号的新型互感器。 光电互感器 2.光电互感器优点 ⑴绝缘性能优良。光电式互感器是将高压侧的电流或电 压信号变换为光信息后，用绝缘性能优良的玻璃光纤传 输到低电位侧的，绝缘结构简单，可靠性高。 ⑵不含铁芯，不存在饱和问题。现代光电式互感器，不 采用铁芯做磁耦合，因而避免了饱和而引起的一系列问 题，如电压互感器的铁磁谐振问题，电流互感器的大电 流磁饱和和问题以及二次开路问题等等。 光电互感器 2.光电互感器优点 ⑶动态响应好。光电互感器动态响应范围大，一个测量 通道可以测量小电流，也可以测量大电流，可以同时满 足计量和继电保护的要求。 ⑷频率相应范围宽。现代光电式互感器的测量频率很宽 ，可以测量工频，也可以测量谐波，还可以测量系统故 障时含有的直流分量和高频分量的暂态数据。 光电互感器 2.光电互感器优点 ⑸二次绕组数量增多，满足多重保护需要；重量轻、成 本低与同电压等级的电磁式电压互感器相比体积缩小大 约一倍以上，质量不足同类产品的一半，造价比SF6传 统型的电磁式电压互感器低1/2左右。 ⑹抗电磁干扰性能好。因为光电式互感器无磁耦合和电 量传输，因而消除了电磁干扰对互感器性能的不良影响 互感器基本知识 18:37 38 防爆片 铁芯外壳 一次引线 外壳 二次引线套管 复合绝缘套管 二次接线盒 底座 支持式电流互感器 互感器在智能电网、智能 变电站中的应用与发展 18:37 40 1 2 3 4 智能电网与智能变电站 互感器基本知识 电子式互感器 电子式互感器的应用与发展 18:37 41 1.1 什么是智能电网 ? 智能电网：就是电网的智能化，也被 称“电网2.0”。 –集成的、高速双向通信网络； –运用先进的传感和测量技术、设备技术、控制方 法以及决策支持系统技术； –实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好 和使用安全的目标。 ? 形象描述：有插座的地方就有能源，有插座的地方 就有信息互动。消费者既可以是电力客户，也可能 成为风能、太阳能、氢电池、生物沼气灯小型电力 供应商。 18:37 42 1.2 智能电网的主要特征 ? ? ? ? ? 自愈、包括用户，抵御攻击； 提供满足21世纪用户需求的电能质量； 容许各种不同发电形式的接入； 启动电力市场以及资产的优化高效运行。 中国的智能电网的基本特征是在技术上要 实现信息化、自动化、互动化。 18:37 43 1.3 智能电网结构 18:37 44 1.3 智能电网结构 18:37 45 1.4 智能变电站 ? 智能变电站 smart substation – 采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数 字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成 信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根 据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同 互动等高级功能的变电站。 ? 主要技术特征 – 信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化 ? 智能变电站分为过程层、间隔层和站控层 ? 过程层包括变压器、断路器、隔离开关、电压/电 流互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独 立的智能电子装置。 ——摘自Q/GDW383-2009《智能变电站技术导则》 18:37 46 1.4 与传统变电站比较 传统变电站结构 18:37 数字化变电站结构 47 智能变电站 国家电网陕西750千伏智能变电站 2011年3月1日正式投入运行 18:37 48 1 2 3 4 智能电网与智能变电站 互感器基本知识 电子式互感器 电子式互感器的应用与发展 18:37 49 2.1 互感器的定义 ? 互感器 instrument transformer – 一种为测量仪器、仪表、继电器和其他类似电器供电的变压 器。 ? 电压互感器 voltage transformer – 一种在正常条件下其二次电压与一次电压实际成正比、且在 联接方法正确时其相位差接近于零的互感器。 ? 电流互感器 current transformer – 一种在正常条件下其二次电流与一次电流实际成正比、且在 联接方法正确时其相位差接近于零的互感器。 ? 组合互感器 combined instrument transformer – 由电流互感器和电压互感器组合成一体的互感器； – 在电子式互感器中使用较广。 18:37 50 互感器 18:37 51 2.2 互感器用途 ? 高压隔离作用； ? 比率变换功能； –将系统的高电压大电流按比率变换成低电压 、小电流信号，供给电力系统中的电气测量 装置、电能计量装置、继电保护装置、自动 装置使用。 ? 电容式电压互感器还可兼作载波通讯用的 耦合电容器。 18:37 52 2.3 互感器分类 ? 电压互感器 – 按相数：单相、三相 – 按用途：计量用、测量用、保护用 – 按原理：电磁式（VT）、电容式（CVT）、 电子式（EVT） – 按绝缘介质：干式、浇注式、油浸式、SF6气体 – 按结构：单级式、串级式 – 按绕组个数：双绕组、三绕组、四绕组 – 按绝缘：半绝缘、全绝缘 – 按安装地点：户内、户外 – 按电压等级：0.6、1、3、6、10、20、35、66、110、220、330、 500、750kV、1000kV 18:37 53 2.3 互感器分类 ? 电流互感器 – 按用途：计量用、测量用、保护用 – 按原理：电磁式（CT）、电子式（ECT） – 按绝缘介质：干式、浇注式、油浸式、SF6气体 – 按结构：正立式、倒立式 – 按安装地点：户内、户外 – 按安装方式：贯穿式、支柱式 – 按一次匝数：单匝式、复匝式 – 按电流比：单变比、多变比、复合变比 – 按电压等级：0.6、1、3、6、10、20、35、66、110、220、 330、500、750kV、1000kV 18:37 54 2.4 电流互感器的使用 ? 一相式接线 –电流线圈通过的电流反应一次电路相应 相的电流。通常用于负荷平衡的三相电 路如低压动力线路中，供测量电流、电 能或接过负荷保护装置之用。 18:37 55 2.4 电流互感器的使用 ? 两相电流差接线 ? 这种接线适用于中性点不接地的三相三线制电路 中供作电流继电保护之用。由向量图可知，互感 器公共线上的电流为ia-ic,其量值为相电流的√3 倍。 18:37 56 2.4 电流互感器的使用 ? 三相星型接线 ? 它由三只完全相同的电流互感器构成。此种接线方式适用于 高压大电流接地系统、发电机二次回路、低压三相四线制电 路。采用此种接线方式，二次回路的电缆芯数较少。但由于 二次绕组流过的电流分别为IA、IB、IC，当三相负载不平衡 时，则公共线中有电流IN 流过。此时，总公共线断开就会 产生计量误差，因此，公共线 电流互感器的使用 ? 两相V形接线 ? 也称为两相不完全星型接线。在中性点不接地的三相三线 制电路中，广泛用于测量三相电流、电能及作为过电流继 电保护之用。这种接线方式是根据三相交流电路中三相电 流之和为零的原理构成的,公共线上的电流为ia+ic=-ib， 反应的是B相的相电流。 + 18:37 58 2.4 电流互感器的使用 ? 变压器纵差动保护单相原理接线图 ? 变压器正常运行或外部短路 故障时，理想情况下 I d ? I1 ? I 2 ? 0 ? ? ? 差动继电器KD不动作 ? 当变压器发生短路故障时， 假设变压器两侧均有电源，I1、 I2同相位，Id流过相应短路电 流，KD动作，将变压器从电 网中切除。 纵差动保护区为TA1和TA2之 间的电气部分。 ? 18:37 59 2.5 电压互感器的使用 ? 单相接线 – 该接法仅适用于测量相间电压。如 果互感器一次绕组的一端接在线路 上，另一端接地，互感器可测量某 一相对地电压。 18:37 60 2.5 电压互感器的使用 ? V－V接线 – 两个电压互感器分别接于线电压UAB和UBC上，一次绕组不能 接地，二次绕组一端接地，这种接线方式适用于中性点非直接 接地或经消弧线圈接地系统。 – 只用两个单相电压互感器可以得到对称的三个线电压； – 不能测量相电压； – 一次绕组接入系统线V。当继电保 护装置和测量表计只需用线电压时，可采用这种接线 电压互感器的使用 ? Y0－Y0接线 – 由三个单相互感器一、二次侧均接成Y0形，可供给要求线电 压的仪表和继电器以及要求相电压的绝缘监视电压表。由于 小电流接地系统在一次电路发生单相接地时，另两个完好相 的相电压要升高到线电压，所以绝缘监视电压表表要按线电 压选择否则在发生单相接地时，电压表可能被烧毁。 18:37 62 2.5 电压互感器的使用 ? Y0/Y0/?接线 – 用三台单相三绕组电压互感器构成Y0/Y0 /?接线kV及以上无高压熔断器），供接入交流电网 绝缘监视仪表和继电保护用。三相五柱式电压互感器只用于 3～15kV系统，其接线与三台单相三绕组电压互感器构成 Y0/Y0/?接线基本相同。 – 该接线方式其二次绕组用来测量相间电压和相对地电压，辅助 二次绕组接成开口三角形检测零序电压。 18:37 63 2.6 常见互感器 18:37 独立式SF6电压互感器 64 2.6 常见互感器 18:37 电容式电压互感器 65 2.6 常见互感器 18:37 油浸正立电容型电流互感器的结构 66 2.6 常见互感器 18:37 油浸倒立式电流互感器结构 67 2.6 常见互感器 18:37 SF6倒立式电流互感器结构 68 2.6 常见互感器 18:37 干式电流互感器结构 69 3.1 电子式互感器的构成 ? 电子式互感器通常由传感器、一次转换器、传输系统、 二次转换器、供电电源及合并单元等部分组成。根据采 用的技术不同，有些部分可以省略。 ? 一次转换器又称远端模块,安装在高压一次侧（有些结 构也可以在低压侧），负责采集、调理一次侧电压电流 并转换成数字信号。 ? 合并单元安装在二次侧，负责对各相远端模块传来的信 号做同步合并处理。 18:37 70 3.1 电子式互感器的构成 P1 一次电流传 感器 P2 一次电源 二次转换器模 拟量电压输出 MR EF 一次 转换器 传输系统 二次转换器 供合并单元用 MR IV S1 S2 二次电源 电子式互感器框图 18:37 71 3.1 电子式互感器的构成 ECTa（测量）的SC ECTb（测量）的SC ECTc（测量）的SC ECTa（保护）的SC ECTb（保护）的SC ECTc（保护）的SC 中性点ECT的SC EVTa的SC EVTb的SC EVTc的SC 中性点EVT的SC 母线 EVT的SC 合并单元 数字量输出 需 要 时 的 时 钟 输 入 电 源 合并单元 电源 数字输出电子式互感器框图 18:37 72 3.2 电子式互感器分类 ? 按功能分 –电子式电流互感器（ECT） –电子式电压互感器（EVT） –电子式组合互感器（ECVT） ? 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 18:37 73 3.2 电子式互感器分类 ? 按是否需要一次电源分 –有源电子式互感器 ? 电磁感应原理（空心线圈、LPCT) ? 分压原理（R、L、C） –无源电子式互感器 ? 法拉第磁光效应原理 ? Pockels电光效应 ? Kerr效应 ? 逆压电效应 18:37 74 3.2 电子式互感器分类 ? 按传感原理分 – 分压型电压互感器（电容、电阻、电感） – Pockels电光效应 – Kerr效应 – 逆压电效应 – 低功率线圈（LPCT） – 空心线圈（Rogowski线圈） – 法拉第磁光效应 ? 光学玻璃 ? 全光纤 – 磁致伸缩效应 18:37 75 3.3 电子式互感器的输出 ? 模拟量 –ECT：4V（测量）及200mV（保护） –EVT：1.625V，2V，3.25V，4V，6.5V以及 上述值的1/√3 ? 数字量输出 –ECT：2D41H（测量）及01CFH或00E7H（保 护） –EVT：2D41H –输出格式按GB/T20840.8（IEC60044-8） 或DL/T860.9（IEC61850-9）的要求 18:37 76 3.4 有源电子式互感器 ? 有源电子式互感器特点 –传感头部分有电子电路及工作电源 –利用电磁感应或分压原理获取被测信号 ? ECT：空心线圈(RC)、低功率铁心线圈（LPCT） ? EVT：电阻、电容、电感分压 –利用光纤传输数字信号，必要时传输能量， 同时光纤可实现高低压绝缘隔离。 –用于GIS或者罐式断路器时电源在低压侧。 18:37 77 3.4 有源电子式互感器 ? 有源电子式 电流互感器 18:37 78 3.4 有源电子式互感器 ? 空心线圈（Rogowski线 有源电子式互感器 ? 铁心线圈式低功率电流互感器（LPCT） 18:37 80 3.4 有源电子式互感器 ? 有源电子式电压互感器 18:37 81 3.4 有源电子式互感器 ? GIS用电容分压原理 – 电压互感器利用电容分压器测量电压。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U0 与被测电压Ui有如下 图所示关系。 式中：C1为高压电容，C2为低压电容。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。 18:37 82 3.4 有源电子式互感器 ? GIS用电流电压组合式互感器 C1 C2 高压导体 中间电极 R SF6 uo 1 ) ?C 2 u0 ? RC1 du dt ( R ?? 18:37 83 3.4 有源电子式互感器 ? 有源电子式互感器的关键技术及难点 –供电技术(GIS、罐式断路器例外) ? 激光、小CT取能 –远端传感模块（一次采集模块）的稳定 性和可靠性 –采集单元维护 18:37 84 3.5 无源电子式互感器 ? 无源电子式互感器的特点 –传感头部分由纯光学器件构成，没有电 子电路因此不需要电源，电磁兼容性能好 。 –ECT传感头利用Faraday磁光效应原理 –EVT传感头利用Pockels电光效应原理 –光纤只传输传感信号，同时光纤可实现 高低压绝缘隔离 –是电子式互感器的理想解决方案 18:37 85 3.5 无源电子式互感器 ? 法拉第（Faraday）磁光效应原理 – 当通过传光媒质的线偏振光在同方向的磁场作用下，其偏振面 会发生旋转，旋转角度θ ? ? v? H ? d l L ? ? v为材料的Verdet常数。 – 安培环路定理：沿任何一个区域边界对磁场矢量进行积分,其 数值等于通过这个区域边界内的电流的总和。 ? ? ? ? v ? H ? d l ? vi 18:37 86 3.5 无源电子式互感器 ? 光学玻璃结构的电流互感器 光学玻璃电流传感器光路基本结构 18:37 87 3.5 无源电子式互感器 ? 光学玻璃结构的电流互感器 – 目前尚无高精确度测量偏振面旋转角的检测器，通常将线偏振光的偏振面角 度变化的信息转化为光强变化的信息，然后通过光转换将光信号变为电信号 ，并进行放大处理，以正确反应最初的电流信息。 – 设起偏器的输出光强为I0，检偏器的输出光强为I，根据马吕斯定律，两者光 强关系为 I ? ?I cos2 (? ? ? ) 0 ?为光路的衰减系数 ?为起 偏器和检偏器的透光轴光 轴 – 当检偏器和起偏器的透光轴互成45度时，输出光强为θ最为灵敏，此时线性 度也最好，动态范围最大，此时有： 1 I ? ? 0 I 0 cos 2 (45 o ? ? ) ? ? 0 I 0 (1 - 2? ) 2 18:37 88 3.5 无源电子式互感器 ? 光学玻璃结构的电流互感器 – 对传感头材料的要求是： ? 具有良好的光学性能，光弹系数较小，各相同性，以保证保偏 性能。 ? 材料的Verdet常数比较大，受温度影响小。 ? 易于加工。其热学性质、机械性质、电学性质等均好。 18:37 89 3.5 无源电子式互感器 ? 光学玻璃结构的电流互感器 18:37 块状火石玻璃传感头结构 90 3.5 无源电子式互感器 ? 全光纤电流互感器 ? ? 法拉第磁光效应 萨格纳克干涉原理测量（Sagnac interferometer ） ? ? 1913年萨格纳克发明了一种可以旋转的环形干涉仪。将同一光 源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方 向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉。这就是萨格纳克 效应。 两束相干光间光程差的任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的 移动。通过干涉条纹的移动变化可测量光程微小改变量，从而 测得与此有关的其他物理量（如电流）。测量精度决定于测量 光程差的精度，干涉条纹每移动一个条纹间距，光程差就改变 一个波长（～1000nm）。 18:37 91 3.5 无源电子式互感器 ? 全光纤电流互感器 LED 红外发光源 Sensor Fiber 传感光纤 调制器 偏振器 ? 波片 PM 保偏光纤 光探测器 模拟/数字接口 Analog /Digital interface Mirror 镜子 data 18:37 全光纤传感器光路基本结构 92 3.5 无源电子式互感器 ? 光路原理简介 RHCP＝右旋圆偏振 LHCP＝左旋圆偏振 18:37 93 NXTPhase光纤电流互感器 园盘状的极化器，将两路线性偏振光，转化为两 路左右旋转园偏振光 光信号围绕导体旋转多圈后， 导体所造成的磁场 使其中一路光信号加速，另一路却被减速。（法 拉第效应） 当两路环园极化的光信号后，被一面镜子反射再 回入光纤。此时极化的方向被逆转。沿着逆转通 路，这效应被加倍。 两路信号送回前，最终又成为线性偏振光信号。 ? 波片 镜子 返回的两路光信号已由于电流幅值引起的相位差 两个光信号回到光电装置时，由于传播速度的差异，两 个光信号已经形成了相位差，由于它们在同一个通路， 环境温度和振动对它们的影响是相同的，所以，造就了 不受影响的高精度的电流测量装置。 PM 保 偏光纤 送出同源两路光信号 光电转换装置将同一个发光二极管发出的 线性光变成两路光信号，经过光纤送入头 部的传感装置。 18:37 94 3.5 无源电子式互感器 ? Pockels效应原理： –某些透明光学介质(如BGO晶体)在外电场作用下，其折 射率线性地随外电场而改变的效应。 –如在外加电压U作用下，BGO晶体由各向同性变成各向 异性的双折射晶体。当线偏振光投射到双折射晶体的端 面，人射光束就会变成初相角相同、而电位移矢量相互 垂直的两束光，由于它们在晶体中的传播速度不同，出 射时有一定的相位差Δφ 18:37 95 3.5 无源电子式互感器 ? Pockels效应原理： 纵向电光调制： ?? ? 2? ? U? 2? 3 l ?U 横向电光调制： ?? ? n0 ? 41U ( ) ? ? d U? 式中 U ? 被测电压； U ? ? 半波电压； n0 ? 晶体折射率； 3 n0 r41U ? ?U U? ? ? 3 2n0 r41 U? ? d ( ) 3 2n0 r41 l ? ? 41 ?电光张量。 18:37 96 3.5 无源电子式互感器 ? 横向效应与纵向效应的比较 – 横向效应的半波电压，可通过改变晶片的几何尺寸（纵横比 ） 进行调节，这是它的优点。而纵向的半波电压对BGO晶体而言， 其纵向调制的半波电压为Uπ=46.52kV，要使传感器工作于线性 区（非线%），则要求加至光学电压传感器的最 大电压Um ＜0.024 Uπ 。 – 横向效应有自然双折射引起的位相延迟，这个附加的位相差易 受外界温度变化的影响。纵向效应就没有自然双折射引起的位 相延迟。 – 横向效应所加电场的方向与通光方向垂直，使用方便，这是它 的优点。纵向效应的电场方向与通光方向一致，要求电极既透 明又导电，对于大多数物质而言，这两个要求有矛盾，通常采 用导电玻璃或中空环形电模电极。 18:37 97 3.5 无源电子式互感器 ? 纵向效应方案 18:37 98 3.5 无源电子式互感器 ? 无源电子式互感器的关键技术及难点 –光学传感材料 –传感头的组装技术 –微弱信号检测 –温度对精度的影响 –振动对精度的影响 –长期稳定性 18:37 99 3.6 合并单元 ? 合并单元 – 用以对来自二次转换器的电流和/或电压数据进行时间相干组合的 物理单元。合并单元可以是现场互感器的一个组件，也可以是一 个独立单元。 – 合并单元是对传感模块传来的三相电气量进行合并和同步处理， 并将处理后的数字信号按特定的格式提供给间隔级设备使用的装 置。 – 合并单元的输出格式： ? GB/T20840.8（IEC60044-8） ? DL/T860.91（IEC61850-9-1） ? DL/T860.92（IEC61850-9-2） 18:37 100 3.6 合并单元 ? 合并单元的结构 18:37 101 3.6 合并单元 ? – – – – – – – – – 基本功能 接收 ECT、EVT数字信息 采样值有效性处理 采样值输出 时钟同步及守时 设备自检及指示 可配置采样率 故障报警 LED状态显示 提供秒脉冲测试信号 18:37 102 3.6 合并单元 ? 选配功能 –交流模拟量采集 –采样值突变处理 –状态量采集功能 –当地显示及参数设置 –提供采样脉冲测试信号 –其他实用功能。 ? 18:37 103 3.6 合并单元 ? 合并单元的配置原则 – 配置方案将决定系统的安全性与可靠性，配置原则是保 证一套系统出问题不会导致保护误动，也不会导致保护 拒动 – 电子式互感器或就地采集单元的二次转换模块需要冗余 配置 – 转换器中电流需要冗余采样，分别用于测量、保护启动 和保护动作 – 数据合并单元冗余配置并分别连接冗余的电子式互感器 模块，合并单元可以安装在开关附近或保护小室 18:37 104 3.6 合并单元 ? 单母线分段MU配置方式 –线路CT配置独立的合并单元MU2、MU3，母线PT的接 入和并列功能由合并单元MU1完成。 MU1 GOOSE 母线 合并单元 ? 双母线MU配置方式 – 双母线kV及以上电压等级，建议所有 的电子互感器及MU均采用双重化配置。 – 线路PT、CT由合并单元MU3接入，母线I、II的PT分别接入合 并单元MU1、MU2，母线PT切换功能不由合并单元完成。 MU1A MU2A MU1B MU2B MU3A MU3B 18:37 106 3.6 合并单元 ? 3/2接线接线kV及以上电压等级，建议所 有的电子互感器及MU均采用双重化配置。 –CT、母线PT、线路PT均配置独立的合并单元。 –线路I和线路II对应的电流分别由MU1、MU2及MU2、 MU3接入的CT的合电流产生。线，母线I、II的PT分别接入MU4、MU5。 母线PT切换功能不由合并单元完成。 18:37 107 3.6 合并单元 母线B MU4A MU4B 线 合并单元 ? 主变MU配置方式 –主变的电子互感器及MU均采用双重化配置。 –高压侧CT配置独立的合并单元MU1、MU2，高 压侧电流由MU1、MU2接入的CT的合电流产生 ，高压侧母线PT配置独立的合并单元MU3。 –公共绕组CT配置独立的合并单元MU6，中压 测的CT、PT配置合并单元MU4，低压测的CT 、PT配置合并单元MU5，中性点电流、间隙 电流并入相应侧合并单元。 18:37 109 高压侧I母 MU1A MU2A 高压侧II母 MU1B MU2B MU3A MU3B I母 II母 3.6 合 并 单 元 MU6B MU6A 公共绕组 Y 中压侧 MU5A MU4B MU4A MU5B 低压侧 3.7 电子式互感器的优点 ? 基本性能比较 比较项目 绝缘 体积及重量 CT动态范围 PT谐振 二次输出 输出形式 18:37 传统互感器 复杂 大、重 范围小、有磁饱和 易产生铁磁谐振 电子式互感器 绝缘简单 体积小、重量轻 范围宽、无磁饱和 PT无谐振现象 CT不能开路,PT不能短路 模拟量输出 可以开路、短路 数字量输出 111 3.7 电子式互感器的优点 ? 常规计量系统和数字输出计量系统的比较 18:37 112 3.8 电子式互感器检测中存在的问题 ? 基本准确度问题 – 表现在互感器的误差超过标准规定的误差限值，误差测量的结 果波动比较大，测量结果的线性度较差，小电流时测量结果不 稳定，改变接线方式或变换试品位置时误差结果变化较大。 – 造成这些问题的主要原因有：产品一次传感器的原理限制；一 次传感器线性度较差；数据采集处理电路设计、工艺等方面存 在缺陷；输出信号的噪声过大；试验过程中一次线圈出现磁化 现象；产品结构容易受到周围杂散电容影响；模拟输出负载能 力不够；数字处理部分算法选取不恰当；数字输出信号出现跳 帧现象；数据同步出现问题等。 18:37 113 3.8 电子式互感器检测中存在的问题 ? 温度循环准确度试验 – 根据标准要求，当电子式互感器的户内部分和户外部分别处于各自 的最低温、最高温和常温下，互感器的准确度应满足标准要求。在 实际检测过程中出现误差超过允许限值的现象比较多。 – 可能存在的原因有：电流传感器或采样电阻温度系数过大；组成电 压传感器的分压元件温度系数不匹配；传感器设计工艺不合理或选 用的材料不当；数据处理电路元器件选择不合理；采用SF6气体绝缘 的产品低温时出现液化现象；光学原理产品采用的温度修正方法不 合理; 电路板由于凝露出现短路现象等。 18:37 114 电子式互感器检测中存在的问题 3.8 电子式互感器检测中存在的问题 ? 短时电流试验 – 系统一次发生短路时，电子式电流互感器的一次导体应能承受 短路电流产生的热效应和电动力。试验中出现的主要问题有： 产品接触导体表面的绝缘出现明显的劣化现象，导体由于电动 力出现明显形变，试验后互感器不能正常工作，试验后误差值 与试验前发生明显变化。 – 主要原因有：电流互感器的一次导体没有足够的截面积和通流 能力；未考虑电动力的影响，结构上没有必要的固定、绑扎和 缓冲；一次采集电路部分设计不合理、工艺不可靠。 18:37 116 3.8 电子式互感器检测中存在的问题 ? 机械强度试验 –试验中出现的主要问题有：产品出现明显的损坏迹象， 试验后误差值与试验前发生明显变化。 – 主要原因有：部分支柱型电子式互感器主绝缘支柱只 考虑绝缘强度，而对机械强度考虑不够；部分光学原理 互感器误差结果受拉应力影响比较大。 18:37 117 3.8 电子式互感器检测中存在的问题 ? 一次工频耐压试验/雷电冲击试验 –试验中出现的主要问题有：产品一次部分击穿，试验 后产品不能正常工作。 – 主要原因有：部分互感器对绝缘强度考虑不够，产 品套管部分无屏蔽结构，产品内部绝缘气体气压选择 不恰当，一次和二次部分电子线 电子式互感器运行中存在的问题 ? 由于电子式互感器引入了大量电子器件进行信号 调理，在运行情况下，数据采集模块直接接入高 压回路或内置于一次主设备中，其运行环境的电 磁干扰信号远远超过通用的电磁兼容试验标准， 特别是在某些电磁暂态过程中，高频的电磁波引 起的高压、高频大电流和地电位升高等将严重影 响电子式互感器中电子元件的正常工作，可能造 成其误报、死机甚至器件损坏，从而影响变电站 安全运行，特别是在220kV以上的系统中，电磁环 境的影响更为显著。 18:37 119 3.9 电子式互感器运行中存在的问题 ? 有源独立支柱型电子式互感器存在一次侧 供能问题。目前普遍采用的式激光供电和 线路取能方式，但两种方式都存在不足。 ? 为消除温度和振动对准确度的影响，采用 软件补偿的方式，由于影响准确度的通常 是多因素非线性时变量，软件补偿效果不 理想。 18:37 120 4 电子式互感器的应用与发展 18:37 121 4.1 智能变电站中的电子式互感器 18:37 122 4.2 过程总线与互感器和执行机构的连接 采样值 保护跳闸 IEC 61850 PDIS 线路保护 逻辑设备 “断路器 IED” LNPCTR PCTR LN LN XCBR 执行机构 LNPCTR PCTR LN LN TVTR LNPCTR PCTR LN LN TCTR 传感器 逻辑设备 “断路器 IED” LNPCTR PCTR LN LN XCBR 逻辑设备 “合并单元” 18:37 123 4.3 电子式互感器的应用 18:37 124 4.3 电子式互感器的应用 GIS中的ECT GIS中的常规CT 18:37 125 4.3 电子式互感器的应用 126kV三相同体 的 GIS NXCT 18:37 126 4.3 电子式互感器的应用 电流 法拉第效应光纤线圈 磁场 高压侧 模块化光学单元 电场 激光源与信号处理单元 地电位侧 光缆 18:37 127 4.3 电子式互感器的应用 18:37 128 4.4 电子式互感器的发展前景 ? ? ? ? ? 简化互感器绝缘结构，减少体积和重量 避免电流互感器饱和 避免电压互感器的铁磁谐振 改善暂态特性 保护、测量、计量等二次设备共享信号， 降低成本，提高性能 ? 智能化变电站的关键设备之一 ? 是传统互感器的更新换代产品 18:37 129 谢 谢 ！ 18:37 130
