电子式互感器及电子式电能表相关知识及应用

六盘水供电局六盘水供电局电子式互感器和电子式电能表相关知识及应用六盘水供电局第一节电能计量装置基本概念一、电子式互感器概述二、电子式电流互感器三、电子式电压互感器四、电子式互感器应用实例六、电子式电能表应用五、电子式电能表基础知识六盘水供电局第一节电能计量装置基本概念一、电子式互感器概述二、电子式电流互感器三、电子式电压互感器四、电子式互感器应用实例六、电子式电能表应用五、电子式电能表基础知识六盘水供电局一、电子式互感器概述六盘水供电局一、电子式互感器概述六盘水供电局一、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六盘水供电局一、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六盘水供电局一、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六盘水供电局一、电子式互感器概述六盘水供电局一、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。六盘水供电局第一节电能计量装置基本概念一、电子式互感器概述二、电子式电流互感器三、电子式电压互感器四、电子式互感器应用实例六、电子式电能表应用五、电子式电能表基础知识六盘水供电局二、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ECT六盘水供电局二、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六盘水供电局二、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。六盘水供电局二、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六盘水供电局二、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。六盘水供电局二、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。六盘水供电局二、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”。六盘水供电局二、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六盘水供电局二、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PWRPWR六盘水供电局二、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成正比关系六盘水供电局二、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六盘水供电局二、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)六盘水供电局二、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)六盘水供电局二、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。六盘水供电局二、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六盘水供电局二、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°六盘水供电局二、电子式电流互感器全光纤光学电流互感器GIS集成方式FOCT组成示意图六盘水供电局二、电子式电流互感器110KVGIS三相一体式安装方式六盘水供电局二、电子式电流互感器220kV及以上GIS单相安装方式六盘水供电局二、电子式电流互感器套在变压器母线绝缘子根部六盘水供电局二、电子式电流互感器套在罐式断路器出入线绝缘子根部六盘水供电局二、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六盘水供电局二、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六盘水供电局二、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，六盘水供电局第一节电能计量装置基本概念一、电子式互感器概述二、电子式电流互感器三、电子式电压互感器四、电子式互感器应用实例六、电子式电能表应用五、电子式电能表基础知识六盘水供电局三、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±5V六盘水供电局三、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:采集器六盘水供电局三、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OVT六盘水供电局三、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）效应六盘水供电局三、电子式电压互感器光原理电子式电压互感器泡克尔斯（Pockels）效应六盘水供电局三、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逆压电效应六盘水供电局三、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：六盘水供电局第一节电能计量装置基本概念一、电子式互感器概述二、电子式电流互感器三、电子式电压互感器四、电子式互感器应用实例六、电子式电能表应用五、电子式电能表基础知识六盘水供电局四、电子式互感器应用实例单相LPCTEVTEVTECT三相LPCT单相LPCT单相LPCTECVTECVTECVT三相LPCT三相LPCT三相LPCT三相LPCT出线*2出线*3单相EVT三相LPCT电容器*3接地变三三三三黄埠岭线三三三三三三三三1#主变母联三相EVT三相LPCT三相LPCT三相LPCT三相LPCT出线*2出线*2单相EVT三相LPCT电容器*3接地变三相EVT单相LPCT单相LPCT2#主变ECVT三三三三ECVT三三三三马山线三三三三李山线220kVⅠⅡⅠ母35kVⅡ母35kV单相LPCT•青岛午山220k