智能变电站光电互感器测试方法的研究

智能变电站光电互感器测试方法的研究

杨永正卢嘉薇

(国网新疆电力公司乌鲁木齐供电公司830011)

摘要：近年来随着电力系统电压等级不断提高，电力传输系统容量越来越大，传统的电磁式电流互感器、电压互感器因传感机理而呈现出自身不可克服的问题。如：电磁式互感器存在着磁饱和、铁磁谐振、动态范围小等缺点，常常会导致继电保护误动或拒动，造成不必要的损失，难以满足电力系统的应用发展需求。更重要的是，电力系统继电保护技术的发展趋势是向计算机、网络化、智能化、保护、控制、测量和通信一体化的方向发展。其中数字微机式继电保护装置只需获取电流、电压信号而没有功率方面的要求，已日渐成为主流，这些都要求互感器输出数字化。目前，已用于变电站的监控、控制、保护等互感器虽实现了微机数字化，但由于提供一次部分信息的互感器输出为强电模拟信号（1A或5A，100V或57.7V），不能提供数字系统相匹配的数字信号输出，使得站内二次联线复杂，互感器负载过重，微机装置固有的高可靠性被错综复杂的二次联线所抵消。

关键词：变电站；光电互感器；研究

1常规互感器对继电保护实现的影响

基于常规TA的差动保护不正确动作很大程度上与常规TA的饱和特性有很大关系，在外部短路故障过程中，由于一次电流非周期分量的存在，使差动保护各侧互感器造成严重的非线性饱和特性不一致，使差动保护不平衡电流增大。因为不平衡电流是由于两侧电流互感器的磁化特性不一致，励磁电流不等造成，并且随一次电流的增加呈非线性的增加。稳态负荷时其值较小，而短路时短路电流很大，使电流互感器铁芯严重饱和，不平衡电流可能达到很大数值。为保证差动保护的选择性，差动继电器启动电流必须躲过上述最大不平衡电流，否则，将引起差动保护误动作。在差动保护区内部短路时，又可能出现不大的流出电流，其特点呈现出外部短路的电流相位特性，使差动电流减少，降低内部故障保护动作的灵敏性，甚至引起保护拒动。

为了保证差动保护的正确动作，通常是根据电流互感器的10%误差曲线来选择电流互感器的型号。根据区外故障最大短路电流在10%误差曲线中找出相应的二次负载阻抗值，如果实际的负载阻抗小于这个数值，二次电流的误差就是10%，否则，要选择容量更大的电流互感器。所以电流互感器可能的最大误差就是10%。铁芯饱和还与一次电流的频率有关。频率越低，铁芯越易饱和。

电力系统的应用中针对充油电磁式互感器的上述缺点，采取了如铁芯开口，用SF6气体来代替充油等措施，但由于采用电磁感应原理，因而不能完全克服电磁感应式电流互感器的缺点。

电子式电流互感器（ECT）由于采用空心线圈，没有铁芯，因而不存在饱和现象，能正确反映故障情况下一次电流的各次谐波含量，为继电保护正确动作提供了可靠的数据依据，采用ECT是降低差动保护误动的有效途径之一。

2.电子式互感器的基本结构

以电子式电流互感器为例来说明电子式互感器的基本结构，电子式电压互感器的结构与电子式电流互感器基本一样。

图2-1是电子式光电互感器在变电站运行的一般模式。传感头位于绝缘套管的高压区。光源发出的光经光缆传输至传感头，经高压导线电流或电压调制后，光信号又经光缆从高压区传至低压区二次转换器，完成光电转换，信号调理，再进入合并单元，合并单元的同步高速数据采集模块对各路模拟量进行采集，并将所采集的数据以串行方式输出到间隔层的二次设备（计量、监控和保护）

图2-1电子式光电互感器在变电站运行的一般模式

3非常规互感器对计量系统的影响

数字化变电站由于采用了电子式互感器，从而使得传统的计量系统(电度表)已无法使用。非常规互感器二次侧采用数字输出，把电流、电压采样信号用数据包的方式发送到二次计量表，这种传感方式不是实时的，暂不符合目前实时电能计量方式，需要进行一些基础研究工作才能使用。例如要解决使用数据包计算电能，研制数字电能表，编写数字电能表国家标准等。

4关键技术问题及其解决方案

智能变电站是指采用先进、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。智能变电站总体上来看是在数字变电站的基础上，向过程层的一次设备智能化和站控层一体化信息平台的高级应用发展而来，从而实现全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化，满足无人值班和集中监控技术要求。其基本特征是：通信规约及信息模型符合DL/T860标准；建立信息一体化平台；支持顺序控制；具备完善智能组件；具备一次设备状态监测功能；具有智能告警及故障综合分析功能；实现图模一体化源端维护；支持电网经济运行与优化控制。

与常规变电站比较，智能变电站具有突出优势。采用全数字接口的二次设备，利用光缆代替传统电缆，长期困扰继电保护安全稳定运行的CT开路、PT短路、电磁干扰、一点接地等问题不复存在，节约了大量二次电缆和造价，体现了节能环保理念；采用智能组件技术实现一次设备智能化，可对一次设备进行在线故障诊断，为运维自动化及设备全寿命周期管理提供技术支撑；建立了信息一体化平台，融合保护信息、视频安防系统、电源系统、一次设备状态监测等多套系统的信息及功能。简化了二次系统的配置，实现全景数据集成、标准化后统一上送，实现了源端维护，提高了工程调试效率和系统的安全性。基于信息一体化平台构建了多个智能高级应用功能，使原先人工运维的工作全部实现自动化，为大运行管理提供了可靠的技术保证。

电子式互感器的应用避免了传统互感器的饱和及暂态响应失真的问题。减少了拒动或延迟动作的几率。提高了保护动作的正确率。但是电子式互感器在工程应用上仍有许多新的问题值得研究。

5结论

国内已有数十个应用了电子式互感器的数字化变电站成功运行，这将给变电站的自动化运行和管理带来深远的影响和变革，具有非常重大的技术和经济意义。在技术上，提高设备的安全性和可靠性；避免信号传输和处理带来的附加误差，提高保护、测量和计量系统的精度：减少自动化设备数量，简化二次接线，提高系统的可靠性。在经济上，不再敷设大量电缆，二次光纤接线，缩短工程周期；减少通道重复建设和投资，方便变电站的扩建及自动化系统的扩充；减少投运时间，减少设备的退出次数和退出时间，提高设备的使用效率，方便了设备的维护和更新，减少变电站寿命周期内的总体成本。因此随着电子式互感器技术的日臻成熟，将引领变电站自动化技术进入一个全新的发展阶段。

参考文献

[1]曾庆禹电力系统数字光电量测系统的原理及技术,电网技术,V01.25,No.4,Apr.2001．

[2]曾庆禹电力系统数字光电量测系统的应用及效益分析,电网技术,V01.25,No.5,May.2001．