1-1数字化变电站互感器与合并单元

互感器与合并单元王滨龙2011-11内容提要常规互感器与非常规互感器的比较非常规互感器对二次系统的影响电子式互感器与光学互感器的比较合并单元数据格式合并单元同步互感器的接入合并单元配置原则常规互感器与非常规互感器的比较非常规互感器有电子式和光电式两种。常规互感器与非常规互感器的比较绝缘性能优良，造价低。电磁式互感器一次侧与二次侧之间通过铁心耦合，绝缘结构复杂，其造价随电压等级的升高呈指数关系上升。在光电式互感器中，高压侧信息通过光纤传输到低压侧，其绝缘结构简单，造价一般随电压等级的升高呈线性增加。消除了磁饱和、铁磁谐振等问题。光电式互感器无铁心，消除了磁饱和及磁谐振现象，互感器运行暂态响应好、稳定性好。常规互感器与非常规互感器的比较暂态响应范围大。电磁式互感器因存在磁饱和问题，难以实现大范围测量。光纤互感器有很宽的动态范围，一个测量通道额定电流可达到几十安培至几千安培，过电流范围可达几万安培，可同时满足测量和继电保护的需要。没有易燃、易爆炸等危险，无需检压检漏。非常规互感器一般无需油或SF6绝缘，避免了漏油、漏气、爆炸等问题。常规互感器与非常规互感器的比较二次侧无开路、短路危险。电磁式互感器二次回路存在开路和短路危险，非常规互感器的高压侧与低压侧之间一般只存在光纤联系，可保证高压回路与低压回路在电气上完全隔离。频率响应范围宽。非常规互感器实际能测量的频率范围主要取决于互感器的电子电路部分，其极限频带在几MHz以上，能很好地满足电力系统故障录波的要求。常规互感器与非常规互感器的比较体积小、重量轻，运输方便。光纤互感器的传感头本身的重量一般小于1kg。美国西屋公司公布的345KVOCT高度为2.7m，重量为109kg。而同等电压等级的充油电磁感应式互感器高为6.1m，重量达7718kg，这给运输和安装带来了很大的不便。抗电磁干扰能力强。光纤互感器通过光纤信号传递信息，隔断了电磁干扰的路径，电磁干扰仅能通过场的方式偶合，其强度大大降低。常规互感器与非常规互感器的比较由于信息载体是光，用光纤传输信号，因此具有光学敏感和光纤传输的优点，例如耐腐蚀、耐老化等。适应了电力计量与保护数字化、微机化和自动化发展的潮流。光纤互感器一般以弱功率数字量输出，非常适合微机保护装置的需要。这将最佳地适应日趋广泛采用地微机保护、电力计量数字化及自动化发展的潮流。非常规互感器对二次系统的影响非常规互感器对CT的饱和、涌流会造成一定的影响，但保护逻辑的改动不会很大。可以将非常规互感器理解为性能优异的TP级互感器，和常规互感器混用时带来的问题，类似于TP级互感器和P级互感器混用带来的问题。(T暂态）非常规互感器对二次系统的影响对于非常规互感器，其电压切换和电压并列一般由合并单元完成。电压切换：IEC61850-9-1保护装置电缆开入I母II母合并单元合并单元合并单元非常规互感器对二次系统的影响电压并列：IEC61850-9-1保护装置电缆开入I母II母合并单元合并单元合并单元电子式互感器与光学互感器的比较电子式互感器（ECT）一般为罗氏线圈原理和零磁通原理。罗氏线圈适用范围大，但精度一般到0.5S级电子式互感器与光学互感器的比较罗氏线圈原理是电磁耦合原理，与传统的电磁式电流互感器不同，它是密绕于非磁性骨架上的空心螺绕环，优点有：–罗柯夫斯基线圈电流互感器消除了磁饱和现象，提高了电磁式电流互感器的动态响应范围。–由于它不与被测电路直接接触，可方便地对高压回路进行隔离测量。罗氏线圈原理的ECT有下述缺点：–罗柯夫斯基线圈易受电磁干扰，在运行中传感线圈应严格屏蔽；–高压传感头需要电源供给。一旦掉电将停止工作；–罗柯夫斯基线圈直接输出的信号是电流微分信号，不能测量非周期分量。电子式互感器与光学互感器的比较罗氏线圈互感器电子式互感器与光学互感器的比较零磁通原理互感器与传统互感器类似，但导磁材料不同，精度较高。例如纳米晶低功率（LPCT）传感器精度可达0.1/0.2S级。电子式互感器与光学互感器的比较低功率互感器电子式互感器与光学互感器的比较电子式互感器与光学互感器的比较相对罗氏线圈固有缺点，法拉第旋光效应的全光式电流互感器（OCT）具有如下的优点：–具有与电流大小和波形无关的线性化动态响应能力。–不仅可以测量各种交流谐波，而且可以测量直流量。–传感头由绝缘材料制成，绝缘性能天然优良。法拉第旋光效应电流互感器目前需要解决的两大难点：–由于光学材料的温度特性，使得测量精度受到运行环境温度的影响，达不到计量的要求。–光学传感头结构复杂，使用的光学元件多，较长时间运行后基本光强会逐渐衰减，最终失去光学传感功能，无法在现场长期使用。电子式互感器与光学互感器的比较比较项目罗氏线圈低功率电流互感器法拉第磁光效应赛格奈克效应光波长影响无此问题无此问题大小线形双折射无此问题无此问题大小频率响应特性良好良好良好良好长期稳定性优优尚需现场验证尚需现场验证电磁干扰易受干扰不易受干扰不受干扰不受干扰是否有源有源有源无源无源非周期分量不可以测量可以测量可以测量可以测量光路结构无无复杂复杂温度干扰小很小大较小振动干扰较小很小影响小较小运行经验相对较长相对较长短较短合并单元数据格式互感器的数据输出一般为光纤串口，且路数较多，以变压器保护为例，一般需要30-40路模拟量，如果互感器直接接入装置，装置需要很多输入接口。互感器数据最终需要汇集后送到装置的CPU，合并单元将多路互感器数据汇集后输出供装置使用。合并单元的数据输出的物理接口可以是光纤串口，也可以是光纤以太网。合并单元可以内置罗氏线圈所需的激光电源。合并单元数据格式合并单元输出的数据格式有：–IEC60044-7/8–IEC61850-9-1–IEC61850-9-2–IEC61850-9-2LE合并单元数据格式IEC60044-7/8为串口数据格式，其帧格式固定，为点对点传输。IEC61850-9-1为以太网数据格式，其帧格式固定，为点对点传输。IEC61850-9-2为以太网数据格式，其帧格式可变，为点对多传输。IEC61850-9-2LE为IEC61850-9-2的一个特例，其帧格式固定，为点对多传输。合并单元数据格式合并单元决定了采样频率，目前使用的一般为24或20的整数倍，常见的有80点/周波、96点/周波、200点/周波、196点/周波。合并单元输出的数据以帧为单位，每帧数据可以包含一个或多个采样点。相同的采样频率下，每帧数据包含的采样点数越多CPU的接收负担越轻，但丢失一帧报文造成的影响越大。常见的有1点/帧、5点/帧。合并单元同步需要使用多个合并单元数据的装置均存在同步问题，例如差动保护装置。合并单元负责同步接入同一合并单元的互感器。合并单元的数据中没有包含采样的绝对时间，因此可以使用脉冲代替B码进行对时。一般采用秒脉冲PPS。对于跨站的同步，例如光纤纵差保护，可以使用GPS，但目前各厂家的保护均可脱离GPS运行，由保护逻辑完成同步运算。合并单元同步采样部分标准要求的同步精度有±1µs，±4µs，±25µs。目前的数字化变电站均为试点工程，枢纽站尚未开展数字化的尝试，同步的精度均按保护装置的需求设计，暂时不满足PMU要求。合并单元数据格式互感器到合并单元的接口一般为光纤串口，其通信协议在IEC61850中未作规定，属于各厂家私有协议。一般合并单元均由互感器厂家供货。对于其他厂家的互感器和四方公司的合并单元配合时，一般需要作联调试验验证通信归约。互感器的接入对于新建的数字化变电站，由于其互感器采样了非常规互感器，可以使用普通合并单元直接接入，保护装置的接口全部为数字接口。对于改造工程，存在部分互感器为传统互感器的情况，此时使用可以接入模拟量的合并单元将其接入，保护装置的接口仍然全部为数字接口。合并单元配置原则合并单元的配置原则取决于输出数据包括的内容。以IEC61850-9-1为例，其包括了双母线/单母线一个间隔的模拟量，合并单元按间隔配置，每台PT配置1个合并单元。配置合并单元需要考虑模拟量的完整性，独立性、灵活性，同时受互感器输出串口个数的限制。谢谢