数字化变电站技术

数字化变电站

晋阳珺

2009.11

内容提要

数字化变电站的定义和组成

非常规CT、PT技术

合并单元技术介绍

数字化变电站工程应用

数字化变电站推荐方案

数字化变电站设计、检修、维护

数字化变电站发展展望

数字化变电站的定义与组成

一次设备智能化，二次设备网络化

变电站层

监控、远动、故障信息子系统

间隔层

保护装置、测控装置

过程层

合并单元（MU）、智能单元

数字化变电站的定义与组成

数字化变电站的定义与组成

控制中心监控主机远动主站

交换机路由器r

站控总线

保护A 测控单元r 光电互感器保护B 保护A 测控单元传统一次设备保护B

IEC61850-9-1

IEC61850-8

智能终端

传统一次设备间隔层

过程层r 站控层r

光电互感器

数字化变电站与常规SAS 比较

常规变电站数字化变电站

一次设备：

电磁式互感器非常规互感器

传统开关智能组合电器

二次设备：

传统保护测控设备网络化装置

电缆硬连接SV/GOOSE

通信协议：

私有协议IEC61850

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

345KV OCT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

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

I II

非常规互感器对二次系统的影响

电压并列：IEC61850-9-1

I

II

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

低功率互感器

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

较短

短相对较长相对较长运行经验较小影响小很小较小振动干扰较小大很小小温度干扰复杂复杂无无光路结构可以测量可以测量可以测量不可以测量非周期分量无源无源有源有源是否有源不受干扰不受干扰不易受干扰易受干扰电磁干扰尚需现场验

证

尚需现场验证优优长期稳定性良好良好良好良好频率响应特性小大无此问题无此问题线形双折射小大无此问题无此问题光波长影响赛格奈克

效应

法拉第磁光效应低功率电流互感器罗氏线圈比较项目