互感器在智能电网中的应用与发展

1、互感器在智能电网、智能变电站 中的应用与发展叶国雄智能电网关键技术研讨班2011苏州 1*1 智能电网与智能变电站2 互感器基本知识3 电子式互感器4 电子式互感器的应用与发展2*1.1 什么是智能电网n智能电网：就是电网的智能化，也被称“电网 2.0”。u集成的、高速双向通信网络；u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；u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。n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。*31.2 智能电网的主要特征n自愈、包括用户，抵御攻击；n提供满足21世纪用户需求的电能质量；n容许各种不同发电形式的接入；n启动电力市场以及资产的优化高效运行。n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。 *41.3 智能电网结构*51.3 智能电网结构6*1.4 智能变电站n智能变电站 smart substationu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

2、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。n主要技术特征u信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化n智能变电站分为过程层、间隔层和站控层n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*7传统变电站结构数字化变电站结构1.4 与传统变电站比较*89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*1 智能电网与智能变电站2 互感器基本知识3 电子式互感器4 电子式互感器的应用与发展10*2.1 互感器的定义n互感器 instrument transformeru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。n电压互感器 voltage transformeru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。n电流互感器 current transformeru一种在正常条

3、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。n组合互感器 combined instrument transformeru由电流互感器和电压互感器组合成一体的互感器；u在电子式互感器中使用较广。11*122.2 互感器用途n高压隔离作用；n比率变换功能；u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。n电容式电压互感器还可兼作载波通讯用的耦合电容器。13*2.3 互感器分类n电压互感器u按相数：单相、三相u按用途：计量用、测量用、保护用u按原理：电磁式（VT）、电容式（CVT）、 电子式（EVT）u按绝缘介质：干式、浇注式、油浸式、SF6气体u按结构：单级式、串级式u按绕组个数：双绕组、三绕组、四绕组u按绝缘：半绝缘、全绝缘u按安装地点：户内、户外u按电压等级：0.6、1、3、6、10、20、35、66、110、220、330、 500、750kV、1000kV14*n电流互感器u按用途：计量用、测量用、保护用u按原理：电磁式（CT）、电子式（ECT）u按绝缘介质：干

4、式、浇注式、油浸式、SF6气体u按结构：正立式、倒立式u按安装地点：户内、户外u按安装方式：贯穿式、支柱式u按一次匝数：单匝式、复匝式u按电流比：单变比、多变比、复合变比u按电压等级：0.6、1、3、6、10、20、35、66、110、220、330、 500、750kV、1000kV2.3 互感器分类15*2.4 电流互感器的使用n一相式接线u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。*16n两相电流差接线u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。2.4 电流互感器的使用*17n三相星型接线u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，公共线是不允

5、许断开的。2.4 电流互感器的使用*18n两相V形接线u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。+2.4 电流互感器的使用*19n变压器纵差动保护单相原理接线图20u变压器正常运行或外部短路 故障时，理想情况下差动继电器KD不动作u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。u纵差动保护区为TA1和TA2之 间的电气部分。2.4 电流互感器的使用*2.5 电压互感器的使用n单相接线u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。*21nVV接线u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。u只用两个单相电压互感器可以得到对称的三个线电压；u不能测量相

6、电压；u一次绕组接入系统线电压，二次绕组电压为100V。当继电保护 装置和测量表计只需用线电压时，可采用这种接线方式。2.5 电压互感器的使用*22nY0Y0接线u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。2.5 电压互感器的使用*23nY0/Y0/接线u用三台单相三绕组电压互感器构成Y0/Y0 /接线，用于3 220kV系统（110kV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。u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。2.5 电压互感器的使用*24独立式SF6电压互感器252.6 常见互感器*电容式电压互感器 262.6 常见互感器*油浸正立电容型电流互感器的结构272.6 常见互感器*

7、油浸倒立式电流互感器结构282.6 常见互感器*SF6倒立式电流互感器结构 292.6 常见互感器*干式电流互感器结构302.6 常见互感器*1 智能电网与智能变电站2 互感器基本知识3 电子式互感器4 电子式互感器的应用与发展31*323.1 电子式互感器的构成n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。n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。n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。*3.1 电子式互感器的构成一次电流传 感器 P2P1MR IVMR EFS1S2一次 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输出一次电源33电子式互感器框图*数字输出电子式互感器框图数字量输出合并单元时钟输入ECTa（测量）的SC电源需要时的合并单元 电源ECTb（测量）的SCECTc（测量）的SCECTa（保护）的SCECTb（保护）的SCECTc（保护）的SC中性点ECT的S

8、CEVTa的SCEVTb的SCEVTc的SC中性点EVT的SC母线 EVT的SC343.1 电子式互感器的构成*3.2 电子式互感器分类n按功能分u电子式电流互感器（ECT）u电子式电压互感器（EVT）u电子式组合互感器（ECVT）n按应用场合划分uGIS结构的电子互感器uAIS结构(独立式)电子互感器u直流用电子式互感器35*3.2 电子式互感器分类n按是否需要一次电源分u有源电子式互感器 p电磁感应原理（空心线圈、LPCT)p分压原理（R、L、C）u无源电子式互感器p法拉第磁光效应原理pPockels电光效应pKerr效应p逆压电效应36*3.2 电子式互感器分类n按传感原理分u分压型电压互感器（电容、电阻、电感）uPockels电光效应uKerr效应u逆压电效应u低功率线圈（LPCT）u空心线圈（Rogowski线圈）u法拉第磁光效应p光学玻璃p全光纤u磁致伸缩效应37*n模拟量uECT：4V（测量）及200mV（保护）uEVT：1.625V，2V，3.25V，4V，6.5V以及上述值的1/3n数字量输出uECT：2D41H（测量）及01CFH或00E7H（保护）uEVT：2D4

9、1Hu输出格式按GB/T20840.8（IEC60044-8）或DL/T860.9（ IEC61850-9）的要求383.3 电子式互感器的输出*n有源电子式互感器特点u传感头部分有电子电路及工作电源u利用电磁感应或分压原理获取被测信号pECT：空心线圈(RC)、低功率铁心线圈（LPCT）pEVT：电阻、电容、电感分压u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。u用于GIS或者罐式断路器时电源在低压侧。3.4 有源电子式互感器39*n有源电子式 电流互感器3.4 有源电子式互感器40*n 空心线圈（Rogowski线圈）原理： 3.4 有源电子式互感器*4142n 铁心线圈式低功率电流互感器（LPCT）3.4 有源电子式互感器*n 有源电子式电压互感器3.4 有源电子式互感器43*44nGIS用电容分压原理u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。3.4 有源电子式互感器*nGIS用电流电压组合式互感器RSF6中间电极高压导体C1C2uo3.4 有源电子式互感器*45n有源电子式互感器的关键技术及难点u供电技术(GIS、罐式断路器例外)p激光、小CT取能u远端传感模块（一次采集模块）的稳定性和可靠性u采集单元维护3.4 有源电子式互感器46*n无源电子式互感器的特点u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。uECT传感头利用Faraday磁光效应原理uEVT传感头利用Pockels电光效应原理u光纤只传输传感信号，同时光纤可实现高低压绝缘隔离u是电子式互感器的理想解决方案3.5 无源电子式互感器47*3.5 无源电子式互感器n法拉第（Faraday）磁光效应原理u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v为材料的Verdet常数。u安

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